CN115106038A - 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 - Google Patents
一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115106038A CN115106038A CN202210833560.XA CN202210833560A CN115106038A CN 115106038 A CN115106038 A CN 115106038A CN 202210833560 A CN202210833560 A CN 202210833560A CN 115106038 A CN115106038 A CN 115106038A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- pyrolysis
- infrared
- coal
- liquid separation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
- B01J19/128—Infrared light
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/008—Pyrolysis reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/04—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of powdered coal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，包括配气供气***、热解反应***、气液分离***和气体收集/检测***；配气供气***用于向热解反应***通入热解氛围载气；热解反应***用于进行煤热解；气液分离***对热解反应***煤热解后的产物进行气液分离；气体收集/检测***用于对气液分离***气液分离后的气相产物进行收集/检测。本发明设计了一种利用红外快速加热炉研究碎煤在不同粒径、升温速率、氛围等不同工况下的热解实验平台和方法。相比于传统的热解实验，本实验平台采用红外加热的方式，具有加热快、穿透性强、温度梯度小等优点。同时，本发明可以很好的减少二次反应，有利于提高焦油产量和品质。
Description
技术领域
本发明属于煤高效清洁领用领域，具体是涉及一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台。
背景技术
煤的热解受多种因素耦合作用影响，如煤粒径、热解氛围、升温速率、热解温度等。其中，传热是影响低阶煤热解反应的重要因素，热量从煤的外部传递到内部达到其阈值后控制煤的热解过程，而煤粒大小和升温速率对于影响传热过程也至关重要。传统的热解实验台主要以TGA和固定床为主，基本上都是以电炉为加热方式，滞后大且针对于碎煤研究时会导致温度梯度过大等劣势。而本发明采用的红外加热具有一定的穿透性能很好的减少温度梯度，同时通过PID控制能够实现小于50℃/s任意升温速率线性升温。
以前的实验平台虽然能满足基本的实验研究，但是对于升温速率无法达到较高区间，且只能处理微量样品(mg级别)，一般获得的产物分布准确性较低，而且应用于全面的多参数对碎煤热解产物定量的分析，尤其是在临氢氛围下的热解产物信息。所以，利用红外快速加热的碎煤热解实验平台能有全面的解决这类问题，开展相关的多因素影响下碎煤热解特性研究。在工业上，有利于促进会国富炉的发展和应用，能为其提供一定的建设性意义。
发明内容
本发明设计了一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，具体是一种可以研究煤粒径、升温速率、热解终温、热解氛围等多因素对碎煤乃至于煤粉的热解特性的影响，且能够定性和定量分析热解产物。解决了传统热解实验平台升温速率无法达到较高区间，且只能处理微量样品、产物获取的准确性较低等难题。
本发明采用以下的技术方案来实现：
一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，包括配气供气***、热解反应***、气液分离***和气体收集/检测***；
配气供气***用于向热解反应***通入热解氛围载气；
热解反应***用于进行煤热解；气液分离***对热解反应***煤热解后的产物进行气液分离；
气体收集/检测***用于对气液分离***气液分离后的气相产物进行收集/ 检测。
本发明进一步的改进在于，配气供气***包括高压气瓶，高压气瓶的进出口处设置有减压阀和高精度质量流量计，多个高压气瓶能够配出多种热解氛围载气。
本发明进一步的改进在于，热解反应***包括石英玻璃反应器、测量煤样中心温度的热电偶、红外加热炉炉体、特制孔板、红外加热灯管和测量炉膛温度的热电偶；石英玻璃反应器的进气口与配气供气***相连，且石英玻璃反应器设置在红外加热炉炉体内，红外加热灯管设置在红外加热炉炉体内用于对石英玻璃反应器加热，特制孔板设置在石英玻璃反应器内，测量煤样中心温度的热电偶用于测量石英玻璃反应器内的温度，测量炉膛温度的热电偶用于测量红外加热灯管与石英玻璃反应器之间的温度。
本发明进一步的改进在于，红外加热灯管采用的是红外加热的方式，能够实现不同升温速率线性升温。
本发明进一步的改进在于，红外加热灯管的升温速率最快50℃/s。
本发明进一步的改进在于，石英玻璃反应器为定制的石英玻璃管。
本发明进一步的改进在于，气液分离***的冷源为液氮。
本发明进一步的改进在于，气液分离***的冷源为冰水混合物。
本发明进一步的改进在于，工作时，包括以下步骤：
1)将煤样品破碎至粒度均匀后，将其放置于石英玻璃反应器中的特制孔板上；
2)通过配气供气***持续向热解反应***通入载气；
3)红外加热灯管对石英玻璃反应器中的煤样品按照设定的升温速率进行快速加热升温，热解产生的气体和焦油竖直流入气液分离***进行气液分离处理；
4)分离出的气体通过气袋收集后在GC中进行检测或者直接将气体通入 FTIR中进行在线监测。
本发明至少具有以下有益的技术效果：
1、利用红外射线高能量特性的加热方式，能够对煤样品快速加热且温度梯度小、受热均匀。
2、能够研究最大30mm的宏量碎煤样品。
3、能够全面的研究煤粒径、升温速率、氛围等多因素对煤热解特性的影响。
4、能够定性定量分析热解产物，更准确地获取热解产物的信息。
附图说明
图1为一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台的工艺设备连接图；
