多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置及評價方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，其包括：反應(yīng)器(1)、冷凝裝置或含塵量測試裝置(16)、氣體油水分離器(8)、分離器儲液罐(9)、第一氣體流量計(10)、儲氣罐(11)、氣體強制循環(huán)裝置；其中，反應(yīng)器(1)、冷凝裝置或含塵量測試裝置(16)、氣體油水分離器(8)、第一氣體流量計(10)、儲氣罐(11)依次連通；氣體油水分離器(8)的液出口與分離器儲液罐(9)相連。本發(fā)明的熱解評價裝置可以進行不同種類的煤、生物質(zhì)、垃圾、廢舊輪胎、廢舊有機物、有機污泥等含碳物的低溫干餾、強制對流換熱、加氫熱解以及含塵測量等多種評價試驗和定量分析。本發(fā)明還提供了一種多功能含碳物質(zhì)的熱解評價方法。
【專利說明】多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置及評價方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置及評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 2012年我國煤炭產(chǎn)量36. 5億噸，約占一次能源生產(chǎn)總量78. 4%，煤炭消費約占一 次能源消費總量72. 6%。同時，國際石油價格持續(xù)攀升并高位振蕩，2012年，中國消費石油 4. 89億噸，石油凈進口 2. 84億噸，對外依存度58 %，比上年提高1. 5 %。煤化工與石油化工 相比具備了一定的競爭力。因此，發(fā)展煤炭的低碳、清潔、高效利用對緩解可持續(xù)發(fā)展壓力 以及能源戰(zhàn)略安全問題具有重大意義。煤在隔絕空氣的條件下進行加熱，在不同的溫度下 發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程稱為煤的熱解，也叫煤的干餾或熱分解。煤的 干餾是氣化、燃燒等其它化學(xué)過程的第一步，也是實現(xiàn)煤炭煤分質(zhì)梯級利用的必要過程。
[0003] 目前常見的干餾技術(shù)按加熱方式可分為外熱式和內(nèi)熱式。內(nèi)熱式干餾技術(shù)以高溫 氣體或固體熱載體與物料直接接觸換熱進行熱解，該類技術(shù)雖然具有傳熱效率高且加熱速 率快的優(yōu)點，但突出問題是熱解過程中由于夾帶、混合等作用導(dǎo)致煤氣與焦油中含塵量高， 后續(xù)分離和處理工藝復(fù)雜。外熱式干餾技術(shù)通過加熱壁向物料傳熱，物料層由外向內(nèi)導(dǎo)熱 升溫，在該過程中由于物料的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致物料升溫速率低、物料溫度分布不均勻、熱解 油、氣溢出阻力大、停留時間長等不利因素?？梢?，強制對流換熱技術(shù)的引入是解決外熱式 干餾技術(shù)缺陷的一種途徑。同時，在增強傳熱效果的同時如何盡量控制粉塵夾帶也是必要 的研究課題。
[0004] 現(xiàn)有的含碳物質(zhì)熱解評價裝置與方法中，如中國專利CN202450043U、 CN103131453A等熱解評價系統(tǒng)中均未涉及到對熱解過程含塵量的考察、強制對流換熱試驗 方法以及對兩者之間影響關(guān)系的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有內(nèi)熱式和外熱式干餾技術(shù)中對粉塵夾帶和強制對流換熱協(xié)同作 用研究的不足，提供了一種將低溫干餾、強制對流換熱、加氫熱解以及含塵測量等多種功能 有效結(jié)合的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置及評價方法。本發(fā)明可完成不同種類的煤、生物 質(zhì)、垃圾、廢舊輪胎、廢舊有機物、有機污泥等含碳物的熱解工藝評價試驗。
[0006] 本發(fā)明提供了一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，其包括：反應(yīng)器1、冷凝裝置或 含塵量測試裝置16、氣體油水分離器8、分離器儲液罐9、第一氣體流量計10、儲氣罐11、氣 體強制循環(huán)裝置；
[0007] 其中，反應(yīng)器1、冷凝裝置或含塵量測試裝置16、氣體油水分離器8、第一氣體流量 計10、儲氣罐11依次連通；氣體油水分離器8的液出口與分離器儲液罐9相連；
[0008] 所述冷凝裝置包括：過濾器2、一級冷凝器3、二級冷凝器4、一級冷凝器儲液罐6、 二級冷凝器儲液罐7 ;其中，過濾器2、一級冷凝器3、二級冷凝器4依次連通；過濾器2與反 應(yīng)器1的氣體出口相連；一級冷凝器3的液出口與一級冷凝器儲液罐6相連；二級冷凝器4 的液出口與二級冷凝器儲液罐7相連；
