[发明专利]一种褐煤气化微型反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及化工反应器领域，具体涉及一种褐煤气化微型反应装置。

背景技术

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。其是地球上蕴藏量最为丰富，分布地域最为广泛的化石燃料，是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。至2006年底，世界煤炭可采资源量已达4.84×10⁴亿吨标准煤，占世界化石燃料可采量的66.8%。我国是一个富煤少油的国家，煤炭是我国的主要能源，在国民经济中具有重要的地位。与石油、天然气相比，煤炭是一种较难于清洁利用的化石原料。煤炭是固体燃料，很难通过管道进行长距离的运输。此外，煤炭中杂质含量相对较高，燃烧过程中会产生较多的有毒副产物、大量粉尘，对环境污染较大。煤炭气化过程可以将难以加工处理的煤碳转化为清洁的合成气或燃料气，把固体燃料变为更易于运输和利用的气体燃料；同时，除去产物中有害成分和大量粉尘，使煤炭得到高效清洁的利用，使环境得到有效保护。随着我国国民经济的飞速发展，烟煤、无烟煤等优质不可再生能源已被大量利用。大力开发利用其它一些资源有利于保障国家能源供应的稳定。褐煤，是煤化程度最低的矿产煤，具有灰分高、水分高、挥发分高等特点。我国的褐煤资源丰富，已探明的保有储量达1303亿吨，约占全国煤炭储量的17%，在我国煤炭资源中占有重要地位。发展褐煤气化技术、拓展褐煤开发利用空间是当前我国节能技术政策优先发展的方向之一。

褐煤气化微型反应装置（简称煤气化微反）是在较小褐煤装填量条件下考察气化反应情况的一种小型装置。通过调节各种实验条件，包括煤粉装填量、水蒸汽用量、氧气用量、反应温度、反应压力等，优化出一组能够将煤粉充分高效气化的反应参数。同时，收集实验的气相产物、液相产物和固相产物，对它们进行表征分析，为进一步的煤气化放大实验提供参考。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种具有末端取样组件及加料仓的褐煤气化微型反应装置。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种褐煤气化微型反应装置，包括氮气源、空气源、氧气源、水源、汽化器、预热器、气化炉，其特征在于还包括恒温箱、第一六通进样器，其中氮气源、空气源、氧气源分别通过管路与预热器连接，水源通过管路先串联汽化器再连接到预热器，预热器通过管路与气化炉相连接，第一六通进样器的进气口与气化炉通过管路连接，第一六通进样器位于恒温箱内部。

在此基础上还可以增设冷凝器、背压阀、干燥管、转子流量计、第二六通进样器，其中第一六通进样器的出气口通过管路与冷凝器相连接，冷凝器通过管路依次串联背压阀、干燥管、转子流量计最后连接到第二六通进样器的进气口。以上增设的一系列组件实现了对剔除水分后气相产物的在线检测

此外，以上两种技术方案均可以再增设加料仓，所述加料仓安装在所述气化炉的外表面；或者，增设氮气输入管路、加料仓，所述加料仓安装在所述气化炉的外表面，所述氮气源通过氮气输入管路与加料仓相连接。

上述技术方案中，氮气源、空气源和氧气源均为具有一定压力的气体源。

气化炉上部安装有加料仓的设计，在使用时可以先把褐煤原料装入加料仓中，通过氮气输入管路往加料仓中加入氮气，对加料仓进行充气升压，待加料仓压力超过反应器压力约为0.1MPa时停止充气。将反应器升到指定反应温度，打开加料仓底部的加料阀约3s，褐煤原料被加入反应器中。然后往反应器中通入水蒸气和空气，进行高温煤气化反应。此加料方法的优点是，褐煤在反应器达到指定温度后再加入，避免了升温过程中褐煤挥发分的跑出，有利于褐煤有用组分的完全转化。此外，该反应器可实现煤料在升温前的预先加入，只需升温前将加料阀打开，将煤料从加料仓顶部加入即可。

本装置可以配备两个气化反应器。一根反应器材质为2520不锈钢，可以承受0.4MPa的压力，反应温度能够达到1100摄氏度。一根反应器材质为Inconel625，可以承受3MPa的压力，反应温度能够达到900摄氏度。根据不同的实验要求，可以选择安装不同的反应器。

本褐煤气化装置可以配备了两个六通进样器。第一个六通进样器安装在恒温箱中，恒温箱紧接反应器，温度保持在150摄氏度以上。该六通与一台色谱相连，可以实现包含水蒸气的气相产物的在线检测。第二个六通进样器安装在微反装置的尾端。气化反应生成的气相产物经过冷凝器、气液分离罐和干燥管脱除水分之后进入六通进样器，该六通进样器与色谱相连，可以实现剔除水分后气相产物的在线检测。

冷凝器之后安装的背压阀，用于调节气化反应的压力。