图2为设计的热解反应***中石英玻璃反应器示意图；
图3位气液分离***中的U形管示意图；
图4为反应器和U形管连接件的俯视图。
图5为反应器和U形管连接件的A-A向剖视图。
附图标记说明：
1、配气供气***；1-1、高压气瓶；1-2减压阀；1-3、高精度质量流量计； 2、热解反应***；2-1、石英玻璃反应器；2-2、测量煤样中心温度的热电偶；2- 3、红外加热炉炉体；2-4、特制孔板；2-5、红外加热灯管；2-6、测量炉膛温度的热电偶；3、气液分离***；3-1、液氮杯；3-2、U形管；4、气体收集/检测仪器；5-1、支撑件；5-2、反应器入口；5-3、氛围载气入口；5-4、反应器出口；6- 1、U形管入口；6-2、气体出口；7、反应器和U形管连接件；7-1、U形管端；7-2、反应器端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
以利用红外快速加热的碎煤热解实验平台为实施例，阐明本发明的结构组成及使用方法。
由附图1-3可知，本发明设计了一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，包括配气供气***、热解反应***、气液分离***以及气体收集/检测***。配气供气***主要包括高压气瓶1-1、减压阀1-2和高精度质量流量计1-3。热解反应***主要包括石英玻璃反应器2-1、测量煤样中心温度的热电偶2-2、红外加热炉炉体2-3、特制孔板2-4、红外加热灯管2-5和测量炉膛温度的热电偶 2-6；其中石英玻璃反应器如图2所示，特制孔板2-4为烧结在反应器中的带有特定规格小孔的置物板，支撑件5-1用于支撑反应器使其能够竖直置于红外加热炉，样品从反应器入口5-2放入，载气从氛围载气入口5-3通入，生成的气液混合物被载气从反应器出口5-4带出。气液分离***主要包括液氮杯3-1和U形管3-2，利用液氮冷却气液混合物分离出液体。石英玻璃反应器和U形管通过图 4和图5所示的反应器和U形管连接件7连接，反应器出口5-4连接到反应器端7-2，U形管3-2一端的U形管入口6-1连接到U形管端7-1，U形管3-2另一端设置有气体出口6-2。气体收集/检测仪器4可以实现在线和离线测量两种方式。其中，离线测量需要用气袋收集将实验中的气体全部收集起来用GC测量；在线测量是将分离出来的气体通入FTIR(傅里叶红外碳氢检测仪)的气体池中进行实时测量。
本发明利用红外快速加热的碎煤热解实验平台的应用，包括以下几个步骤：
1)将煤样品破碎至粒度均匀后，将其放置于热解反应器中的孔板上；
2)通过配气供气***持续向热解反应***通入载气；
3)红外加热管对煤样品按照设定的升温速率进行快速加热升温，热解产生的气体和焦油竖直流入气液分离***进行气液分离处理；
4)分离出的气体通过气袋收集后在GC中进行检测或者直接将气体通入FTIR中进行在线监测。
实施例1
本例为利用红外快速加热的碎煤热解实验平台热解粒径20mm碎煤离线测量气体产物，首先将原煤的打磨成直径为20mm的近球体，然后在105℃干燥箱中干燥8h并将其放置在孔板后用硅胶塞密封反应器的入口。通过减压阀和质量流量计向反应器中通入250ml/min N2吹扫5min后，以100K/min的升温速率将煤样品从室温升至1000℃并热解10min。热解产物经过气液分离***后的气体用气袋收集。关于半焦和焦油处理技术可按照现有技术处理。
实施例2
本例为利用红外快速加热的碎煤热解实验平台热解粒径3-5mm碎煤在线检测气体产物，首先将煤样品破碎至3-5mm均匀煤颗粒，然后在105℃干燥箱中干燥8h并将其放置在孔板上后用硅胶塞密封反应器的入口。通过减压阀和质量流量计向反应器中通入250ml/min N2吹扫5min后，以500K/min的升温速率将煤样品从室温升至1000℃并热解10min。热解产物经过气液分离***后的气体直接通入FTIR的气体池中进行实时检测。关于半焦和焦油处理技术可按照现有技术处理。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，包括配气供气***(1)、热解反应***(2)、气液分离***(3)和气体收集/检测***；
配气供气***(1)用于向热解反应***(2)通入热解氛围载气；
热解反应***(2)用于进行煤热解；气液分离***(3)对热解反应***(2)煤热解后的产物进行气液分离；
气体收集/检测***用于对气液分离***(3)气液分离后的气相产物进行收集/检测。
2.根据权利要求1所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，配气供气***(1)包括高压气瓶(1-1)，高压气瓶(1-1)的进出口处设置有减压阀(1-2)和高精度质量流量计(1-3)，多个高压气瓶(1-1)能够配出多种热解氛围载气。
3.根据权利要求1所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，热解反应***(2)包括石英玻璃反应器(2-1)、测量煤样中心温度的热电偶(2-2)、红外加热炉炉体(2-3)、特制孔板(2-4)、红外加热灯管(2-5)和测量炉膛温度的热电偶(2-6)；石英玻璃反应器(2-1)的进气口与配气供气***(1)相连，且石英玻璃反应器(2-1)设置在红外加热炉炉体(2-3)内，红外加热灯管(2-5)设置在红外加热炉炉体(2-3)内用于对石英玻璃反应器(2-1)加热，特制孔板(2-4)设置在石英玻璃反应器(2-1)内，测量煤样中心温度的热电偶(2-2)用于测量石英玻璃反应器(2-1)内的温度，测量炉膛温度的热电偶(2-6)用于测量红外加热灯管(2-5)与石英玻璃反应器(2-1)之间的温度。
4.根据权利要求3所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，红外加热灯管(2-5)采用的是红外加热的方式，能够实现不同升温速率线性升温。
5.根据权利要求4所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，红外加热灯管(2-5)的升温速率最快50℃/s。
6.根据权利要求3所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，石英玻璃反应器(2-1)为定制的石英玻璃管。
7.根据权利要求1所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，气液分离***(3)的冷源为液氮。
8.根据权利要求1所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，气液分离***(3)的冷源为冰水混合物。