[0009] 所述含塵量測試裝置16包括：冷井20、放置在冷井20中的洗氣瓶21 ;所述冷井 20為多級冷井，優(yōu)選為三級冷井或多于三級的冷井；
[0010] 所述氣體強制循環(huán)裝置包括：配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12、混氣罐13、 第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15 ;其中，配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12依次與 混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15連通；循環(huán)泵12與儲氣罐11相連，氣體預(yù)熱 器15與反應(yīng)器1氣體入口相連。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置還包括：制冷機組5 ;其中，制冷機組 5的兩個冷卻液出口分別與一級冷凝器3和二級冷凝器4的冷卻液入口相連通；一級冷凝 器3和二級冷凝器4的冷卻液出口分別與制冷機組5的兩個冷卻液入口相連通。
[0012] 本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置還包括：多個壓力程序控制裝置17以及 多個溫度程序控制裝置18,其中，反應(yīng)器1的氣體出口、二級冷凝器4的氣體出口或者含塵 量測試裝置16的氣體出口、混氣罐13上分別布置有壓力程序控制裝置17 ;二級冷凝器4的 氣體出口或者含塵量測試裝置16的氣體出口、預(yù)熱器15出口分別布置有溫度程序控制裝 置18 ;
[0013] 制冷機組5的兩個冷卻液出口分別布置有溫度程序控制裝置18。
[0014] 溫度程序控制裝置18的溫度控制精度±3°C，壓力程序控制裝置17的壓力控制精 度 ±0. 5% F. S.。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，反應(yīng)器1設(shè)置有能耗監(jiān)測系統(tǒng)和 DCS系統(tǒng)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，反應(yīng)器1設(shè)置有熱電偶。
[0017] 在本發(fā)明的一個實施例中，多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置包括：反應(yīng)器1、過濾器 2、一級冷凝器3、二級冷凝器4、一級冷凝器儲液罐6、二級冷凝器儲液罐7、氣體油水分離器 8、分離器儲液罐9、第一氣體流量計10、儲氣罐11、氣體強制循環(huán)裝置；其中，反應(yīng)器1、過濾 器2、一級冷凝器3、二級冷凝器4、氣體油水分離器8、分離器儲液罐9、第一氣體流量計10、 儲氣罐11依次連通；所述氣體強制循環(huán)裝置包括：配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12、 混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15 ;其中，配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵 12依次與混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15相連通；循環(huán)泵12與儲氣罐11相 連，氣體預(yù)熱器15與反應(yīng)器1氣入口相連。
[0018] 在本發(fā)明的另一個實施例中，多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置包括：反應(yīng)器1、含塵 量測試裝置16、氣體油水分離器8、分離器儲液罐9、第一氣體流量計10、儲氣罐11、氣體強 制循環(huán)裝置；其中，反應(yīng)器1、含塵量測試裝置16、氣體油水分離器8、第一氣體流量計10、儲 氣罐11依次連通；所述氣體強制循環(huán)裝置包括：配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12、 混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15 ;其中，配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵 12依次與混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15相連通；循環(huán)泵12與儲氣罐11相 連，氣體預(yù)熱器15與反應(yīng)器1氣入口相連。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括：
