CN105255520A - 高温气流床气化/热解综合试验装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤化工领域，具体涉及高温气流床气化/热解综合试验装置及系统，该装置包括两段式加热炉、螺旋进料器、灰罐和温度控制设备；其中，两段式加热炉包括相连的第一段加热炉和第二段加热炉，第一段加热炉为电阻丝加热炉，第二段加热炉为硅钼棒加热炉，在电阻丝加热炉和硅钼棒加热炉中心贯穿设置有反应管；所述螺旋进料器与反应管的入口通过进料管道连通；所述灰罐与反应管出口连通；所述温度控制设备内部安装有温度测控系统，与所述电阻丝加热体和所述硅钼棒加热体连接。该系统包括上述装置和气路单元。该装置及系统提高了气化炉最高加热温度，延长了原料在反应器中的停留时间，以实现对高温气流床煤气化反应的充分模拟。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，主要涉及煤气化或热解炉领域，具体涉及高温气流床气化/热解综合试验装置及系统。
背景技术
我国经济持续高速的发展使得对能源的需求逐年增加，但我国是一个“富煤贫油少气”的国家，因此加大对煤炭资源的高效洁净利用，发展具有我国特色的煤化工技术势在必行。气流床气化技术具有气化温度高、生产能力大、资源利用效率高、污染低等优点，非常适合现代煤化工发展的需要，是未来煤气化技术的重要发展趋势。
高温气流床煤气化技术已经大规模应用于工业化生产，气流床煤气化试验是煤气化装置设计、原料筛选、工艺参数优化不可或缺的环节。但目前煤气化试验仍有很多不足，煤气化试验装置的结构仍有待改进。为提供一种结构更为合理的加压管式电阻炉，申请号为CN202630679U的专利提供一种加压管式电阻炉：在炉膛内可拆卸地插设一炉管，在炉管内部的上端插设燃料喷射枪，燃料喷射枪外部设有水冷夹套，该燃料喷射枪的上端口与加压管式电阻炉的燃料入口连接；该燃料喷射枪的下端固定在一整流孔板中；插设有燃料喷射枪的整流孔板以上部分为预热段，燃料喷射枪下方的炉管部分为工作段；通过预热段将反应气预热至工作温度，使工作段温度均匀。在炉膛上部设有保护气体入口和反应气入口；加压管式电阻炉的底端可拆卸地插设有一取样枪，该取样枪的外径小于所述炉管的内径；所述取样枪的长度依需要选择；炉膛与加压管式电阻炉壳体之间设置有保温层。炉膛内安装有若干个加热体；在炉膛上部还设有测压管；壳体为钢板，保温层为耐火纤维。位于预热段的炉膛侧壁上设有若干测控热电偶，位于工作段的炉膛侧壁上设有若干测控热电偶及视察窗，每个测控热电偶对应一个控温区；加热体为电加热，其热端位于炉膛内，冷端埋在保温层内，加热体沿加压管式电阻炉体的高度方向间隔地安装两根加热体并水平对称且垂直布置在炉管两侧，相邻两侧加热体之间为控温区，并且相邻两层加热体之间呈交错排列，通过调整各高度的加热体两端的电压值以控制该控温区的加热功率；取样枪外部设有水冷夹套。该加压管式电阻炉可解决加热体密封、炉管不承压、加压下停留时间调节等问题，技术方案简易可行，实施成本低。
发明内容
本发明人发现，目前实验室对煤气化特性的研究多采用热重法，但其实验样品量少(10mg数量级)，煤颗粒固定不动与气流床颗粒运动方式差异大，研究结果缺乏指导性；常见的实验室小型气化炉反应温度不高且难以充分模拟气流床高温气化过程；中试或者工业试烧试验投资巨大，安全要求高，不能充分研究多种工况条件下的气化过程。因此，亟需一种能采用有代表性试样量、能进行高温条件下(实际运行的气流床气化炉气化温度一般高于1400℃)固态原料气流床气化试验的装置。
