CN203479795U - 干馏瓦斯积碳特性检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干馏瓦斯积碳特性检测系统，其中检测系统包括一干馏设备、一积碳设备以及一积碳分析设备。干馏设备用以将原料干馏为半焦与干馏气体，并且将干馏气体转化为干馏瓦斯。积碳设备用以接收干馏瓦斯，并使其一反应管内形成积碳。积碳分析装置用以加热具有积碳的反应管，使积碳氧化为二氧化碳；以及采集二氧化碳数据，并且对应产生积碳数据。在其应用上，由于检测过程中具有稳定的气源，并且从二氧化碳数据得出积碳量、积碳速率和积碳类型等数据，此检测结果的精度高，具有相当高的实用性，并且可以作为检测不同原料的干馏瓦斯积碳特性的有效工具。

Description

干馏瓦斯积碳特性检测系统

技术领域

本实用新型属于气体特性检测领域，具体地说，涉及一种干馏瓦斯积碳特性检测系统。

背景技术

瓦斯全循环油页岩干馏工艺采用二级加热技术对循环瓦斯进行加热，在此过程中，一级管式换热器的水平换热管道中会出现积碳的现象，虽然有相关资料称此现象与硫腐蚀有很大的关系，但是只要换热器管道的材质中含有Fe、Co、Ni等过渡型金属元素，那么当干馏瓦斯经过时，一定会有积碳的产生。积碳不是独立的碳原子，而是由若干碳原子稠合而成。当其附着在金属管道壁面时，不仅会堵塞管道，影响炉管的传热效率，还会造成壁面刚性下降，影响装置的使用寿命。

若要研究抑制积碳的方法，需要对干馏瓦斯的积碳特性进行研究。目前，针对此类问题还没有一种完整的试验分析装置。以往一些试验方法如称重法、测直径法等，只针对单一的有机气体进行研究，且程序繁琐不易操作。最新的测量积碳方法“积碳折算法”，即将积碳气化后，通过采集的数据折算出积碳的量。此方法操作简便，精度高，但其只适用于试验后积碳的检测，对于干馏瓦斯这种多组分气体积碳过程的研究则缺乏较为稳定且持续的气源。研究干馏瓦斯积碳特性最为困难的就是气源问题，解决气源问题的方法一般有去现场试验、从现场取气、自己配气等。去现场试验是利用现场生产过程中产出的气体进行研究。从现场取气则是利用压缩设备将气体装入钢瓶运回实验室进行研究。而配气则是根据以往检测的现场干馏瓦斯的组分，将不同组分气体按照所占百分比进行配置。

但是，以上方法在实际应用中有很大的弊端，如下：

1)现场试验。虽然现场气量足够大，但是由于现场生产设备繁琐、安全性要求很高且很难将现场的设备与试验设备进行关联，故此种方法难度较大。

2)现场取气。现场取气涉及问题较多，一个是压缩设备以及运输成本问题，在有就是如果将气体通过压缩设备装入钢瓶，可能碳原子数较多的烃类会附着在钢瓶的内壁，对试验气体组分产生影响。

3)自己配气。由于干馏瓦斯成分复杂，配气成本很高并且也会存在碳原子数较多的烃类残留在钢瓶内壁的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种干馏瓦斯积碳特性检测系统，从而解决现有检测系统与方法的设备繁琐、无法提供稳定的气源以及碳原子容易在检测过程中残留，造成试验气体的组分不稳定，从而导致检测成本高以及检测结果的精度低等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种干馏瓦斯积碳特性检测系统，包括一干馏设备、一积碳设备以及一积碳分析设备。干馏设备包括一干馏炉、一气体导出管以及一第一冷却水浴。气体导出管连接于干馏炉与第一冷却水浴之间，其中干馏炉用以干馏一原料为半焦与干馏气体，气体导出管用以输送干馏气体，第一冷却水浴用以冷却干馏气体为干馏瓦斯。积碳设备包括一积碳反应炉以及一反应管，反应管可拆卸的设置于积碳反应炉上，且反应管的一端连接于第一冷却水浴，另一端穿过积碳反应炉，并且露出于积碳反应炉外，其中积碳反应炉用以加热反应管，干馏瓦斯通过反应管，并且于反应管的内壁面形成积碳。积碳分析设备包括一积碳氧化炉、一分析装置以及一第二冷却水浴。积碳氧化炉用以加热具有积碳的反应管，并且氧化积碳为二氧化碳；分析装置用以采集二氧化碳的数据，并且对应产生积碳数据；第二冷却水浴连接于积碳氧化炉与分析装置之间，用以冷却二氧化碳，并且输送二氧化碳至分析装置。