9.根据权利要求3至6中任一项所述一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台，其特征在于，工作时，包括以下步骤：
1)将煤样品破碎至粒度均匀后，将其放置于石英玻璃反应器(2-1)中的特制孔板(2-4)上；
2)通过配气供气***持续向热解反应***通入载气；
3)红外加热灯管(2-5)对石英玻璃反应器(2-1)中的煤样品按照设定的升温速率进行快速加热升温，热解产生的气体和焦油竖直流入气液分离***(3)进行气液分离处理；
4)分离出的气体通过气袋收集后在GC中进行检测或者直接将气体通入FTIR中进行在线监测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210833560.XA CN115106038A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210833560.XA CN115106038A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115106038A true CN115106038A (zh) | 2022-09-27 |
Family
ID=83333098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210833560.XA Pending CN115106038A (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115106038A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115508518A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-23 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种全可视多功能气体水合物动力学测定***及方法 |
| CN117665041A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-03-08 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法 |
-
2022
- 2022-07-15 CN CN202210833560.XA patent/CN115106038A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115508518A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-23 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种全可视多功能气体水合物动力学测定***及方法 |
| CN115508518B (zh) * | 2022-10-27 | 2023-03-28 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种全可视多功能气体水合物动力学测定***及方法 |
| CN117665041A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-03-08 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115106038A (zh) | 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 | |
| CN105505418A (zh) | 一种热解试验装置 | |
| CN108007809B (zh) | 一种快速升温宽量程热重分析仪 | |
| CN104155326B (zh) | 多功能含碳物质热解评价装置及评价方法 | |
| CN103293177A (zh) | 一种快速升温气化测试装置及应用 | |
| CN205562329U (zh) | 测定煤热失重性能和热导性能以及测定煤或焦炭反应性的装置 | |
| CN105255520A (zh) | 高温气流床气化/热解综合试验装置及*** | |
| CN206321592U (zh) | 一种用于高温强腐蚀性熔盐的差热分析装置 | |
| CN202939085U (zh) | 一种与分析仪器在线连接的固、液样品热裂解进样装置 | |
| CN110208451A (zh) | 双极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测***及方法 | |
| CN207891404U (zh) | 一种混合气氛下冷凝金属蒸气的实验设备 | |
| CN217646393U (zh) | 一种利用红外快速加热的碎煤热解实验平台 | |
| CN113046104A (zh) | 一种赤泥催化生物质红外热解的热解装置及热解方法 | |
| CN205133526U (zh) | 高温气流床气化/热解综合试验装置及*** | |
| CN107794064A (zh) | 一种扰动式内构件回转窑热解反应器及生物质热解炭化方法 | |
| CN201660597U (zh) | 细粒煤热解设备 | |
| CN101824345A (zh) | 一种煤粉热处理装置 | |
| CN102853668A (zh) | 一种实验用真空炉 | |
| CN205786414U (zh) | 一种钟罩式生物质微波热解试验装置 | |
| CN110713843B (zh) | 一种煤与生物质共热解反应装置及方法 | |
| CN106383165A (zh) | 一种连续测定煤等含碳固体物质反应速率的方法 | |
| CN201615893U (zh) | 一种焦炭反应性测定装置 | |
| US9862890B2 (en) | Apparatus and method for pyrolyzing coal with wide particle size distribution | |
| CN105891253A (zh) | 一种钟罩式生物质微波热解试验装置 | |
| CN206599538U (zh) | 一种热解试验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |