一种煤的高效热解装置的制作方法

本发明属于煤热解技术领域，具体涉及一种煤的高效热解装置。

背景技术：

相比较原煤而言，煤中的挥发份或焦炭大多有更高的利用价值，采用煤热解(煤拔头)工艺将煤分解为热解气、焦油和焦炭或半焦(有的也称为兰炭)，是实现煤的分级利用的有效途径。根据不同的热解产物需求，存在许多不同的热解工艺。有的热解就是利用煤燃烧的热将煤中的挥发份析出，仅仅为了直接得到焦炭或半焦，用于冶金、化工领域或环保锅炉；以煤基能源化工为主的热解工艺，主要为了生产焦油和加氢制燃料油，通常热解产生的热解气和部分半焦直接燃烧以供热解热需要。以燃烧发电利用为主的多联产热解工艺，一般生产出焦油作为主产品，副产品半焦和热解气直接燃烧供产蒸汽发电；另外一种煤热解是以提高发电效率为目的，热解过程以产生热解气为主，除热解产生的半焦通过燃烧产生蒸汽发电外，产生的热解气还可通过燃气蒸汽联合循环发电来提高整体的煤发电效率。

近年来，氢冶金研究领域热度越来越高，其中煤基氢冶金理论和工艺以煤的充分热解产生的氢气为主要冶金还原剂。此项研究工作的推进，将煤的热解与冶金工艺进行了有效结合，在对传统冶金工艺有效革新的同时，也产生了煤的充分热解需求，这就需要我们研发出一种能够充分热解煤并收集其热解产物的实验装置，达到为后期煤基氢冶金产业化实施过程中煤种选择和工艺优化的目的。

技术实现要素：

本发明提供了一种煤的高效热解装置，目的在于解决目前缺乏煤完全热解实验装置的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种煤的高效热解装置，包括加热炉、反应器、集气装置和料盒；所述加热炉竖直固定于地面上，加热炉的中心设有筒形的加热腔，加热腔的顶部敞口，加热腔的内壁上设有加热组件，所述反应器放置于加热腔内，反应器的外径略小于加热炉的内径；

所述反应器包括筒形的外壳，所述外壳的顶部敞口底部封闭，且外壳的底部呈向上凸起的锥形，锥形的锥尖位于外壳的中心处；反应器的顶部固定连接有密封盖板，密封盖板的中心设有料管安装孔，密封盖板一侧设有排气口，所述料管安装孔内竖直穿设有进料/气管，进料/气管的上端延伸至密封盖板上方、下端延伸至反应器内并靠近外壳的底部，进料/气管与密封盖板连接处密封固定连接；进料/气管的上端形成进料/气口、下端形成出料/气口，所述进料/气口上还连接有密封塞；所述排气口上连接有排气管，所述集气装置连接于排气管的头端；

所述反应器内设有筒形的支撑网，支撑网的直径等于反应器的内径，支撑网的高度超过反应器高度的三分之二；支撑网顶部抵靠密封盖板的下表面；支撑网底部的中心处开设有通孔，进料/气管穿过所述通孔，进料/气管位于支撑网下方处螺纹连接有支撑螺母，支撑螺母的顶面抵靠支撑网的下表面；支撑网内填充有换热球且换热球填充整个支撑网，所述换热球包括多种尺寸规格，且支撑网内从下向上换热球直径逐渐变小；反应器内位于支撑网底板下方的区域形成第一热解区、上方的区域形成第二热解区，所述第二热解区对应的反应器管壁上密布有孔洞，所述孔洞的尺寸大于最小换热球的直径；

所述料盒为圆筒形，料盒用于盛放待热解煤粉，料盒的外径小于进料/气管的内径，便于将料盒通过进料/气口加入至反应器内；料盒包括盒体、上密封盖和下密封盖，所述上密封盖和下密封盖分别与盒体螺纹连接，盒体的外壁沿周向开设有若干长条状开孔槽。