与现有的方案相比，本实用新型所获得的技术效果：

在本实用新型的干馏瓦斯积碳特性检测系统中，检测系统包括干馏、积碳以及积碳分析三部分，干馏部分采用连续运行方式产出干馏气体，原料干馏完全，所产干馏气体具有很高的代表性，完全能够满足试验用气量的需要，很好的解决了试验气源问题。后续的积碳部分采用连续流动的反应方式，与工厂中实际运行的条件很相近。积碳分析部分通过数据采集仪器与计算机相结合的方式可快速准确检测干馏瓦斯在反应管内的积碳情况，再配合红外、扫描电镜和气相色谱等相应仪器还可对干馏瓦斯反应前后的组分变化、干馏瓦斯中的主要成碳物质以及干馏瓦斯积碳的微观形态等相应问题进行分析和研究，检测结果精度高，具有很大的实用价值，并且可做为检测不同种类原料的干馏瓦斯积碳特性的一种有效工具。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例的干馏设备的平面图；

图2为本实用新型的一实施例的积碳设备的平面图；

图3为本实用新型的一实施例的积碳分析设备的平面图；以及

图4为本实用新型的一实施例的干馏瓦斯积碳特性检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1至3所示，本实用新型的一实施例所揭露的干馏瓦斯积碳特性检测系统包括一干馏设备10、一积碳设备20以及一积碳分析设备30。

请参照图1，干馏设备10主要包括一干馏炉110、一气体导出管120以及一第一冷却水浴130。此外，干馏设备10还包括一支架140、一给料装置150以及一排渣装置160。

支架140用以供其他构件设置其上，并且支撑其他构件于地面或工作平台等工作面上，其中支架140具有相对的一顶部141与一底部142，支架140通过底部142支撑于工作面上。

给料装置150包括一给料机151(例如螺旋输送机)、一给料斗152与一给料调频电机153，给料机151设置于支架顶部141，并且连接于干馏炉110，用以输送所欲进行干馏的原料(例如油页岩)至干馏炉110内。给料斗152设置于给料机151上，用以进料。给料调频电机153则电性连接于给料机151，用以调节给料机151的给料速率。

干馏炉110设置于支架140上，并且沿支架140的顶部141朝底部142的方向配置，使原料从干馏炉110相邻于支架顶部141的一端进入干馏炉110内，并且当原料在干馏炉110内干馏为半焦与干馏气体后，使干馏气体保留在干馏炉110的上部，以及使半焦从干馏炉110的下部，也就是相邻于支架底部142的一端排出于干馏炉110外。其中，干馏炉110上设置有一第一控温单元111、一第二控温单元112、一第三控温单元113以及一料位探测单元114，依序沿支架的顶部141朝底部142的方向设置，使第一控温单元111与第三控温单元113分别设置于干馏炉110的相对二端，分别用以侦测及调控干馏炉110的上部与下部的炉内温度，而第二控温单元112介于第一控温单元111与第三控温单元113之间，用以侦测及调控干馏炉110中部的炉内温度，且各个控温单元可以是由控温仪表、测温管115、热电偶与电阻丝116的组合，或者是其他可用以监测及调节温度的组件组合而成，并不以上述组合为限，其中控温仪表电性连接于热电偶，测温管115连接于干馏炉110的外壁面，并且与干馏炉110的内部环境相连通，热电偶设置于测温管115内，并且电性连接于电阻丝116，用以配合控温仪表控制围绕设置于干馏炉110壁面上的电阻丝116对干馏炉110的内部环境加热，从而对输送至干馏炉110内的原料进行干馏程序。

干馏炉110的料位探测单元114设置于第一控温单元111与支架140的顶部141之间，并且分别电性连接于给料装置150与排渣装置160，用以侦测原料在干馏炉110内的累积高度，并协同给料装置150与排渣装置160调节原料的给料速率与排渣速率。

排楂装置160包括一排渣器161、一排渣调频电机162与一排渣桶163，排渣桶163设置于支架底部142，用以收集干馏后的半焦，并且在排渣桶163上还设置有一尾气导出管164，用以将累积于排渣桶163内的尾气排出至外界环境，例如后续处理程序的尾气处理设备。排渣器161连接于干馏炉110与排渣桶163之间，用以将干馏后的半焦从干馏炉110内输送至排渣桶163。排渣调频电机162则电性连接于排渣器161，用以调节排渣器161的排渣速率。

如图1所示，干馏设备10的气体导出管120的一端连接于干馏炉110相邻于支架顶部141的一侧，并且对应于料位探测单元114，另一端连接于第一冷却水浴130，且气体导出管120分别连通于干馏炉110与第一冷却水浴130，用以从干馏炉110输送干馏瓦斯至第一冷却水浴130。

第一冷却水浴130可以是直接设置于支架140上或者是通过一水浴支座170架设于支架140上，第一冷却水浴130包括一水浴槽、多个气体容器以及一抽气泵(图中未示)，其中多个气体容器可以是但并不局限于广口冷却瓶。多个气体容器部分浸入于水浴槽内的冷却液体中，且多个气体容器彼此间通过橡胶软管连接，其中多个气体容器中排列于首、尾的两个气体容器，一个连接于气体导出管120，另一个连接于抽气泵，使干馏气体从气体导出管120输送至多个气体容器后，依序通过各个气体容器，从而在水浴槽内通过热交换作用降温，并且在气体容器中冷却收油后，形成干馏瓦斯。抽气泵即连接于气体容器与积碳装置20之间，用以输送干馏瓦斯至积碳装置20。

请参照图2，积碳装置20包括一积碳反应炉210以及一反应管220，其中积碳反应炉210包括一反应炉体211与多个加热单元212。反应炉体211可以是但并不局限于通过多个固定支架230支撑于工作面上，反应管220即可拆卸的设置于反应炉体211内，其中，反应管220的一端连接于第一冷却水浴130的抽气泵，另一端沿反应炉体211的轴心方向贯穿反应炉体211而露出于反应炉体211外。多个加热单元212沿反应炉体211的轴心方向间隔设置于反应炉体211上，并且分别连接于反应管220的外壁面。各个加热单元212可以是压簧式热电偶、电阻丝、控温仪表与温度显示器的组合，或者是其他可用以调控反应炉体内温度的组件所构成，并不以上述的组合为限。并且，在多个加热单元212中，部分用以加热反应炉体211内的温度，其余用以测量反应管220不同位置的壁面温度。

此外，在积碳设备20中，反应管220用以供干馏瓦斯通过，并且让干馏瓦斯在反应管的内壁面形成积碳，因此反应炉体211内可以视实际需求组装不同材质的反应管220。在本实施例中，是以反应管220为不锈钢管，例如，材质为304、310S的不锈钢管作为举例说明，但并不以此为限。

请参照图3，积碳分析设备30包括一积碳氧化炉310、一第二冷却水浴320以及一分析装置330。积碳氧化炉310用以加热管体内形成有积碳的反应管220，并且氧化积碳为二氧化碳。积碳氧化炉310包括一本体311、一中空管312以及一加热器313，其中本体311可以是但并不局限于通过多个固定支架340支撑于工作面上，而中空管312穿过本体，且中空管312的一端连接于第二冷却水浴，另一端露出于本体311外，用以供具有积碳的反应管220置入中空管212内。此外，在中空管312露出于本体311的一端还设置有一端盖，用以封闭中空管312的管口，从而保持中空管312内的气密性。其中，为了进一步提升中空管312内的气密性，还可以将中空管312的相对二端的管口设置为磨砂接口，使中空管312的管口与端盖之间，以及中空管312与第二冷却水浴320相连接的位置紧密接合，从而保证中空管312的气密性。

积碳氧化炉310的加热器313设置于本体311上，并且连接于中空管312。加热器313可以是热电偶、电阻丝与控温仪表的组合，也可以是由其他可用以监测及控制加热温度的组件组成。加热器313用以加热中空管312，使中空管312内部环境的温度上升，从而使反应管220内的积碳被加热氧化而转化为二氧化碳。

值得说明的是，在积碳氧化炉310中还可以选择性的配置一气体供应装置315。气体供应装置315的一端连接于中空管312，并且与中空管312的内部环境相连通，用以供应氧气或氮气至中空管312内，从而让积碳氧化炉310可选择性的通过程序升温氧化或者是恒温氧化的方式将积碳转化为二氧化碳。另外，为了让反应管220内的积碳能够外完全的转化为二氧化碳，还可以选择性的在中空管312与第二冷却水浴320之间设置一催化剂填充管314，用以添加催化剂，从而提升积碳转化为二氧化碳的转化效率。

积碳分析设备30的第二冷却水浴320连接于连接于积碳氧化炉310与分析装置330之间。第二冷却水浴320包括一水浴槽321与一冷却管322，冷却管322设置于水浴槽321内，并且浸入于水浴槽321的冷却液中，其中冷却管322的相对二端分别连接于积碳氧化炉310的催化剂填充管314与分析装置330，用以冷却二氧化碳，并且输送冷却后的二氧化碳至分析装置330。并且，在本实施例中，冷却管322可以是石英螺旋冷却管，而积碳氧化炉310的中空管312与催化剂填充管314可以是石英管，从而让三者间可以通过磨砂接口紧密接合，而形成密闭的氧化反应体系。惟，冷却管322、中空管312与催化剂填充管314的组成材质并不以所述为限。

积碳分析设备30的分析装置330至少包括二氧化碳红外线分析仪与计算器(图中未示)。此外，分析装置330还可以包括红外、扫描电镜和气相色谱等相应仪器(图中未示)。分析装置330的二氧化碳红外线分析仪的一端连接于第二冷却水浴320的冷却管322，另一端电性连接于计算器，用以采集二氧化碳的数据，然后通过计算器上的辅助软件得出积碳量、积碳速率和积碳类型等积碳数据。

以下通过一应用实例对本实用新型进行说明。

请参照图1至4，首先，输送原料至干馏设备10的干馏炉110内，通过干馏炉将原料干馏为半焦与干馏气体(S101)，例如，以油页岩颗粒作为原料，将原料从给料装置150的给料斗152送入给料机151中，通过给料调频电机153调节给料机151的给料速率，使原料被输送至干馏炉110内。其中，干馏炉110的粒位探测单元114侦测原料在干馏炉110内的累积高度，也就是原料在干馏炉110内的料位，并且配合给料机151的给料速率，将原料的料位控制在第二控温单元112与第三控温单元113的中间位置附近，并且由第一控温单元111中设置于测温管115内的热电偶配合控温仪表控制电阻丝116进行加热，使气体导出管120与干馏炉110相连通的进气口附近的温度维持在400℃左右，用以达到理想的干馏效果。值得说明的是，干馏炉110的初始工作状态为固定床，即料位到达指定位置后停止送料，并对其进行加热。所产生的干馏气体冷凝后直接放空，且干馏后的半焦不立即排出，为后续反应料位提供一个有效的高度。