[0020] (1)向反應(yīng)器提供用于加氫熱解的富氫氣體的步驟；
[0021] 或者，向反應(yīng)器提供強制對流換熱氣體的步驟；
[0022] (2)在反應(yīng)器內(nèi)，含碳物質(zhì)在富氫環(huán)境下或者在強制對流換熱氣體下進行熱解的 步驟；
[0023] (3)在冷凝裝置中對熱解氣進行冷凝以及收集冷凝液的步驟；
[0024] 或者，在含塵量測試裝置中對熱解氣進行冷凝、洗滌以及然后分離、收集并計量冷 凝液和粉塵的步驟；
[0025] (4)在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟；
[0026] (5)計量并收集冷凝氣體的步驟。
[0027] 其中，在步驟（1)中，用于加氫熱解的富氫氣體或者強制對流換熱氣體為全部由 配氣系統(tǒng)19提供的氣體或者經(jīng)循環(huán)泵12抽出的來自儲氣罐11中的熱解氣體和配氣系統(tǒng) 19補充的氣體的混合氣體；具體地，全部由配氣系統(tǒng)19提供的氣體或者經(jīng)循環(huán)泵12抽出 的來自儲氣罐11中的熱解氣體和配氣系統(tǒng)19補充的氣體的混合氣體經(jīng)混氣罐13和第二 氣體流量計14后，進入氣體預(yù)熱器15,經(jīng)預(yù)熱后進入反應(yīng)器1 ;
[0028] 在步驟（2)中，將粒徑為10_50mm的塊狀物料放入反應(yīng)器1中，然后由反應(yīng)器1底 部氮氣吹掃入口通入氮氣進行系統(tǒng)吹掃，達到低氧環(huán)境；通過DCS控制系統(tǒng)設(shè)定反應(yīng)器1的 熱解溫度、升溫程序以及熱解時間等操作條件，在反應(yīng)器1中，含碳物質(zhì)在富氫環(huán)境下或者 在強制對流換熱氣體下進行熱解反應(yīng)；
[0029] 在步驟（3)中，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫（500°C -600°C )荒煤氣經(jīng)過過濾器2后，進入一 級冷凝器3的殼程，冷卻后的液體產(chǎn)物進入一級冷凝器儲液罐6儲存；經(jīng)過一級冷凝器3冷 卻的荒煤氣進入二級冷凝器4的殼程，冷卻后的液體產(chǎn)物進入二級冷凝器儲液罐7儲存；具 體地，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫（500°C _600°C )荒煤氣通過帶有伴熱裝置的管路進入主路的過濾器 2濾掉粉塵后，進入一級冷凝器3的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)一級冷凝器3管程的冷 卻介質(zhì)進行換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入一級冷凝器儲液罐6儲存；經(jīng)過一級冷凝器3冷卻 的荒煤氣進入二級冷凝器4的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)二級冷凝器4管程的冷卻介 質(zhì)進行進一步換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入二級冷凝器儲液罐7儲存，取出儲液罐6和7中 的液體并稱重；
[0030] 或者，在步驟（3)中，反應(yīng)器1中產(chǎn)生的高溫荒煤氣與強制對流換熱氣體以及夾帶 的粉塵一起進入含塵量測試單元16,進行冷凝和溶劑洗滌處理，然后通過分離方法將含塵 量測試單元16中的粉塵、焦油及溶劑進行分離；具體地，反應(yīng)器1中產(chǎn)生的高溫荒煤氣與強 制對流換熱氣體以及夾帶的粉塵一起進入含塵量測試單元16,進行冷凝以及溶劑洗塵、洗 油凈化，然后通過分離方法可將含塵量測試單元16中的粉塵、焦油及溶劑進行分離，烘干 稱量后獲得含塵量；
[0031] 在步驟⑷中，經(jīng)過二級冷凝器4冷卻的煤氣（20-30°C )或者經(jīng)含塵量測試裝置 16處理的煤氣（20-30°C)進入氣體油水分離器8,完成煤氣的脫油脫水，分離的液體進入分 離器儲液罐9,取出儲液罐9中的液體并稱重；
[0032] 在步驟（5)中，經(jīng)氣體油水分離器8脫油脫水后的煤氣經(jīng)濕式第一氣體流量計10 計量煤氣流量后，進入煤氣儲罐11。
[0033] 試驗完成后，通過煤氣儲罐11上的取氣口取出氣體樣品進行色譜分析；同時打開 反應(yīng)器1取出反應(yīng)器1內(nèi)熱解后的剩余固體并稱重；取出儲液罐6、7和9中的液體并稱重， 根據(jù)上述固體、液體產(chǎn)物的質(zhì)量和流量計10計量的氣體體積及色譜分析數(shù)據(jù)，計算出含碳 物質(zhì)熱解后的固體、液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率，并對相關(guān)固體、液體和氣體產(chǎn)物取樣分析；