进一步地，所述进料/气管的下端与外壳底部之间的距离大于料盒的高度。

进一步地，所述密封盖板与反应器之间设有密封垫。

进一步地，所述排气管呈l形，排气管的前端延伸至加热炉外侧。

进一步地，所述集气装置为气袋。

进一步地，所述支撑网为不锈钢材质。

进一步地，所述加热装置为电加热装置。

进一步地，所述第二热解区对应的孔洞呈矩形状，且开孔的宽度小于最小换热球的直径。

本发明的有益效果在于：该装置可使煤完成充分热解，并通过集气装置收集热解后的气体成分，便于研究人员对煤的热解变化进行研究，解决了目前煤热解缺乏相应实验设备的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明支撑网的剖视图；

图3是本发明料盒的结构示意图；

图中：1-加热炉，2-加热腔，3-加热组件，4-反应器，41-外壳，42-底板，43-第一热解区，44-第二热解区，45-孔洞，5-密封盖板，6-进料/气管，7-密封塞，8-支撑网，9-支撑螺母，10-换热球，11-排气管，12-集气装置，13-料盒，131-盒体，132-上密封盖，133-下密封盖，134-开孔槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-3所示，一种煤的高效热解装置，包括加热炉1、反应器4、集气装置12和料盒13。

加热炉1竖直固定于地面上，加热炉1的中心设有筒形的加热腔2，加热腔2的四周填充有隔热材料，加热腔2的顶部敞口，加热腔2的内壁上设有加热组件3，加热组件3为电加热单元。反应器4放置于加热腔2内，为了提高加热效果，反应器4的外径略小于加热炉1的内径，使反应器4的外壁紧靠加热炉1内壁。

反应器4包括筒形的外壳41，外壳41的顶部敞口底部封闭，且外壳41的底板42呈向上凸起的锥形，锥形的锥尖位于外壳41的中心处。反应器4的顶部通过螺栓固定连接有密封盖板5，密封盖板5与反应器4通过法兰结构连接，为了提高密封性能，防止气体外泄，密封盖板5与反应器4之间设有密封垫。密封盖板5的中心设有料管安装孔，密封盖板5一侧设有排气口，料管安装孔内竖直穿设有进料/气管6，进料/气管6的上端延伸至密封盖板5上方、下端延伸至反应器4内并靠近外壳41的底部，进料/气管6与密封盖板5连接处密封固定连接。进料/气管6的上端形成进料/气口、下端形成出料/气口，进料/气口上还连接有密封塞7。排气口上连接有l形的排气管11，排气管11的头端延伸至加热炉1外侧，集气装置12连接于排气管11的头端。

反应器4内设有筒形的支撑网8，支撑网8由不锈钢材质制成，支撑网8的直径等于反应器4的内径，支撑网8的高度超过反应器4高度的三分之二，支撑网8置于反应器4中且支撑网8的顶部抵靠密封盖板5的下表面。支撑网8底部的中心处开设有通孔，进料/气管6穿过该通孔，进料/气管6位于支撑网8下方处螺纹连接有支撑螺母9，支撑螺母9的顶面抵靠支撑网8的下表面，通过支撑螺母9将支撑网8固定于反应器4内。支撑网8内填充有换热球10且换热球10填充整个支撑网8，换热球10包括多种尺寸规格，支撑网8内从下向上换热球10直径逐渐变小。反应器4内位于支撑网8底板下方的区域形成第一热解区43、上方的区域形成第二热解区44，第二热解区44对应的反应器4管壁上密布有孔洞45，该孔洞45呈矩形状，且孔洞45的尺寸大于最小换热球10的直径（参考图2）。

料盒13为圆筒形，料盒13用于盛放待热解煤粉，料盒13的外径小于进料/气管6的内径，便于将料盒13通过进料/气口加入至反应器4内。如图3所示，料盒13包括盒体131、上密封盖132和下密封盖133，上密封盖132和下密封盖133分别与盒体131螺纹连接，盒体131的外壁沿周向开设有若干长条状开孔槽134。

