CN117665041A - 一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法 - Google Patents

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吴晓丹
唐颖
李又武
苏展
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Abstract

本发明涉及一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法,包括:腔体,其为一端开口的筒状结构,所述腔体内设置有带孔隔板,所述带孔隔板将所述腔体分割为富油煤容纳腔和焦油容纳腔;集气袋,所述集气袋通过气体收集阀门与所述腔体连接;腔体盖,覆盖在所述腔体的开口处;射频控制装置,所述射频控制装置的射频天线***所述腔体内,用于加热所述富油煤容纳腔中的富油煤。本发明的实验装置可以通过射频控制装置控制射频加热的功率及频率,可以通过集气袋这一简单的装置判断腔体内热解过程是否结束,富油煤热解过程产生的液体以及剩余残渣做到了干湿分离,更好的收集了液体。

Description

一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置及方法,属于富油煤原位热解技术领域。
背景技术
富油煤原位热解技术,是一种环境友好的可持续煤炭资源开采转化利用技术。富油煤原位热解技术,是指将富油煤直接在地下通过外部热载体传递热量进行加热,当温度达到一定程度时,大分子有机物会发生链节的断裂,从而生成小分子的油气组分,所得油气产物通过采集井导出地面进行分离及深加工。其优点在于:原位热解直接实现了碳地下封存;原位热解极大降低了对地层的损害;地下原位热解采油减少地面固体半焦的堆积,提高了能源利用效率且能够显著降低工艺过程碳排放。
原位加热技术根据加热原理可以分为传导加热、对流加热、化学加热、辐射加热四种,传导加热适用于导热系数高、热解温度低、加热时间长的作业场景,而煤的导热系数极低,不适用;对流加热技术的优点是加热效率高,载热介质可以循环使用,缺点是注入过程热量损失大;化学加热技术放热目的层内部,加热速度快,能量利用率高,但存在着反应控制工艺复杂、反应原料和作业成本高的缺点;辐射加热技术可以直接让目的层温度升高,不需要传导或对流的形式传热,能量利用率高,但目前该技术处于起步阶段,缺乏相关实验研究。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,用于研究射频加热对于富油煤原位热解的效果。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,包括:
腔体,其为一端开口的筒状结构,所述腔体内设置有带孔隔板,所述带孔隔板将所述腔体分割为富油煤容纳腔和焦油容纳腔;
集气袋,所述集气袋通过气体收集阀门与所述腔体连接;
腔体盖,覆盖在所述腔体的开口处;
射频控制装置,所述射频控制装置的射频天线***所述腔体内,用于加热所述富油煤容纳腔中的富油煤。
所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,优选地,所述腔体的侧壁上开设有测温孔,所述腔体的底部设置有焦油收集阀门。
所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,优选地,所述腔体盖上开设有凹槽,所述凹槽内设置有盘根。
所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,优选地,所述腔体盖上开设有供所述射频天线贯穿的通孔,所述腔体内还设置有天线保护筒,所述天线保护筒套设在所述射频天线的外部。
所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,优选地,所述天线保护筒为不吸收电磁波的保护筒。
所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,优选地,所述天线保护筒为聚四氟乙烯保护筒。
一种基于上述射频加热富油煤原位热解模拟试验装置的实验方法,包括如下步骤:
将富油煤放置于所述腔体中的所述带孔隔板上;
将所述集气袋与所述气体收集阀门连接并打开所述气体收集阀门;
盖上所述腔体盖并关闭所述焦油收集阀门;