即，本发明解决的技术问题是：上述专利存在以下技术缺陷：(1)由于采用电阻丝加热，最高加热温度低(工作温度<1200℃)、进料量不稳定且难以计量、高温气化过程中不能分段采取气化固体残渣样等，不能实现对气流床高温煤气化反应的模拟；(2)采用燃料喷射枪输送燃料进入反应管，虽然可以实现对煤粉的进料，但是不能保证连续的进料时间；(3)使用取样枪取样，虽然可以满足普通样品的采集，但是不能实现对气化灰渣的分离收集。
本发明的目的是：(1)通过采用硅钼棒加热，提高了气化炉最高加热温度；同时，硅钼棒加热炉上边还加有一个电阻加热炉，增大了气化反应器恒温区，延长了原料在反应器中的停留时间，以实现对高温气流床煤气化反应的充分模拟；(2)通过使用内部带有刮板的螺旋进料器，保障了原料的连续稳定进料，并且可通过变频器调节螺旋进料器的功率以实现对进料速率的控制；(3)通过在反应管下端连接一个内置过滤装置的灰罐，实现气体与气化灰渣的分离，并且可以在灰罐后边出口处对气体进行取样分析；(4)灰罐为上下两段式结构，中间为一个球阀，并可通过一个卡箍实现下段与上段的脱离，可以随时关闭球阀，从下段取出样品。
具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
一种高温气流床气化/热解综合试验装置，其特征在于，包括两段式加热炉1、螺旋进料器2、灰罐3和温度控制设备；
其中，所述两段式加热炉1包括相连的第一段加热炉和第二段加热炉，所述第一段加热炉为电阻丝加热炉11，第二段加热炉为硅钼棒加热炉12，在电阻丝加热炉11和硅钼棒加热炉12中心贯穿设置有反应管13，所述电阻丝加热炉11包括炉壁和设置于炉壁与反应管13之间的第一保温层，所述第一保温层内部设置有电阻丝加热体；所述硅钼棒加热炉12包括炉壁和设置于炉壁与反应管13之间的第二保温层，所述第二保温层内部设置有硅钼棒加热体124；
所述螺旋进料器2与反应管13的入口通过进料管道6连通；
所述灰罐3与反应管13出口连通；
所述温度控制设备内部安装有温度测控系统，与所述电阻丝加热体和所述硅钼棒加热体连接。
优选的，上述综合试验装置中，所述硅钼棒加热炉12包括炉壁121、设置于中心的炉膛122和设置于炉壁与炉膛之间的第二保温层123，所述反应管13贯穿炉膛122，所述硅钼棒加热体124围绕反应管13设置于炉膛122内部。
优选的，上述综合试验装置中，所述反应管13在硅钼棒加热炉12中的长度与反应管13在电阻丝加热炉11中的长度之比为(4-6):1。
优选的，上述综合试验装置中，所述螺旋进料器2包括料斗21、进料筒22、第一电机23和第二电机24，所述进料筒22内部沿轴心方向设置有由第一电机23驱动的转动轴和由转动轴带动、围绕转动轴设置的螺旋叶片221，进料筒22侧壁的一端与料斗21连通，另一端设置有贯通筒壁的出料管222，所述出料管222与所述进料管道6连通。
优选的，上述综合试验装置中，所述料斗21底部设置有绕轴心旋转的刮板211，所述刮板211由第二电机24驱动。
优选的，上述综合试验装置中，所述螺旋进料器2的第一电机23连接有变频器。
优选的，上述综合试验装置中，所述灰罐3为两段式灰罐，包括可拆分的上段灰罐31和下段灰罐32，所述上段灰罐31与所述反应管13的出口连通，上段灰罐31侧壁连接有出气管道9。
优选的，上述综合试验装置中，所述上段灰罐31内部设置有与出气管道9连通的过滤装置33。
优选的，上述综合试验装置中，所述反应管13在电阻丝加热炉11段的管内设置有第一热电偶，所述反应管13在硅钼棒加热炉12段的管内设置有第二热电偶，所述反应管13在硅钼棒加热炉12段的管外设置有第三热电偶。
优选的，上述综合试验装置，其中，所述温度控制设备包括第一温度控制箱41和第二温度控制箱42；