[0034] 或者，通過分離方法可將含塵量測試單元16中的粉塵、焦油及溶劑進行分離；烘 干稱量后獲得含塵量，同時可獲得由第二氣體流量計14計量得到的循環(huán)氣量，進而獲得含 塵量與強制對流換熱氣量的關(guān)系。
[0035] 在一個實施例中，提供了 一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括：
[0036] (1)向反應(yīng)器提供用于加氫熱解的富氫氣體的步驟；
[0037] (2)在反應(yīng)器內(nèi)，含碳物質(zhì)在富氫環(huán)境下進行熱解的步驟；
[0038] (3)在冷凝裝置中對熱解氣進行冷凝以及收集冷凝液的步驟；
[0039] (4)在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟；
[0040] (5)計量并收集冷凝氣體的步驟。
[0041] 該方法可以評價不同含碳物質(zhì)在不同富氫環(huán)境下的熱解反應(yīng)，考察富氫氣體的成 分、流量等對熱解反應(yīng)的影響。
[0042] 在另一個實施例中，提供了一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括：
[0043] (1)向反應(yīng)器提供強制對流換熱氣體的步驟；
[0044] (2)在反應(yīng)器內(nèi)，含碳物質(zhì)在強制對流換熱氣體下進行熱解的步驟；
[0045] (3)在含塵量測試裝置中對熱解氣進行冷凝、洗滌以及然后分離、收集并計量冷凝 液和粉塵的步驟；
[0046] (4)在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟；
[0047] (5)計量并收集冷凝氣體的步驟。
[0048] 該評價方法通過分析含塵量和循環(huán)氣量的關(guān)系，可以獲得含塵量與強制對流換熱 氣量的關(guān)系；考察強制對流這種增強換熱強度方式下，物料粒徑、循環(huán)氣量、循環(huán)氣體溫度 等條件對熱解反應(yīng)產(chǎn)物分布和性質(zhì)、氣體夾帶的含塵量以及反應(yīng)時間和能耗的影響，進而 獲得熱解過程適宜的操作條件。
[0049] 在本發(fā)明中，富氫氣體是指氣體中富含H2、CH4和H 20等可以在熱解過程中提供氫 原子進而滿足加氫熱解改善產(chǎn)品產(chǎn)率和性質(zhì)目的的氣體。本發(fā)明中要求富氫氣體中含氫量 (原子個數(shù)比）不低于40%。
[0050] 強制對流換熱氣體是指為了考察強制對流條件對反應(yīng)器內(nèi)物料傳熱及氣體中粉 塵夾帶影響而通入的惰性氣體或自身產(chǎn)生的熱解氣體，根據(jù)自身系統(tǒng)產(chǎn)氣量和實驗條件要 求可以與配氣系統(tǒng)聯(lián)合使用，以滿足系統(tǒng)對循環(huán)氣量的要求。
[0051] 含碳物質(zhì)可為不同種類的煤、生物質(zhì)、垃圾、廢舊輪胎、廢舊有機物、有機污泥等含 碳物。含碳物質(zhì)的粒徑可為1〇 _50_。
[0052] 本發(fā)明同時包含能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)反應(yīng)器能耗的實時監(jiān)測用于分析反應(yīng)過程 中能耗分布特點。
[0053] 加熱系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)在線控制并記錄數(shù)據(jù)，反應(yīng)溫度不高于750°C，升溫速率小于 30°C /min ;反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)有可拆卸的氣室，內(nèi)有蓄熱體，可起到均勻布氣及預(yù)熱氣體的作 用，進而提高熱效率；反應(yīng)器內(nèi)帶有多點熱電偶，可以實現(xiàn)在線徑向與軸向多點測溫功能， 實時監(jiān)控徑向及縱向溫度。
[0054] 本發(fā)明還可完成不同種類的煤、生物質(zhì)、垃圾、廢舊輪胎、廢舊有機物、有機污泥等 含碳物在熱解過程中的強制對流換熱及含塵測量試驗和定量分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置的工藝流程圖；
[0056] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例1的含碳物質(zhì)熱解評價裝置的工藝流程圖；
[0057] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例2的含碳物質(zhì)熱解評價裝置的工藝流程圖；以及
[0058] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例3的含碳物質(zhì)熱解評價裝置的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0059] 以下將會結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施例作詳細說明。
[0060] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置包括：反應(yīng)器1、冷凝裝 置或含塵量測試裝置16、氣體油水分離器8、分離器儲液罐9、第一氣體流量計10、儲氣罐 11、氣體強制循環(huán)裝置；
[0061] 其中，反應(yīng)器1、冷凝裝置或含塵量測試裝置16、氣體油水分離器8、第一氣體流量 計10、儲氣罐11依次相連，使得氣體在其中連通；氣體油水分離器8的液出口與分離器儲 液罐9相連；
[0062] 所述冷凝裝置包括：過濾器2、一級冷凝器3、二級冷凝器4、一級冷凝器儲液罐6、 二級冷凝器儲液罐7 ;其中，過濾器2、一級冷凝器3、二級冷凝器4依次連通；過濾器2與反 應(yīng)器1的氣體出口相連；一級冷凝器3的液出口與一級冷凝器儲液罐6相連；二級冷凝器4 的液出口與二級冷凝器儲液罐7相連；
[0063] 所述含塵量測試裝置16包括：三級冷井20、放置在冷井20中的洗氣瓶21 ;三級冷 井依次串聯(lián)，洗氣瓶21中放有溶劑用來洗去氣體中的粉塵和焦油；
[0064] 所述氣體強制循環(huán)裝置包括：配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12、混氣罐13、 第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15 ;其中，配氣系統(tǒng)19或配氣系統(tǒng)19和循環(huán)泵12依次與 混氣罐13、第二氣體流量計14、氣體預(yù)熱器15連通；循環(huán)泵12分別與儲氣罐11和混氣罐 13相連，配氣系統(tǒng)19與混氣罐13相連，氣體預(yù)熱器15分別與第二氣體流量計14和反應(yīng)器 1氣體入口相連。
[0065] 熱解評價裝置包括含塵量測試裝置，含塵量測試裝置以側(cè)線形式與冷凝裝置并 聯(lián)，用閥門進行切換，包括不凝氣的累計計量儀器，可在線分析含塵量與不凝氣的定量關(guān) 系。
[0066] 冷凝裝置與含塵量測試裝置以擇一的方式運行，S卩，當冷凝裝置處于運行狀態(tài)時， 含塵量測試裝置處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，當含塵量測試裝置處于運行狀態(tài)時，冷凝裝置處于關(guān) 閉狀態(tài)。
[0067] 加氫熱解的富氫氣體可為全部由配氣系統(tǒng)提供的氣體（原料氣）或經(jīng)循環(huán)泵7抽 出的來自儲氣罐6中已有的熱解氣體和配氣系統(tǒng)補充氣體的混合氣體。
[0068] 在圖1中，熱解評價裝置還包括制冷機組5,其中，制冷機組5的兩個冷卻液出口分 別與一級冷凝器3和二級冷凝器4的冷卻液入口相連通；一級冷凝器3和二級冷凝器4的 冷卻液出口分別與制冷機組5的兩個冷卻液入口相連通。
[0069] 在圖1的熱解評價裝置中，反應(yīng)器1的氣體出口、二級冷凝器4的殼程氣體出口或 者含塵量測試裝置16的氣體出口、混氣罐13上分別布置有壓力程序控制裝置17 ;二級冷 凝器4的殼程氣體出口和預(yù)熱器15出口分別布置有溫度程序控制裝置18 ;制冷機組5的 兩個冷卻液出口分別布置有溫度程序控制裝置18。
[0070] 反應(yīng)器1設(shè)置有能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)反應(yīng)器能耗的實時監(jiān)測用于分析反應(yīng)過程 中能耗分布特點。
[0071] 反應(yīng)器1設(shè)置有DCS控制系統(tǒng)，可設(shè)定反應(yīng)器1的熱解溫度、升溫程序以及熱解時 間等操作條件。
[0072] 以褐煤加氫熱解工藝為例，說明本發(fā)明的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法。
[0073] 將粒徑為10_50mm的3kg褐煤放入反應(yīng)器1中，然后由反應(yīng)器1底部通入氮氣對 整個裝置進行吹掃，并在儲氣罐11上安裝的氣體取樣口采集氣體分析，合格后以15°C /min 的升溫速率將反應(yīng)器1升溫到600°C ;由配氣系統(tǒng)提供的反應(yīng)氣（原料氣）或者經(jīng)循環(huán)泵 12抽出的來自儲氣罐11中已有的熱解氣體和配氣系統(tǒng)補充的混合氣體在混氣罐13穩(wěn)壓 后經(jīng)第二流量計14計量后進入氣體預(yù)熱器15,預(yù)熱后的反應(yīng)氣體進入反應(yīng)器1中與煤樣 進行加氫熱解反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的高溫（500°C _600°C )荒煤氣通過帶有伴熱裝置的管路進 入主路的過濾器2濾掉粉塵后進入一級冷凝器3的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)一級冷 凝器3管程的冷卻介質(zhì)進行換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入一級冷凝器儲液罐6儲存；經(jīng)過一 級冷凝器3冷卻的荒煤氣進入二級冷凝器4的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)二級冷凝器 4管程的冷卻介質(zhì)進行進一步換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入二級冷凝器儲液罐7儲存；經(jīng)過 二級冷凝器4冷卻的煤氣（20-30°C )進入氣體油水分離器8完成煤氣的脫油脫水后經(jīng)濕 式流量計10計量煤氣流量后進入煤氣儲罐11。試驗完成后，通過煤氣儲罐11上的取氣口 取出氣體樣品進行色譜分析；同時打開反應(yīng)器1取出反應(yīng)器1內(nèi)熱解后的剩余固體并稱重； 取出儲液罐6、7和9中的液體并稱重，根據(jù)上述固體、液體產(chǎn)物的質(zhì)量和第一氣體流量計10 計量的氣體體積及色譜分析數(shù)據(jù)，計算出煤熱解后的固體、液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率，并對相關(guān) 固體、液體和氣體產(chǎn)物取樣分析。進而可以考察反應(yīng)氣體（原料氣）成分、流量等對熱解反 應(yīng)的影響。
[0074] 或者，由配氣系統(tǒng)提供的原料氣體或儲氣罐11中經(jīng)循環(huán)泵12抽出的部分熱解自 產(chǎn)氣和配氣系統(tǒng)補充的混合氣體進入混氣罐13,經(jīng)第二氣體流量計14調(diào)節(jié)流量進入氣體 預(yù)熱器15預(yù)熱后進入反應(yīng)器1中增強反應(yīng)器1中物料的換熱強度。反應(yīng)器1中的褐煤在 預(yù)熱氣體與反應(yīng)器1的加熱下熱解，熱解產(chǎn)生的高溫荒煤氣與強制對流換熱氣體以及夾帶 的粉塵一起進入側(cè)線中含塵量測試單元16,通過溶劑進行多級洗塵、洗油凈化后，冷卻的煤 氣（20-30°C)進入氣體油水分離器8,完成煤氣的脫油脫水后經(jīng)濕式第一氣體流量計10計 量煤氣流量后進入煤氣儲罐11形成循環(huán)。試驗完成后，通過分離方法可將含塵量測試單元 16中的粉塵、焦油及溶劑進行分離，烘干稱量后獲得含塵量，同時可獲得由第二氣體流量計 14計量得到的循環(huán)氣量，進而獲得含塵量與強制對流換熱氣量的關(guān)系。對于強制對流換熱 對熱解反應(yīng)的影響同樣可通過分析熱解固體、液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率以及產(chǎn)物性質(zhì)得到。
[0075] 實施例1
[0076] 進行含碳物質(zhì)的低溫?zé)峤庠u價試驗
[0077] 如圖2所示，將粒徑為10-50_的塊狀物料放入反應(yīng)器1中，然后由反應(yīng)器1底部 氮氣吹掃入口通入氮氣進行系統(tǒng)吹掃，達到低氧環(huán)境。通過DCS控制系統(tǒng)設(shè)定反應(yīng)器1的 熱解溫度、升溫程序以及熱解時間等操作條件，反應(yīng)器1按照溫控程序進行升溫在不同溫 度下進行熱解反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的高溫（500°C -600°C )荒煤氣通過帶有伴熱裝置的管路進 入主路的過濾器2濾掉粉塵后進入一級冷凝器3的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)一級冷 凝器3管程的冷卻介質(zhì)進行換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入一級冷凝器儲液罐6儲存；經(jīng)過一 級冷凝器3冷卻的荒煤氣進入二級冷凝器4的殼程，與來自制冷機組5的流經(jīng)二級冷凝器 4管程的冷卻介質(zhì)進行進一步換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入二級冷凝器儲液罐7儲存；經(jīng)過 二級冷凝器4冷卻的煤氣（20-30°C)進入氣體油水過濾器8完成煤氣的脫油脫水后經(jīng)濕 式流量計10計量煤氣流量后進入煤氣儲罐11。試驗完成后，通過煤氣儲罐11上的取氣口 取出氣體樣品進行色譜分析；同時打開反應(yīng)器1取出反應(yīng)器1內(nèi)熱解后的剩余固體并稱重； 取出儲液罐6、7和9中的液體并稱重，根據(jù)上述固體、液體產(chǎn)物的質(zhì)量和流量計10計量的 氣體體積及色譜分析數(shù)據(jù)，計算出煤熱解后的固體、液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率，并對相關(guān)固體、 液體和氣體產(chǎn)物取樣分析。本系統(tǒng)和方法可以實現(xiàn)對不同含碳物質(zhì)低溫干餾過程的評價， 考察不同反應(yīng)條件下干餾產(chǎn)物分布及性質(zhì)。另外該系統(tǒng)中利用多點熱電偶可獲得不同反應(yīng) 時間和位置處物料的溫度分布，通過關(guān)聯(lián)試驗產(chǎn)物情況可以獲得不同含碳物質(zhì)低溫干餾宏 觀反應(yīng)動力學(xué)。