打开所述射频控制装置,对所述腔体内的富油煤进行射频加热并通过所述测温孔进行测温;
利用所述集气袋收集气体;
停止射频加热,打开所述焦油收集阀门,从所述腔体的底部取出焦油;
打开所述腔体盖散热、清理所述腔体内部。
所述的实验方法,优选地,利用耐高温测温棒伸入所述测温孔测量温度。
所述的实验方法,优选地,所述耐高温测温棒的耐高温温度为450℃。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1、本发明的实验装置可以进行大体积的射频加热富油煤原位热解实验,并收集其过程产生的气体及液体。
2、本发明的实验装置可以通过射频控制装置控制射频加热的功率及频率,可以通过集气袋这一简单的装置判断腔体内热解过程是否结束,富油煤热解过程产生的液体以及剩余残渣做到了干湿分离,更好的收集了液体。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置示意图;
图2为本发明该实施例提供的腔体内部带孔隔板俯视图;
图中各标记如下:
1-集气袋;2-1-气体收集阀门;2-2-焦油收集阀门;3-测温孔;4-富油煤;5-腔体;6-带孔隔板;7-盘根;8-腔体盖;9-天线保护筒;10-射频天线;11-射频控制装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通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,都属于本发明保护的范围。
除非另外定义,本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
目前原位加热技术根据加热原理可以分为传导加热、对流加热、化学加热、辐射加热四种,传导加热适用于导热系数高、热解温度低、加热时间长的作业场景,而煤的导热系数极低,不适用;对流加热技术的优点是加热效率高,载热介质可以循环使用,缺点是注入过程热量损失大;化学加热技术放热目的层内部,加热速度快,能量利用率高,但存在着反应控制工艺复杂、反应原料和作业成本高的缺点;辐射加热技术可以直接让目的层温度升高,不需要传导或对流的形式传热,能量利用率高,但目前该技术处于起步阶段,缺乏相关实验研究。
基于上述问题,本发明提供一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,用于研究射频加热用于富油煤原位热解的效果。
如图1、图2所示,本发明所提供的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,包括:腔体5,其为一端开口的筒状结构,腔体5内设置有带孔隔板6,带孔隔板6将腔体5分割为富油煤容纳腔和焦油容纳腔;集气袋1,集气袋1通过气体收集阀门2-1与腔体5连接;腔体盖3,覆盖在腔体5的开口处;射频控制装置11,射频控制装置11的射频天线10***腔体5内,用于加热富油煤容纳腔中的富油煤4。腔体5的侧壁上开设有测温孔3,腔体5的底部设置有焦油收集阀门2-2。
进一步地,腔体盖8上开设有凹槽,凹槽内设置有盘根7,腔体盖8上开设有供射频天线10贯穿的通孔,腔体5内还设置有天线保护筒9,天线保护筒9套设在射频天线10的外部。
进一步地,天线保护筒9为不吸收电磁波的保护筒,优选聚四氟乙烯保护筒。
本发明还涉及一种基于上述射频加热富油煤原位热解模拟试验装置的实验方法,该方法包括以下步骤:
步骤1:准备富油煤,富油煤样品大小应当尽量均匀,提前检测富油煤样品成分,根据已有文献资料对热解产物做出预估。放置的富油煤应当为块状的煤样,防止过多的煤粉进入带孔隔板下部的空间影响焦油收集。
步骤2:将富油煤样品尽量规则的放置在腔体5内部的带孔隔板6上,放置过程中要轻放,防止损坏实验装置。由于富油煤放置于腔体5中的带孔隔板6之上,富油煤热解后产生的焦油会汇集于带孔隔板6下部的空间。
步骤:3:进行集气袋1的连接,集气袋1连接要确保集气袋1完好无损且与气体收集阀门2-1连接要稳固,确认打开阀门。
步骤4:检查腔体5的腔体盖8、盘根7是否完好,盖上腔体盖8并确保固定,检查腔体5底部的焦油收集阀门2-2是否关闭。盖上腔体盖8前要确保石墨盘根7的完整性以达到一定的密封作用,腔体盖8要有一定的固定措施。