所述第一温度控制箱41内部安装有电阻丝温度测控系统，与所述电阻丝加热体、第一热电偶和第二热电偶连接；
所述第二温度控制箱42内部安装有硅钼棒温度测控系统和变压器，所述硅钼棒温度测控系统与硅钼棒加热体124和第三热电偶连接。
本发明还提供一种高温气流床气化/热解综合试验系统，其特征在于，包括上述高温气流床气化/热解综合试验装置和气路单元，所述气路单元通过进气管道7与进料管道6连通；
所述气路单元包括并联设置的去离子水管路和一条或两条以上的气体管路；所述去离子水管路依次连接有储水器81和高压泵82；所述气体管路依次连接有气瓶、流量计和阀门。
优选的，上述综合试验系统中，所述进气管道7上设置有电加热汽化器5。
其中，所述流量计为本领域常用的流量计，如分子流量计或质量流量计等。
其中，根据实际需要，所述电阻丝加热炉11的炉壁与硅钼棒加热炉12的炉壁可以为一体式设计，即共用一个炉壁，也可以分开设计。
本发明的有益效果是：(1)工业气化装置中，气流床气化的温度一般高于1400℃，但是现在常用的小型气化装置多采用常规电阻丝加热的方式，难以达到如此高的温度，不能很好的模拟气化过程，本装置使用硅钼棒高温加热炉最高能提供1550℃的气化条件，满足了试验要求。
(2)在本试验装置中，可以通过质量流量计对O2、CO2、N2等进行精确的流量控制，并且设计有不同的旁路系统以灵活切换气体；通过高压液体泵调节进入电加热汽化器的去离子水流量，进而控制水蒸气的发生量；通过对O2、CO2、H2O(g)、N2等气体切换及流量配合，实现气化工况(不同比例的O2、CO2、H2O(g))和热解工况(N2惰性气体环境)，即方便地将试验装置在气化炉、热解炉之间切换；在气化工况下综合调控气化剂，方便地研究不同气化剂对气化过程的影响。
(3)在本试验装置中，可以通过质量流量计对N2、CO2进行精确的流量控制，并可以通过气路系统中的阀门与旁路系统灵活切换，不仅可满足N2做气化载气，还可切换至CO2做气化载气，可方便地研究不同载气对气化过程的影响。
(4)本试验装置中刚玉管反应器较长，在两段式加热炉的作用下，能保证比较长的高温区，使气化反应能充分完成。
(5)刚玉管反应器下接一个内带过滤装置的灰罐，在实现气体与灰分分离的同时，将气化残渣截留下来，并在灰罐内实现收集；气体通过过滤装置离开灰罐后收集分析待测。
(6)灰罐为两段式结构，上段下部安装一个球阀，下段为一个卡箍连接的可拆卸的灰罐；通过开闭球阀，可以控制样品进入灰罐的时间，配合拆取卡箍，可以实现样品的连续、分阶段取样。
(7)在本试验装置中，可以通过改变螺旋进料器中原料的种类(如生物质、石油焦、油页岩等)扩大气化/热解研究范围。
附图说明
图1为实施例一所述高温气流床气化/热解综合试验装置的结构图；
图2为实施例一所述高温气流床气化/热解综合试验装置中所述硅钼棒加热炉的剖面图；
图3为实施例一所述高温气流床气化/热解综合试验装置中所述螺旋进料器的结构图；
图4为实施例一所述高温气流床气化/热解综合试验装置中所述灰罐的结构图；
图5为实施例二所述高温气流床气化/热解综合试验系统的结构图。
其中，1为两段式加热炉，2为螺旋进料器，3为灰罐，41为第一温度控制箱，42为第二温度控制箱，5为电加热汽化器，6为进料管道，7为进气管道，11为电阻丝加热炉，12为硅钼棒加热炉，13为反应管，121为硅钼棒加热炉的炉壁，122为炉膛，123为第二保温层，124为硅钼棒加热体，21为料斗，211为刮板，22为进料筒，221为螺旋叶片，222为出料管，23为第一电机，24为第二电机，31为上段灰罐，32为下段灰罐，33为过滤装置，34为球阀，35为卡箍，9为出气管道，81为储水器，82为高压泵，S1为第一气体管路，S2为第二气体管路，S3为第三气体管路，S4为去离子水管路。