当干馏程序连续运行时，通过给料装置150的给料机151输送原料至干馏炉110内，并且通过给料调频电机153调节原料的给料速率；以及通过排渣装置160的排渣器161自干馏炉110内排出半焦，并且通过排渣调频电机163调节半焦的排渣速率，其中给料速率与原料的累积高度成反比，而排渣速率与原料的累积高度成正比，从而使原料在干馏炉110内的料位维持在一个稳定的状态。

干馏后的半焦通过排渣装置160的排渣器161(例如螺旋排渣器)排入排渣桶162内，其间所产生的尾气则由尾气导出管164导出。干馏气体则由气体导出管120导出并输送至第一冷却水浴130，并且在第一冷却水浴130中通过热交换作用后，冷却为干馏瓦斯(S102)。

接着，输送干馏瓦斯至积碳设备20的反应管220内，并且加热反应管220，使干馏瓦斯于反应管220的内壁面形成积碳(S103)。其中，冷却后的干馏瓦斯由抽气泵送入积碳设备20的反应管220内，通过部分加热单元212中的压簧式热电偶配合控温仪表控制反应炉体211上的电阻丝进行加热，其余加热单元212的热电偶用来测量反应管220不同位置的壁面温度，并显示在温度显示器，从而调控反应管220的温度，使反应管220被加热到预定温度，并且使干馏气体与反应管220的内壁面产生化学反应，从而在反应管220的内壁面形成积碳，且反应后的干馏瓦斯排出于反应管220外。

接着，从反应炉体211内取出具有积碳的反应管220，使其冷却，并且以截管器将反应管220裁切成预定长度(S104)。

然后，将裁切后的反应管220置入于积碳分析设备30的积碳氧化炉310内，并且加热裁切后的反应管220，使反应管220内的积碳氧化为二氧化碳(S105)，其中冷却后的反应管220按设定尺寸截成小段后，放入积碳氧化炉310的中空管312内，并且将加热器313的热电偶(例如WRNK-161型热电偶)，用细电阻丝固定在中空管312外壁，依据裁切后的反应管220在中空管312内的相对位置进行温度控制，其中温度控制是由热电偶配合控温仪表控制电阻丝加热来实现，从而让裁切后的反应管220内的积碳受热氧化为二氧化碳。此外，在反应开始后，还可以根据实际分析需要切换气体供应装置315提供的气体为高纯氧气或者高纯氮气以达到程序升温氧化或者恒温氧化的目的。同时，为了使积碳完全转化为二氧化碳，还可以在催化剂填充管314中添加催化剂，从而通过催化剂的催化作用促进所述积碳氧化为所述二氧化碳。

接着，冷却二氧化碳，并且输送冷却后的二氧化碳至积碳分析设备30的分析装置330(S106)。其中，积碳通过氧化作用后所形成的二氧化碳被输送至积碳分析设备30的第二冷却水浴320，并且通过第二冷却水浴320中的冷却管322，在水浴槽321内进行热交换作用而降温、冷却，然后再通过冷却管322输送至分析装置330。

最后，通过分析装置330的红外线分析仪进行二氧化碳的数据采集，并通过计算机上的辅助软件对应得出积碳数据，例如积碳量、积碳速率和积碳类型等数据(S107)。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，包括：

一干馏设备，包括一干馏炉、一气体导出管以及一第一冷却水浴，所述气体导出管连接于所述干馏炉与所述第一冷却水浴之间，其中所述干馏炉用以干馏一原料为半焦与干馏气体，所述气体导出管用以输送所述干馏气体，所述第一冷却水浴用以冷却所述干馏气体为干馏瓦斯；