本发明的工艺过程如下：

1.设备安装:将支撑网8接在进料/气管6上，通过支撑网8上端与密封盖板5下表面之间的间隙向支撑网8中投放换热球10，先投放体积最大的换热球10，待最大的换热球10铺满滤网一层或多层后，再铺设体积较小的换热球10，逐次操作使支撑网8中装满换热球10；然后向上推动支撑网8，使支撑网8上沿紧贴密封盖板5的下表面，再在进料/气管6上安装支撑螺母9，使支撑螺母9紧靠支撑网8下表面，支撑螺母9将支撑网8固定于进料/气管6上；

然后将反应器4外壳41放置于加热腔2中，再将密封盖板5、进料/气管6连同支撑网8一起放置于外壳41中，在外壳41的顶部放置密封垫，将密封盖板5与外壳41通过螺栓固定连接，至此反应器4安装结束。

2.排出空气：取下进料/气管6顶端的密封塞7，将氮气输气管连接至进料/气管6上，通过进料/气管6向反应器4内通入高压氮气，氮气进入进料/气口后沿着进料/气管6向下移动，移动至外壳41底部后从出料/气口排出；氮气到达反应器4底部后向上运动，迫使反应器4内的空气通过排气管11排出，当反应器4内的空气排尽后，迅速将集气装置12安装至排气管11的前端，然后取下氮气输气管，并迅速将密封塞7安装至进料/气口上。充入氮气的目的是排出氧气，防止在热解时煤与氧气发生燃烧反应，影响热解过程。

3.热解作业：开启加热组件3对反应器4进行加热，达到热解所需温度后应保温一定时间，以确保第一热解区43和第二热解区44均达到热解温度。保温结束后，取下密封塞7，迅速将填装热解煤的料盒13依次投入进料/气口，然后重新装上密封塞7。料盒13沿进料/气管6向下移动，直至从出料/气口排出。由于料盒13的高度小于进料/气管6至外壳41底部的距离，料盒13落入外壳41底部后将沿着外壳41底部锥形坡面滚落至四周处。

填装热解煤的料盒13进入反应器4后，将有一段升温过程，第一热解区43中的煤样逐步分解产生焦、焦油、水和热解煤气等产物，焦、部分焦油和部分热解煤气在持续高温无氧环境下继续热解，转变为颗粒碳和热解煤气。未在第一热解区43中充分热解的部分焦油和热解煤气及水等产物进入由滤网和换热球10层等构成的第二热解区44，并停留一定时间，焦油、热解煤气等未充分热解产物在一定时间内的高温无氧环境下逐步充分热解为颗粒碳、h2、h2o、co和co2等，再通过排气管11进入集气装置12。

在整个热解过程完全结束后，可关闭加热炉1，结束保温状态，停止气体收集，待反应器4完全冷却至室温后，可进行反应器4内相关残余物料的收集。

本发明设置第一热解区和第二热解区的原因：第一热解区能够满足多个料盒的盛放空间需求，且位于热解区底部、与排气管距离最远，能够保障较长的热解时间。第二热解区内的换热球为刚玉材质，包括多种尺寸规格，且支撑网内从下向上换热球直径逐渐变小，其中最小换热球的直径大于第二热解区反应器管壁上孔洞的尺寸，最大换热球直径应不大于最小换热球的直径的2倍。

第二热解区是对第一热解区产出物质的进一步热解区域，能够保障煤在第一热解区热解产出物质的充分热解，以产生尽可能多的氢气和活性颗粒碳；第二热解区布满具有较高热容的刚玉换热球，能够有效减少因热解导致的热解空间温度降低问题；能够延迟气态热解物质由排气管排出，延长气态热解物质的热解时间；能够粘附一定量的固态及液态热解物质，充分加大热解物质的热解反应面、延长热解时间，促进相关物质热解过程的充分进行。

需要说明的是，以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。