一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，利用所述装置，选用煤和石英砂分层入料进行共热解，可有效定向强化热解气流动方向。由于热解气横向穿过105mm煤层的阻力(压降110Pa)远小于热解气向上穿过40mm石英砂层(压降280Pa)阻力，因而所述装置和方法强化了热解气相产物横向穿过低温煤层逸出反应器，优化了流场，减少了热解气相产物的二次反应，增强了自由基的产生并抑制了大分子化合物的团聚，提高了焦油产率和轻质组分含量。当加热电炉温度900℃，采用所述方法，使得焦油产率从5.31wt.％增加到6.26wt.％，热解水产率从8.58wt.％降低到7.90wt.％，焦油中轻质组分含量从70.3wt.％增加到72.7wt.％，焦油灰分含量小于0.5wt.％。本发明专利技术对于科学研究和生产实践都具有重要意义。

A directional intensified flow field pyrolysis device and a pyrolysis method for hydrocarbon materials

The invention discloses a directional intensified flow field pyrolysis device and a hydrocarbon feedstock pyrolysis method. The device adopts coal and quartz sand to separate into feed for CO pyrolysis, which effectively orientate and intensify the direction of the flow of the pyrolysis gas. The pyrolysis gas across the 105mm coal seam resistance (pressure drop 110Pa) is far less than the pyrolysis gas upward through the quartz sand layer 40mm (280Pa drop) resistance, thus the device and method of strengthening the pyrolyzed gas phase products across the low temperature coal seam escape reactor, optimization of the flow field, minus two times less reaction of pyrolyzed gas phase products. And enhance the production of free radicals and inhibit macromolecular compounds reunion, improves the yields of tar and light components. When the heating furnace temperature of 900 DEG C, by adopting the method, the tar yield increased from 5.31wt.% to 6.26wt.%, the rate of aquatic pyrolysis was reduced from 8.58wt.% to 7.90wt.%, tar and light components content increased from 70.3wt.% to 72.7wt.%, tar and ash content of less than 0.5wt.%. The invention is of great significance for scientific research and production practice.