一积碳设备，包括一积碳反应炉以及一反应管，所述反应管可拆卸的设置于所述积碳反应炉上，且所述反应管的一端连接于所述第一冷却水浴，另一端穿过所述积碳反应炉，并且露出于所述积碳反应炉外，其中所述积碳反应炉用以加热所述反应管，所述干馏瓦斯通过所述反应管，并且于所述反应管的内壁面形成积碳；以及

一积碳分析设备，包括一积碳氧化炉、一分析装置以及一第二冷却水浴，所述积碳氧化炉用以加热具有所述积碳的反应管，并且氧化所述积碳为二氧化碳，所述分析装置用以采集所述二氧化碳的数据，并且对应产生积碳数据，所述第二冷却水浴连接于所述积碳氧化炉与所述分析装置之间，用以冷却所述二氧化碳，并且输送所述二氧化碳至所述分析装置。

2.如权利要求1所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述积碳反应炉包括一反应炉体与多个加热单元，所述反应管贯穿所述反应炉体，所述多个加热单元间隔设置于所述反应炉体上，并且分别连接于所述反应管的外壁面。

3.如权利要求1所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述积碳氧化炉包括一本体、一中空管以及一加热器，所述中空管穿过所述本体，用以容纳具有所述积碳的所述反应管，所述加热器设置于所述本体上，并且连接于所述中空管。

4.如权利要求3所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述积碳氧化炉还包括一气体供应装置，连接于所述中空管，且所述气体供应装置的一端与所述中空管的内部环境相连通。

5.如权利要求3所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述第二冷却水浴包括一水浴槽与一冷却管，所述冷却管设置于所述水浴槽内，且所述冷却管的一端连接于所述中空管，另一端连接于所述分析装置。

6.如权利要求5所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述积碳氧化炉还包括一催化剂填充管，连接于所述中空管与所述冷却管路之间。

7.如权利要求5所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述反应管为不锈钢管，所述中空管为石英管以及所述冷却管为螺旋石英冷却管。

8.如权利要求1所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述干馏设置还包括：

一支架，具有相对的一顶部与一底部，所述干馏炉沿所述顶部朝所述底部的方向设置于所述支架上，且所述气体导出管连接于所述干馏炉相邻于所述顶部的一端；

一给料装置，设置于所述顶部，并且连接于所述干馏炉，用以提供所述原料至所述干馏炉；以及

一排渣装置，设置于所述底部，并且连接于所述干馏炉，用以排除所述半焦。

9.如权利要求8所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述给料装置包括一给料斗、一给料机与一给料调频电机，所述给料斗设置于给料机上，所述给料机连接于所述干馏炉，用以自给料斗输送所述原料至所述干馏炉，所述给料调频电机电性连接于所述给料机，用以调节所述给料机的给料速率。

10.如权利要求8所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述排渣装置包括一排渣器、一排渣调频电机与一排渣桶，排渣器连接于所述干馏炉与所述排渣桶之间，用以自所述干馏炉输送所述半焦至所述排渣桶，所述排渣调频电机电性连接于所述排渣器，用以调节所述排渣器的排渣速率。

11.如权利要求8所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述干馏装置还包括一水浴支座，设置于所述支架上，所述第一冷却水浴设置于所述水浴支座上。

12.如权利要求1所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述干馏炉包括一第一控温单元、一第二控温单元以及一第三控温单元，分别用以控制所述干馏炉的炉内温度，其中所述第二控温单元设置于所述第一控温单元与所述第三控温单元之间，所述第一控温单元与所述第三控温单元分别设置于所述干馏炉的相对二端，且所述第一控温单元设置于所述干馏炉相邻于所述气体导出管的一侧。

13.如权利要求1所述的干馏瓦斯积碳特性检测系统，其特征在于，所述干馏炉包括一料位探测单元，设置于所述干馏炉相邻于所述气体导出管的一侧，并且对应于所述气体导出管，用以侦测所述原料于所述干馏炉内的累积高度。

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