步骤5:通过射频控制装置11根据实际需求设置功率,检查设备一切正常后启动装置,启动装置后随时用专业设备(测漏仪)监测电磁波是否泄露,加热一定时间后用测温棒通过测温孔3对腔体5内部进行测温,若异常高温应当停止加热,若想对腔体5内温度进行持续监测,将测温棒***腔体5内不取出即可,但需要注意的是测温棒必须要耐高温(450℃)。通过测温孔3进行测温需用耐高温测温棒通过测温孔3进入腔体5内部进行测温,且要测量腔体5径向不同距离的温度。此过程由于腔体5内部会产生高温,所以不能用内置的测温计进行温度监测,若想达到温度实时监测的目的,必须用耐高温测温棒进行测量。
步骤6:收集气体。当加热开始时就必须时刻注意集气袋1的状况,当集气袋1有较大的膨胀幅度时,就必须关闭连接气体收集阀门2-1更换集气袋1,再打开阀门,如此循环操作,集气袋1要有专门的存放保护措施,防止破坏泄露。收集气体需用集气袋1或其他能够直观的观察到气体收集现象的装置。用集气袋1进行收集时,若观察到集气袋1已经大幅度膨胀,需关闭阀门更换集气袋1,由于其气体易燃易爆,所以对收集的气体要妥善保管。
步骤7:当没有气体产生或已经达到实验要求便停止加热。需要说明的是,此处没有气体产生即为集气袋1没有继续膨胀现象。
步骤8:停止加热后于腔体5底部取出液体产物。盛放液体的容器要具有耐高温的特性,打开阀门时要佩戴隔热手套。
步骤9:佩戴隔热手套打开腔体盖8,待其散热到室温。需要说明的是,此时腔体5内还有剩余气体没有排出,打开腔体盖8时做好一定的防护措施。
步骤10:取出腔体5内的剩余物并用专业的装备对腔体5内部进行清理。需要说明的是,腔体5内带孔隔板6下方的液体并不能通过腔体5底部阀门彻底排出,清理掉腔体5内的残余物后需要取下带孔隔板6收集剩余的液体。
本发明的实验装置可以通过射频控制装置控制射频加热的功率及频率,可以通过集气袋这一简单的装置判断腔体内热解过程是否结束,富油煤热解过程产生的液体以及剩余残渣做到了干湿分离,更好的收集了液体。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,包括:
腔体(5),其为一端开口的筒状结构,所述腔体(5)内设置有带孔隔板(6),所述带孔隔板(6)将所述腔体(5)分割为富油煤容纳腔和焦油容纳腔;
集气袋(1),所述集气袋(1)通过气体收集阀门(2-1)与所述腔体(5)连接;
腔体盖(8),覆盖在所述腔体(5)的开口处;
射频控制装置(11),所述射频控制装置(11)的射频天线(10)***所述腔体(5)内,用于加热所述富油煤容纳腔中的富油煤(4)。
2.根据权利要求1所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,所述腔体(5)的侧壁上开设有测温孔(3),所述腔体(5)的底部设置有焦油收集阀门(2-2)。
3.根据权利要求1所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,所述腔体盖(8)上开设有凹槽,所述凹槽内设置有盘根(7)。
4.根据权利要求3所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,所述腔体盖(8)上开设有供所述射频天线(10)贯穿的通孔,所述腔体(5)内还设置有天线保护筒(9),所述天线保护筒(9)套设在所述射频天线(10)的外部。
5.根据权利要求4所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,所述天线保护筒(9)为不吸收电磁波的保护筒。
6.根据权利要求5所述的射频加热富油煤原位热解模拟试验装置,其特征在于,所述天线保护筒(9)为聚四氟乙烯保护筒。
7.一种根据权利要求2-6任意一项所述射频加热富油煤原位热解模拟试验装置的实验方法,其特征在于,包括如下步骤:
将富油煤放置于所述腔体(5)中的所述带孔隔板(6)上;
将所述集气袋(1)与所述气体收集阀门(2-1)连接并打开所述气体收集阀门(2-1);
盖上所述腔体盖(8)并关闭所述焦油收集阀门(2-2);
打开所述射频控制装置(11),对所述腔体(5)内的富油煤进行射频加热并通过所述测温孔(3)进行测温;
利用所述集气袋(1)收集气体;
停止射频加热,打开所述焦油收集阀门(2-2),从所述腔体(5)的底部取出焦油;
打开所述腔体盖(8)散热、清理所述腔体(5)内部。
8.根据权利要求7所述的实验方法,其特征在于,利用耐高温测温棒伸入所述测温孔(3)测量温度。
9.根据权利要求8所述的实验方法,其特征在于,所述耐高温测温棒的耐高温温度为450℃。
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