【技术实现步骤摘要】
一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法
本专利技术属于可再生能源
，具体涉及一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法。适用于各类低阶煤在不同条件下的热解制高品质油气。
技术介绍
我国煤炭资源储量巨大，但煤炭质量参差不齐，其中低阶煤占我国煤炭资源蕴藏总量和产量中分别占据55％和30％以上，其能源地位极其重。近年来，由于社会的发展和人们物资生活的提高，人民日益增长的对石油和天然气的需求，加剧了有限的石化资源的消耗；而洁净煤技术近些年取得了较大进步，加之我国“富煤贫油”的资源现状，因而未来较长时间内，煤炭在我国一次能源结构中地位还会进一步增强和提高低阶煤热解技术是一种热化学转化技术，可以实现低阶煤的高值化利用，且产生的热解油可以有效缓解我国石油短缺的现状，具有重要的战略意义。传统外热式加热炉中煤热解气相产物流动，热解过程中，靠近加热墙壁的煤首先热解，形成疏松的半焦，且孔隙率有所增加。因而，热解后的气体更多的从靠近加热墙的半焦层逸出，；少部分热解气死向上穿过煤料层。由于靠近加热壁的温度高，初焦油经过该高温区域时发生剧烈的二次热解反应，降低了焦油产率，增加了焦油中重质组分。定向强化流场下低阶煤热解固定床装置，通过采用石英砂与煤分层进料，有效强化了热解气流向低温煤层，减少了焦油气的二次裂解，提高了焦油产率，增加了焦油中轻质组分含量，对低阶煤的高值化、工业化应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
提到的问题，提出一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，提高热解焦油的产率和品质。本专利技术对于科学研究和生产实践都具有重要意义。所述的一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，其中所述的碳氢原料热解炭化方法，选用低阶煤为主要热解原料，将煤和石英砂分层入料。首先装入煤料，留出40mm高度，装入石英砂，然后盖上反应器密封。然后氮气小流量吹扫，采用肥皂水对已经装入生物质、连接好手机系统的反应器进行气密性检查。在系统气密性良好的情况下，设置电炉一侧加热，一侧保温，并同步计时。热解气逸出后，经过冷凝系统在收集瓶内收集到油和水混合物，未冷却的热解气进一步在冰水浴的丙酮中收集。每隔5min采用湿式流量计计量气体量，并取气样，用在线气相色谱分析气体组成。当反应器中心温度达到设定温度后，将电炉断电，并将电炉滑动至导轨左侧。反应器中的生物炭冷却至室温后，打开反应器，对生物炭进行称重、取样。为了验证所述方法效果，搭建了压降测试装置(图2)，通过在反应器(1)中放入煤或石英砂，然后设置好气瓶(6)的气速，记录压力表(3)的示数变化。当装入105mm煤样时，压力表示数110Pa；当装入105mm半焦时，压力表示数5Pa；当装入40mm石英砂时，压力表示数280Pa。结果表明，气体穿过105mm煤样的阻力远远小于穿过40mm的石英砂层阻力。因而，图1装置中，通过装入石英砂层，热解气更多的横向穿过煤层，逸出反应器，因而减少了焦油气的二次裂解，提高了焦油产率和品质。图3表明了没有装入石英砂时热解气流动路径示意图，热解气相产物更多流向加热壁高温半焦层，然后逸出反应器。图4表明了装入石英砂时热解气流动路径示意图，热解气相产物更多流向低温煤层，逸出反应器。所述的一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，所述装置见图1，包括气瓶(1)、气体预热器(3)、电加热炉(4,6)、反应器(5)、热电偶(7)、压力表(8)、冷凝系统(9)、收集瓶(10)、丙酮冰水浴(11,12,13)、过滤器(14)、放空瓶(17)、真空泵(18)、流量计(19)、碳酸氢钠洗瓶(20)、硅胶洗瓶(22)和在线色谱仪(24)等，可以实现热解产物油和气的分离和净化，且在线色谱仪可以对热解气组分进行实时监测，最终可以计算出热解气平均组成和热解气产率。本装置也可以实现不同气氛气体条件下热解试验。本专利技术具有以下优点或积极效果：所述实验方法在所述装置上，实现了强化热解气向低温煤层流动，减少了热解初焦油的二次裂解，提高了焦油产率和焦油轻质组分含量；也加快了热解气相产物的显热传递给低温煤层，加快了热解速率。此外，热解气相产物穿过低温煤层，逸出反应器，显著减少了焦油中粉尘含量，有效降低后续焦油处理成本。附图说明：图1为一种定向强化流场下碳氢原料热解装置流程示意图。图2为一种压降测试装置流程示意图。图3为未装石英砂条件下定向强化流场反应器内热解气流动路径示意图。图4为装入石英砂条件下定向强化流场反应器内热解气流动路径示意图。图1中，1.气瓶；2.气阀；3.气体预热器；4.电炉；5.定向强化流场热解反应器；7.热电偶；8.压力表；9.冷凝系统；10.收集瓶；11,12,13.丙酮洗瓶；14.过滤器；15,16,21,23.阀门；17.放空瓶；18.真空泵；19.流量计；20.碳酸氢钠洗瓶；22.硅胶洗瓶；24.在线色谱仪。图2中，1.石英管反应器；2.物料；3.压力表；4.质量流量计；5.阀门；6.气瓶。具体实施方式：本实施例为一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，下面结合附图对本专利技术的实施例进行具体描述。如图1所述定向强化流场热解装置流程示意图，具体包括气瓶(1)、气体预热器(3)、电加热炉(4,6)、反应器(5)、热电偶(7)、压力表(8)、冷凝系统(9)、收集瓶(10)、丙酮冰水浴(11,12,13)、过滤器(14)、放空瓶(17)、真空泵(18)、流量计(19)、碳酸氢钠洗瓶(20)、硅胶洗瓶(22)和在线色谱仪(24)等。其特征在于气瓶(1)和气体预热器(3)位于反应器(5)前端，末端裂解热解气冷凝、收集和测试系统。电加热炉(4)用于试验加热，电加热炉(6)用于保温。热电偶(7)用于探测煤层温度；压力表(8)用于记录反应压力；冷凝系统(9)用于热解产物冷凝，冷凝产物在收集瓶(10)中收集；未冷凝的热解气相产物在丙酮冰水浴(11,12,13)中进一步收集。真空泵(18)用于维持系统反应压力常压；流量计(19)用于记录气体产气量；碳酸氢钠(20)和硅胶洗瓶(22)用于热解气样品的除杂和干燥；在线色谱仪(24)对热解气组成进行分析。如图2所述一种压降测试装置流程示意图，用于验证实验方法可靠性。实验前将测试样品(煤、半焦或石英砂)装入石英管反应器(1)中，并提前设定好固定气体流速。然后打开阀门，记录稳定状态下压力表(3)示数变化。一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，其中所述的低阶煤热解炭化方法如下：首先将煤装入图1反应器(2)中；然后装入40mm高度石英砂填满反应器，然后密封，将反应器(2)装入电炉(4,6)中。打开气瓶(1)进行氮气吹扫，然后用肥皂水进行气密性检查。在系统气密性良好的情况下，设置电炉(4)加热，电炉(6)保温，并同步计时。由于图2装置证明，气体穿透40mm石英砂层阻力远远大于穿过105mm煤层阻力，因而所述方法定向强化了热解气横向穿过低温煤层。热解气逸出后，经过冷凝系统(9)在收集瓶(10)内收集到油和水混合物，未冷却的热解气进一步在冰水浴的丙酮(11,12,13)中收集。采用真空泵(18)维持反应常压，每隔5min采用湿式流量计(19)计量气体量，并取气样，用在线气相色谱(24)分析气体组成。当反应器低温煤层温度达到设定温度后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，所述装置见图1，采用电炉(4)加热，电炉(6)保温。反应器(5)靠近电炉(6)的反应器内壁设置空腔，便于热解产物逸出。加热电炉(4)设置热解温度900℃，加热电炉(6)设置保温温度300℃。反应器(5)为方形固定床。

【技术特征摘要】
1.一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，所述装置见图1，采用电炉(4)加热，电炉(6)保温。反应器(5)靠近电炉(6)的反应器内壁设置空腔，便于热解产物逸出。加热电炉(4)设置热解温度900℃，加热电炉(6)设置保温温度300℃。反应器(5)为方形固定床。2.一种定向强化流场热解装置及碳氢原料热解方法，其所述方法包括以下步骤：1)先将煤料装置图1反应器(5)中，然后填充40mm石英砂层，将反应器密封，放入电炉(4,6)内，并连接好产物冷凝、收集系统。2)打开气瓶(1)对装置进行氮气吹扫，进行气密性检测；3)在装置气密性良好的情况下，打开电炉进行加热、保温，进行试验，并同步开始计时反应。4)步骤3产生的热解气相产物经冷凝系统(9)，在收集瓶(10)中进行收集。通过湿式流量计(312)记录热解气产气量，通过真空泵(313)维持反应常压，通过在线色谱仪实时检测热解气组成；5)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立欣，胡二峰，丛宏斌，孟海波，姚宗路，马腾，贾吉秀，姬文心，
申请(专利权)人：农业部规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11