具体实施方式
鉴于目前常见的实验室小型气化炉反应温度不高且难以充分模拟气流床高温气化过程，中试或者工业试烧试验投资巨大，安全要求高，不能充分研究多种工况条件下的气化过程，本发明提供一种高温气流床气化/热解综合试验装置及系统，可将气化温度提高至1550℃，并通过对螺旋进料器变频器的调节实现实时改变进料速率，且保证连续稳定的进料。
在一种优选的实施方式中，本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置包括两段式加热炉、螺旋进料器、灰罐和温度控制设备，所述两段式加热炉包括电阻丝加热炉和硅钼棒加热炉，内部分别设置有电阻丝加热体和硅钼棒加热体，并与温度控制设备中的温度测控系统连接；所述螺旋进料器与变频器连接，控制进料速率；所述灰罐内部设置有过滤装置，实现气体与气化灰渣的分离，并且可以在灰罐出口处对气体进行取样分析。
在一种优选的实施方式中，本发明所述高温气流床气化/热解综合试验系统包括高温气流床气化/热解综合试验装置和与之连通的气路单元，所述气路单元包括并联设置的去离子水管路和气体管路，所述气体管路包括二氧化碳气体管路、氮气气体管路和氧气气体管路。
下面结合附图和各个实施例，对本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统及其有益技术效果进行详细说明。
实施例一
本发明的一种优选的实施方式中，所述高温气流床气化/热解综合试验装置的结构如图1所示，包括以下部件：
两段式加热炉1：所述两段式加热炉1包括相连的第一段加热炉和第二段加热炉，所述第一段加热炉为电阻丝加热炉11，所述第二段加热炉为硅钼棒加热炉12，在电阻丝加热炉11和硅钼棒加热炉12中心贯穿设置有反应管13；
所述电阻丝加热炉11包括炉壁和设置于炉壁与反应管13之间的第一保温层，所述第一保温层内部设置有电阻丝加热体；
所述硅钼棒加热炉12的剖面图如图2所示，包括炉壁121、设置于中心的炉膛122和设置于炉壁与炉膛之间的第二保温层123，所述反应管13贯穿炉膛，所述炉膛内在反应管13四周均匀设置有四根硅钼棒加热体124；
其中，所述反应管13为刚玉反应管(纯度99.9％，耐热1700℃)，内径为60mm，长1.8m，管壁厚度为4mm。刚玉反应管在电阻丝加热炉11中的长度为30cm，在硅钼棒加热炉12中的长度为140cm；所述反应管13在电阻丝加热炉11段的管内设置有第一铂铑热电偶，所述反应管13在硅钼棒加热体12段的管内设置有第二铂铑热电偶，所述反应管13在硅钼棒加热体12段的管外设置有第三铂铑热电偶；所述反应管两端用高温胶与刚玉法兰连接。
其中，所述硅钼棒为U型硅钼棒，厂家为淄博聚鑫有限公司；本发明所述硅钼棒的数量可按需调节，优选为偶数，如4个或6个。
螺旋进料器2：结构如图3所示，所述螺旋进料器2包括料斗21、进料筒22、第一电机23和第二电机24，所述料斗21底部设置有绕轴心旋转的刮板211，由第二电机24驱动，使物料均匀分配，保障原料的稳定进料，所述进料筒22内沿轴心设置有转动轴和由转动轴带动、围绕转动轴设置的螺旋叶片221，进料筒22侧壁的一端与料斗21连通，另一端设置有贯通筒壁的出料管222，所述转动轴由第一电机23驱动，通过转动轴和螺旋叶片221的转动将物料从料斗运输到出料管222。
其中，所述螺旋进料器2的第一电机23与变频器连接，用来调节螺旋进料器的功率以实现对进料速率的控制；所述螺旋进料器2的出料管222通过进料管道6与炉体的反应管13连通。
