本发明专利技术公开了一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，属于固定床技术领域，包括固定床反应器，固定床反应器内部由下自上插设有一根热电偶套管，可实时监测反应区温度变化，固定床反应器从上至下依次安装有进气系统、进料系统、反应系统、压力控制系统和产物收集系统。本发明专利技术实现了加压下样品的快速反应与高升温速率热解/燃烧，并且反应时间可控，可防止样品提前反应，实现了高温高压下迅速精准可控地给料，同时恒温区分为上中下三部分加热段，可实现分段不同温度的加热，同时可实现多种气氛下热解和富氧燃烧过程样品温度、产气信息、燃烧系统压力等多参量在线测量，及热解后半焦和液体产物离线分析。后半焦和液体产物离线分析。后半焦和液体产物离线分析。
【技术实现步骤摘要】
一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置
[0001]本专利技术涉及一种固定床反应器，具体为一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，属于固定床领域。
技术介绍
[0002]结合我国“多煤、少油、缺气”的能源组成结构的现状，能源行业技术转型需要加快现有燃煤机组改造以及大规模推进碳捕集技术。富氧燃烧技术被认为是最有潜力的CO2捕集技术之一,加压富氧燃烧技术由于具有发电效率高、污染物排放低等优势,被认为是一种更加高效清洁的二代富氧燃烧技术。受限于实现高温高压条件的实验台架搭建困难,目前对于煤颗粒在高升温速率、高氧气浓度、较宽压力范围内的燃烧特性实验研究相对较少。
[0003]目前加压固定床装置的进料方式均是如下：反应开始前将样品放置在反应区，之后密封好管路开始升压升温反应，该过程属于慢速气化/热解/ 燃烧过程。而其缺点有以下几点，首先工业中的热解/气化/燃烧反应过程十分迅速，而目前加压固定床装置无法在反应区升高到指定温度之后开始进样，不能实现快速热解；其次不能精准控制反应时间；最后是立式固定床的加热区温度较短，无法完成质量相差较大的实验。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，在加压气化/热解/燃烧固定床实验中，通过磁悬浮模块可实现快速、精准、可控给料，使得加压下物料可进行等温热反应，同时较长的恒温区可实现大量/微量物料的在线分析。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的，包括固定床反应器，所述固定床反应器内部由下自上插设有一根热电偶套管，所述固定床反应器从上至下依次安装有进气系统、进料系统、反应系统、压力控制和产物收集系统，所述进气系统包括四路反应气气路、一路吹扫气气路、质量流量控制器、气体混合器、气体预热器和蒸汽发生器，反应器气气路和吹扫气气路、气体混合器与气体预热器依序连通，蒸汽发生器为气体预热器提供热量，所述进料系统包括磁力耦合送料器和水冷夹套，所述磁力耦合送料器固定安装在在固定床反应器顶部，水冷夹套固定套设在磁力耦合送料器外部设，对磁力耦合送料器进行水冷降温，所述反应系统由上、中、下三段炉膛组成，其中恒温区长度为200mm，反应系统设计温度1200℃，最高操作温度1000℃，所述压力控制系统包括尾气过滤装置、背压阀，压力显示与储存单元、机械式卸荷阀，反应器内出来的高温尾气经过一段置于低温槽内的冷却盘管降温后，再经过粉尘过滤装置后，通过背压阀调节压力后进入在线气体分析设备，压力控制系统设计压力6MPa，反应区1000℃时最高操作压力为5MPa，所述产物收集系统包括两套高压吸收瓶，经过串联后放置于低温槽内，所述固定床反应器出口至高压吸收瓶通过软管连接，软管置于低温槽内对高温气体进行降温。
[0006]优选的，所述反应气气路由燃料气气路(H2/CO)、CO2气路、O2气路和N2平衡气路组
成，所述吹扫气气路为N2吹扫气路，所述反应气气路与吹扫气气路前端均固定安装有气体过滤器和减压阀，N2平衡气路和N2吹扫气路经过减压阀减压后由两台质量流量控制器独立控制反应气和吹扫气流量，反应气气路与吹扫气气路下游均固定安装有单向阀和截止阀。
[0007]优选的，所述反应系统材质采用253MA不锈钢，该钢在850℃
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1100℃温度范围内具有最适宜的综合性能，极高的抗氧化性，起氧化皮温度高达 1150℃；极高的抗蠕变型变能力和蠕变断裂强度；在大多数气体介质中具有很好的抗高温腐蚀能力和耐腐蚀能力；高温时有较高的屈服强度和抗拉强度，更适用于高压高温的富氧燃烧工况研究。
[0008]优选的，所述高压吸收瓶材质采用316L不锈钢，且高压吸收瓶上端固定安装有测温热电偶接头。
[0009]优选的，所述压力控制系统采用背压阀耐受温度为200℃，且阀前端安装气体过滤器，阻止灰尘进入阀体，背压阀设计有旁路放空阀，从背压阀流出气体经过分流后部分进入烟气分析仪或色谱进行在线分析，其余气体排空。
[0010]优选的，所述压力控制系统采用机械式卸荷阀，当系统压力超过安全设定压力时，卸荷阀起跳，释放系统压力，保证运行安全。
[0011]优选的，所述气体混合器型号为MX
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1081，用于对反应气体进行在线混合，气体混合器采用静态混合器设计，材质采用316L不锈钢。
[0012]优选地，所述气体预热器采用螺旋式设计，材质采用310SS奥氏体不锈钢，由一套独立的电加热炉控制预热温度，气体预热器前端设计气体过滤器，防止粉尘颗粒物窜流进气路系统，且气体预热器前端预留蒸汽发生器接口。
[0013]优选地，所述质量流量控制器均设计有旁路，可对系统进行快速吹扫和建立系统压力。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本装置实现了加压下样品的快速反应，反应炉升到指定温度后，样品通过磁力耦合送料器被快速送到恒温区反应，实现了加压快速热解，并且反应时间可控，反应过程中可随时将样品从反应区提升返回至进样区；
[0016]2、本装置反应炉在升温过程中，磁力耦合送料器外部套设有水冷夹套，其内部设有冷却循环水，可防止样品在该区域提前反应，实现了高温高压下迅速精准可控地给料；
[0017]3、本装置反应器采用253MA不锈钢，该钢在850℃
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1100℃温度范围内具有最适宜的综合性能，极高的抗氧化性，起氧化皮温度高达1150℃；极高的抗蠕变型变能力和蠕变断裂强度；在大多数气体介质中具有很好的抗高温腐蚀能力和耐腐蚀能力，更适用于高压高温下富氧、富水蒸气等特殊气氛下的实验研究。
[0018]4、现有的立式固定床的加热段较短，本装置设计的加热恒温段较长，可实现大物料和微量物料的加压快速热解；
[0019]5、温度是影响热化学转化过程中最重要的因素，本装置恒温区分为上中下三部分加热段，可实现分段不同温度的加热。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提出的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置的系统路径示意图；
[0021]图2为本专利技术提出的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置的结构示意图
[0022]图中：1、固定床反应器；2、热电偶套管；3、磁力耦合送料器；4、背压阀；5、水冷夹套；6、高压吸收瓶；7、软管；8、测温热电偶接头。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]请参阅图1
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2所示，一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，包括固定床反应器1，固定床反应器1的型号为R
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1101，材质采用253MA，尺寸为φ40*5*1400mm，操作温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，包括固定床反应器(1)，其特征在于：所述固定床反应器(1)内部由下自上插设有一根热电偶套管(2)，可实时监测反应区温度变化，所述固定床反应器(1)从上至下依次安装有进气系统、进料系统、反应系统、压力控制系统和产物收集系统，所述进气系统包括四路反应气气路、一路吹扫气气路、质量流量控制器、气体混合器、气体预热器和蒸汽发生器，反应器气气路和吹扫气气路、气体混合器与气体预热器依序连通，蒸汽发生器为气体预热器提供热量，所述进料系统包括磁力耦合送料器(3)和水冷夹套(5)，所述磁力耦合送料器(3)固定安装在在固定床反应器(1)顶部，水冷夹套(5)固定套设在磁力耦合送料器(3)外部，对磁力耦合送料器(3)进行水冷降温，所述反应系统由上、中、下三段炉膛组成，其中恒温区长度为200mm，反应系统设计温度1200℃，最高操作温度1000℃，所述压力控制系统包括尾气过滤装置、背压阀(4)，压力显示与储存单元和机械式卸荷阀，压力控制系统设计压力5MPa，反应区1000℃时最高操作压力为3MPa，当系统压力超过安全设定压力时，卸荷阀起跳，释放系统压力，保证运行安全，所述产物收集系统包括两套高压吸收瓶(6)，经过串联后放置于低温槽内，所述固定床反应器(1)出口至高压吸收瓶(6)通过软管(7)连接，软管(7)置于低温槽内对高温气体进行降温。2.根据权利要求1所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置，其特征在于：所述反应气气路由燃料气气路(H2/CO)、CO2气路、O2气路和N2平衡气路组成，所述吹扫气气...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜济青，朱瑶，方梦祥，孙晓慧，吕通，岑建孟，王勤辉，夏芝香，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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