[0078] 實施例2
[0079] 進行含碳物質(zhì)的加氫熱解評價試驗
[0080] 如圖3所示，將不同性質(zhì)的塊狀物料放入反應(yīng)器1中，然后由反應(yīng)器1底部氮氣吹 掃入口通入氮氣進行系統(tǒng)吹掃，達到低氧環(huán)境。通過DCS控制系統(tǒng)設(shè)定反應(yīng)器1的熱解溫 度、升溫程序以及熱解時間等操作條件，反應(yīng)器1按照溫控程序進行升溫在不同溫度下進 行熱解反應(yīng)。加氫熱解的富氫氣體可由配氣系統(tǒng)提供或經(jīng)循環(huán)泵12抽出的來自儲氣罐11 中已有的熱解氣體和配氣系統(tǒng)補充的混合氣體調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)后符合要求的混合氣體進 入混氣罐13和第二流量計14調(diào)節(jié)流量后（可實現(xiàn)不同循環(huán)氣量的控制和調(diào)節(jié)）進入氣體 預(yù)熱器15預(yù)熱后（可預(yù)熱到600°C )進入反應(yīng)器1中與反應(yīng)器1中物料在富氫環(huán)境下進行 熱解反應(yīng)，進而提高熱解焦油和熱解氣產(chǎn)率和品質(zhì)。反應(yīng)產(chǎn)生的高溫（500°C _600°C )荒煤 氣通過帶有伴熱裝置的管路進入主路的過濾器2濾掉粉塵后進入一級冷凝器3的殼程，與 來自制冷機組5的流經(jīng)一級冷凝器3管程的冷卻介質(zhì)進行換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入一 級冷凝器儲液罐6儲存；經(jīng)過一級冷凝器3冷卻的荒煤氣進入二級冷凝器4的殼程，與來自 制冷機組5的流經(jīng)二級冷凝器4管程的冷卻介質(zhì)進行進一步換熱，冷卻后的液體產(chǎn)物進入 二級冷凝器儲液罐7儲存；經(jīng)過二級冷凝器4冷卻的煤氣（20-30°C )進入氣體油水過濾器 8完成煤氣的脫油脫水后經(jīng)濕式第一氣體流量計10計量煤氣流量后進入煤氣儲罐11循環(huán) 使用。試驗完成后，通過煤氣儲罐11上的取氣口取出氣體樣品進行色譜分析；同時打開反 應(yīng)器1取出反應(yīng)器1內(nèi)熱解后的剩余固體并稱重；取出儲液罐6、7和9中的液體并稱重，根 據(jù)上述固體、液體產(chǎn)物的質(zhì)量和第一氣體流量計10計量的氣體體積及色譜分析數(shù)據(jù)，計算 出煤熱解后的固體、液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率，并對相關(guān)固體、液體和氣體產(chǎn)物取樣分析。本系 統(tǒng)和方法可以完成不同含碳物質(zhì)在不同富氫環(huán)境下的熱解評價試驗，考察不同反應(yīng)條件下 干餾產(chǎn)物分布及性質(zhì)，進而獲得提高低品質(zhì)含碳物質(zhì)熱解產(chǎn)物高附加值的方法。實驗結(jié)果 見表1。
[0081] 表1富氫環(huán)境氣氛對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的影響
[0082]

【權(quán)利要求】
1. 一種多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，其包括：反應(yīng)器（1)、冷凝裝置或含塵量測試裝 置（16)、氣體油水分離器（8)、分離器儲液罐（9)、第一氣體流量計（10)、儲氣罐（11)、氣體 強制循環(huán)裝置； 其中，反應(yīng)器（1)、冷凝裝置或含塵量測試裝置（16)、氣體油水分離器（8)、第一氣體流 量計（10)、儲氣罐（11)依次連通；氣體油水分離器（8)的液出口與分離器儲液罐（9)相 連； 所述冷凝裝置包括：過濾器（2)、一級冷凝器（3)、二級冷凝器（4)、一級冷凝器儲液罐 (6)、二級冷凝器儲液罐（7);其中，過濾器（2)、一級冷凝器（3)、二級冷凝器（4)依次連通； 過濾器（2)與反應(yīng)器（1)的氣體出口相連；一級冷凝器（3)的液出口與一級冷凝器儲液罐 (6)相連；二級冷凝器⑷的液出口與二級冷凝器儲液罐（7)相連； 所述含塵量測試裝置（16)包括：冷井（20)、放置在冷井（20)中的洗氣瓶（21); 所述氣體強制循環(huán)裝置包括：配氣系統(tǒng)（19)或配氣系統(tǒng)（19)和循環(huán)泵（12)、混氣罐 (13)、第二氣體流量計（14)、氣體預(yù)熱器（15);其中，配氣系統(tǒng)（19)或配氣系統(tǒng)（19)和循 環(huán)泵（12)依次與混氣罐（13)、第二氣體流量計（14)、氣體預(yù)熱器（15)連通；循環(huán)泵（12) 與儲氣罐（11)相連，氣體預(yù)熱器（15)與反應(yīng)器（1)氣體入口相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，進一步包括制冷機組（5);其 中，制冷機組（5)的兩個冷卻液出口分別與一級冷凝器（3)和二級冷凝器（4)的冷卻液入 口相連通；一級冷凝器（3)和二級冷凝器（4)的冷卻液出口分別與制冷機組（5)的兩個冷 卻液入口相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，進一步包括壓力程序控制裝 置（17)以及溫度程序控制裝置（18)，其中，反應(yīng)器（1)的氣體出口、二級冷凝器（4)的殼 程氣體出口或者含塵量測試裝置16的氣體出口、混氣罐（13)上分別布置有壓力程序控制 裝置（17);二級冷凝器（4)的殼程氣體出口或者含塵量測試裝置（16)的氣體出口、預(yù)熱器 (15)出口分別布置有溫度程序控制裝置（18)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價裝置，其中，反應(yīng)器（1) 設(shè)置有能耗監(jiān)測系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)以及多點熱電偶。
5. -種多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括： (1) 向反應(yīng)器提供用于加氫熱解的富氫氣體的步驟； 或者，向反應(yīng)器提供強制對流換熱氣體的步驟； (2) 在反應(yīng)器內(nèi)，含碳物質(zhì)在富氫環(huán)境下或者在強制對流換熱氣體下進行熱解的步 驟； (3) 在冷凝裝置中對熱解氣進行冷凝以及收集冷凝液的步驟； 或者，在含塵量測試裝置中對熱解氣進行冷凝、洗滌，然后分離、收集并計量粉塵和冷 凝液的步驟； (4) 在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟； (5) 計量并收集冷凝氣體的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括： (1) 向反應(yīng)器提供用于加氫熱解的富氫氣體的步驟； (2) 在反應(yīng)器內(nèi)含碳物質(zhì)在富氫環(huán)境下進行熱解的步驟； (3) 在冷凝裝置中對熱解氣進行冷凝以及收集冷凝液的步驟； (4) 在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟； (5) 計量并收集冷凝氣體的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其包括： (1) 向反應(yīng)器提供強制對流換熱氣體的步驟； (2) 在反應(yīng)器內(nèi)含碳物質(zhì)在強制對流換熱氣體下進行熱解的步驟； (3) 在含塵量測試裝置中對熱解氣進行冷凝、洗滌以及然后分離、收集并計量冷凝液和 粉塵的步驟； (4) 在氣體油水分離器中對冷凝的熱解氣進行油水分離并收集液體的步驟； (5) 計量并收集冷凝氣體的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其中， 在步驟（1)中，用于加氫熱解的富氫氣體或強制對流換熱氣體為全部由配氣系統(tǒng)提供 的氣體或者為經(jīng)循環(huán)泵抽出的來自儲氣罐中的熱解氣體和配氣系統(tǒng)補充的氣體的混合氣 體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其中，含碳物質(zhì) 的粒徑為10-50mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項所述的多功能含碳物質(zhì)熱解評價方法，其中，反應(yīng)器 (1)的加熱系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)控制，反應(yīng)溫度低于750°C，升溫速率小于30°C /min。
【文檔編號】G01N25/00GK104155326SQ201410342353
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】吳道洪, 裴培, 王其成 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司