灰罐3：结构如图4所示，所述灰罐3为两段式灰罐：通过卡箍35连接的上段灰罐31和下段灰罐32，上段灰罐31与反应管13连通，侧壁设置有出气管道9，内部安装有与出气管道9连通的过滤装置33，经过过滤作用，将灰渣收集在下段灰罐32内，气体经过滤装置，通过出气管道9排出，所述上段灰罐31上在出气管道9和卡箍35之间设置有球阀34，关闭球阀，卸下卡箍35便可方便地从下段灰罐32中取出灰渣，实现不停炉在连续进行多工况下实验时实时取样。
温度控制设备：内部安装有温度测控系统，与电阻丝加热体和硅钼棒加热体连接，以控制反应管内反应区的温度。
另一种优选的实施方式中，所述温度控制设备包括第一温度控制箱41和第二温度控制箱42，所述第一温度控制箱41内安装有电阻丝温度测控系统，与所述电阻丝加热体、第一铂铑热电偶和第二铂铑热电偶连接，进而控制反应管13在电阻丝加热炉11段反应区的温度。所述第二温度控制箱42内安装有硅钼棒温度测控系统和变压器，外界电源通过变压器为硅钼棒加热体供电，硅钼棒温度测控系统与硅钼棒加热体和第三铂铑热电偶连接，进而控制反应管13在硅钼棒加热炉12中反应区和硅钼棒加热体124的温度。
此外，所述第一铂铑热电偶和第二铂铑热电偶在反应管内的位置可以按需调节，一种优选的实施方式中，可以将两个铂铑热电偶设置于反应管中间三分之一段的任一处，以便更准确地检测恒温区的温度。
本实施例所述高温气流床气化/热解综合试验装置的操作过程如下：
在进行气化反应前，先检查装置气密性；然后对两段式加热炉1进行预先升温，根据不同的试验目的与工况要求，通过调节温度控制设备控制反应管13在电阻丝加热炉11段的反应区的温度为800-1000℃之间，控制反应管13在硅钼棒加热炉12段的反应区的温度达到1200-1550℃之间。通过螺旋进料器2输入的燃料和从进气管道7输入的载气共同作用下使煤粉从上部进料，通过变频器实现实时改变进料速率，保证连续稳定的进料，反应后的灰渣在刚玉反应罐的下段灰罐32内收集，气体则通过灰罐内的过滤器去除飞灰后离开灰罐。
此外，需要说明的是，本发明中，所述反应管13在硅钼棒加热炉12中的长度与在电阻丝加热炉11中的长度之比范围可以按需调节，优选为(4-6):1。
实施例二
本发明的一种优选的实施方式中，所述高温气流床气化/热解综合试验系统的结构图如图5所示，包括高温气流床气化/热解综合试验装置和气路单元，所述高温气流床气化/热解装置与实施例一相同，所述气路单元包括并联设置的第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路和去离子水管路。
第一气体管路S1：依次连接有二氧化碳气瓶、流量计和阀门；
第二气体管路S2：依次连接有氧气气瓶、流量计和阀门；
第三气体管路S3：依次连接有氮气气瓶、流量计和阀门；
去离子水管路S4：依次连接有储水器81和高压泵82。
所述第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路和去离子水管路出口汇合后，通过进气管道7与进料管道6连通，所述进气管道7上设置有电加热汽化器5。
此外，根据实际需要，气路单元的管路数量可以调整：例如，可以只保留一个气体管路，或者只保留两个气体管路。
本发明所述高温气流床气化/热解系统的操作过程如下：
先连接系统内各管路，检查气密性；再对两段式加热炉预先升温；然后通过螺旋进料器与载气的共同作用使煤粉从上进料，通过流量计对N2、O2、CO2的流量进行控制，通过高压泵对去离子水的尽量进行控制，通过电加热汽化器对气体进行预热并对去离子水进行加热以产生水蒸气，并在其中混合均匀。控制两段式加热炉中反应管内的温度，待原料反应后，灰渣在感应管下端的灰罐收集。本发明所述系统可以通过调节N2、O2、CO2的阀门与流量计实现对载气和气化剂的灵活调控，可以通过控制高压泵开关和流量大小实现对水蒸气加入量的灵活调节，可以通过调节温度自控系统实现反应区达到从室温到1550℃的不同气化反应温度，可以通过对螺旋进料器变频器的调节实现实时改变进料速率，且保证连续稳定的进料。
实施例三
本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统在煤气化领域的应用。
现代煤气化技术在工业上的应用越来越广、规模日益增大，为提高气化效率、降低能耗与污染，加大针对气化过程、反应机理与工艺参数的研究已成为学界的共识，但如若在工业化装置上进行相应的探索与试验，稍有不当将会造成巨大的经济损失与重大的安全事故，因而是不切实际的。
在高温气流床气化/热解综合试验装置中，反应管外边的电阻丝加热炉11与硅钼棒加热炉12连有热电偶，热电偶将温度信号传到温度自控系统，控制系统可以通知反应管内部的温度。气化反应所需的N2、O2通过质量流量计控制流量，在进入反应管前实现预热和混匀。去离子水通过高压液体泵控制流量并且送入电加热汽化器，再转化成水蒸气后与气体混合均匀并进入试验装置。
在本试验装置中，按照试验要求与设计，通过调节温度测控系统，可以达到最高1550℃的气化反应温度：通过调节气体管路与高压泵，可灵活实现气化剂(O2/H2O(g)或者混合气)与载气(N2)等工艺参数的实时调节；通过螺旋进料器频率的改变，可以调节进料量，以综合调配原料与气化剂的比例，综合以上功能，装置可以广泛开展实现探索气化过程与反应机理，优化工艺参数等科学与实践相结合的研究工作。
本实施例选取灵武烟煤(厂家：梅花井煤矿)为原料，用实施例二所述高温气流床气化/热解系统，进行气化实验，具体试验过程如下：
(1)将灵武烟煤破碎、筛分，过200目筛(GB6003.1-1997标准方孔筛，泰勒制)，以1.38g/min的进料速度进入预先升温至预定温度的气流床气化/热解综合试验装置中，其中，电阻丝加热炉11的预定温度为800℃，硅钼棒加热炉12的预定温度如表1所示。
(2)开通第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路和去离子管路，调节各管路的流量计，使N2流量为0.21L/min，O2流量为0.4L/min，H2O流量为0.11ml/min，在载气(N2)作用下，将气化剂(O2和H2O)和粉煤灰送入反应管中，进行反应。
(3)改变硅钼棒加热炉12中反应区的气化温度，收集不同气化温度条件下的气体产物送入气相色谱仪中，分析气体组成，结果如表1所示：
表1灵武烟煤气化反应的出口气组成
由表1可以看出，随着气化温度的升高，气体产物中气体燃料的成分逐渐升高，说明本实施例所述试验系统可成功实现不同高温条件下煤的气化反应，为探索气化过程和反应机理提供新的途径。
实施例四
本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统在煤气化反应性能评价领域的应用。
准确评价煤的气化反应性能，可以为定位煤炭应用方向、筛选气化生产原料等提供有力的参考，节省企业生产成本，进而产生巨大的经济与社会效益。目前对煤炭气化反应性的评价，多采用热重法与管式炉法，在反应温度、反应方式以及结果分析等方面均与实际气化生产过程迥异，获得的性能指标存疑。
将需要评价的煤(或者焦)粉放在螺旋加料机的料斗中，连接装置部件并检查气密性。关闭CO2、O2与高压液体泵，保持N2流量，设定加热炉的加热终温，开始预订的升温过程。升到预定温度并稳定之后，开始通入CO2，并逐步关闭N2。待CO2流速稳定之后，开始通入煤(或者焦)，收集尾气并检测其中气体浓度，根据CO与CO2的浓度比评价所选煤(或者焦)的气化反应性能与潜力。
本实施例选用胜利褐煤(厂家：内蒙古锡林浩特胜利煤田)为原料，用实施例二所述高温气流床气化/热解系统，进行煤气化反应性能评价，具体试验过程如下：
(1)将胜利褐煤在N2保护气氛下在900℃条件下制成热解半焦，对其进行破碎，筛分，以1.26g/min的进料速度进入预先升至预定温度的气流床气化/热解综合实验装置中其中，电阻丝加热炉11的预定温度为800℃，硅钼棒加热炉12的预定温度如表2所示。
(2)开始通入CO2，控制CO2流量为0.6L/min。收集不同温度条件下的气体产物送入气相色谱，分析气体组成。
表2胜利褐煤半焦气化反应的出口气组成
由表2可以看出，随着气化温度的升高，气体产物中CO浓度增大，CO2的浓度减小，区别明显，说明本实施例所述试验系统可成功实现煤的气化反应性能的测定。
实施例五
本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统在煤热解反应领域的应用。
热解反应是气化的初始阶段与起始反应，同时热解也是煤炭加工利用的重要工艺与途径，然而对热解反应的研究多局限在常规升温速率条件下不同升温速率、热解温度、保温时间对热解产物的影响上，难以研究快速升温条件下多工况对煤热解反应过程的影响，更难以获得在极快速升温条件下半焦样品，从而不能对气化反应起始反应过程进行有效的研究。
将实施例二所述试验系统用于煤热解反应，具体过程如下：
称取试验用煤样，放进螺旋进料器中，连接包括进气管路、反应管、灰罐以及与过滤器连通的出气管路等试验装置各个部件并检查气密性；设定装置上氮气质量流量计，并打开阀门开始通入N2；按照试验要求在温度自动系统上设定试验温度，然后开始升温；待温度升到预设温度并稳定之后，按照设定的频率，开启螺旋进料器开始进煤；热解反应后的焦样会收集在灰罐里，待反应结束，温度降为常温之后才可取出；注意在降温过程中反应器中必须保持N2保护气氛。
实施例六
本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统在生物质气化反应领域的应用。
随着化石能源的日渐枯竭，生物质能源的重要性得到了越来越大的关注，利用气化技术将生物质转化为合成气成为研究的热点。但生物质由于固定碳含量低、成分复杂多变，造成有效气成分不高，这成为亟待解决的问题。而气流床气化技术具有气化强度大，能量利用率高的特点，是未来气化技术的发展重点，两者的结合或能为能源利用开拓新的领域与方向。
硅钼棒与电加热两段炉可以便捷的实现从室温到1550℃的不同气化终温，利用质量流量计可以调节N2、O2、CO2的进气比例，与水蒸气在电加热汽化器内预热混合均匀后进入螺旋进料器下料口夹带经干燥破碎之后的生物质进入反应器发生气化反应。
综上所述，本发明所述高温气流床气化/热解综合试验装置及系统可保证最高气化温度达到1550℃；通过流量计控制N2、O2、CO2的流量，通过高压泵控制水蒸气的进入量，能方便地调节气化剂的比例，用于研究不同气化剂对气化过程的影响；螺旋进料器中设置的刮板可保证连续稳定的进料速度；灰罐的两段式设计可方便地拆卸下段灰罐，实现连续实时取样。
Claims (12)
1.一种高温气流床气化/热解综合试验装置，其特征在于，包括两段式加热炉(1)、螺旋进料器(2)、灰罐(3)和温度控制设备；
其中，所述两段式加热炉(1)包括相连的第一段加热炉和第二段加热炉，所述第一段加热炉为电阻丝加热炉(11)，第二段加热炉为硅钼棒加热炉(12)，在电阻丝加热炉(11)和硅钼棒加热炉(12)中心贯穿设置有反应管(13)，所述电阻丝加热炉(11)包括炉壁和设置于炉壁与反应管(13)之间的第一保温层，所述第一保温层内部设置有电阻丝加热体；所述硅钼棒加热炉(12)包括炉壁和设置于炉壁与反应管(13)之间的第二保温层，所述第二保温层内部设置有硅钼棒加热体(124)；
所述螺旋进料器(2)与反应管(13)的入口通过进料管道(6)连通；
所述灰罐(3)与反应管(13)出口连通；
所述温度控制设备内部安装有温度测控系统，与所述电阻丝加热体和所述硅钼棒加热体连接。
2.根据权利要求1所述的综合试验装置，其中，所述硅钼棒加热炉(12)包括炉壁(121)、设置于中心的炉膛(122)和设置于炉壁与炉膛之间的第二保温层(123)，所述反应管(13)贯穿炉膛(122)，所述硅钼棒加热体(124)围绕反应管(13)设置于炉膛(122)内部。
3.根据权利要求1所述的综合试验装置，其中，所述反应管(13)在硅钼棒加热炉(12)中的长度与反应管(13)在电阻丝加热炉(11)中的长度之比为(4-6):1。
4.根据权利要求1所述的综合试验装置，其中，所述螺旋进料器(2)包括料斗(21)、进料筒(22)、第一电机(23)和第二电机(24)，所述进料筒(22)内部沿轴心方向设置有由第一电机(23)驱动的转动轴和由转动轴带动、围绕转动轴设置的螺旋叶片(221)，进料筒(22)侧壁的一端与料斗(21)连通，另一端设置有贯通筒壁的出料管(222)，所述出料管(222)与所述进料管道(6)连通。
5.根据权利要求4所述的综合试验装置，其中，所述料斗(21)底部设置有绕轴心旋转的刮板(211)，所述刮板(211)由第二电机(24)驱动。
6.根据权利要求4所述的综合试验装置，其中，所述螺旋进料器(2)的第一电机(23)连接有变频器。
7.根据权利要求1所述的综合试验装置，其中，所述灰罐(3)为两段式灰罐，包括可拆分的上段灰罐(31)和下段灰罐(32)，所述上段灰罐(31)与所述反应管(13)的出口连通，上段灰罐(31)侧壁连接有出气管道(9)。
8.根据权利要求7所述的综合试验装置，其中，所述上段灰罐(31)内部设置有与出气管道(9)连通的过滤装置(33)。
9.根据权利要求2所述的综合试验装置，其中，所述反应管(13)在电阻丝加热炉(11)段的管内设置有第一热电偶，所述反应管(13)在硅钼棒加热炉(12)段的管内设置有第二热电偶，所述反应管(13)在硅钼棒加热炉(12)段的管外设置有第三热电偶。
10.根据权利要求9所述的综合试验装置，其中，所述温度控制设备包括第一温度控制箱(41)和第二温度控制箱(42)；
所述第一温度控制箱(41)内部安装有电阻丝温度测控系统，与所述电阻丝加热体、第一热电偶和第二热电偶连接；
所述第二温度控制箱(42)内部安装有硅钼棒温度测控系统和变压器，所述硅钼棒温度测控系统与硅钼棒加热体(124)和第三热电偶连接。
11.一种高温气流床气化/热解综合试验系统，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的高温气流床气化/热解综合试验装置和气路单元，所述气路单元通过进气管道(7)与进料管道(6)连通；
所述气路单元包括并联设置的去离子水管路和一条或两条以上的气体管路；所述去离子水管路依次连接有储水器(81)和高压泵(82)；所述气体管路依次连接有气瓶、流量计和阀门。
12.根据权利要求11所述的综合试验系统，其中，所述进气管道(7)上设置有电加热汽化器(5)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160120 |