一种燃煤共热解预处理实验系统的制作方法

本实用新型涉及煤清洁热利用技术领域，具体为一种燃煤共热解预处理实验系统。

背景技术：

化石燃料的共热解技术，是化石资源过度开发造成资源短缺、大气污染和温室效应等问题的有效解决途径之一。通过对燃料共热解的能源综合利用，可加快能源结构体系的进一步调整，实现资源的分级转化和梯级利用。

油页岩具有低热值、高灰分的特点，其中有机质含量约15-50％，其氢碳原子比较高(约1.2-1.7)，能在燃煤共热解过程中提供更多的氢自由基，与煤热解中的大分子物质反应，增加粘结性，不仅将油页岩用于炼油和发电，也可在燃煤系统中添加油页岩，利用其中的有机质，改善燃煤焦油的质量。

由于油页岩主要包含醚氧类、羧基类、羟基类、羰基类等几类含氧官能团，在参加化石燃料的共热解技术之前，需要提前对油页岩进行酸洗处理。酸洗处理过程发生的酯的水解反应和傅氏反应，可以改变油页岩的化学结构，打破官能团和无机盐之间的离子交联作用，使其有机质得以提高，高灰分得以降低，提高页岩油的产率，是一种较好的油页岩提质提量处理方法。酸洗过程也可消除燃煤中的碱或碱土金属组分，从而消除碱和碱土金属组分对燃煤热解产物煤焦的催化作用影响。

但其存在的问题在于，燃煤与油页岩类低品质化石燃料的共热解和耦合技术，虽然可以改变能源结构体系的分级转化利用，实现化石能源的综合热利用，但对于热值低、灰分高的油页岩，与低阶煤直接混合热解，例如低灰、低硫、高挥发分的长焰煤、不粘煤和弱粘煤，无法达到提高煤气热值的目的。因此，燃煤共热解中添加油页岩有机质，需要首先将油页岩中的有机质进行富集，同时提高有机质的粘结性。但是现有酸洗预处理步骤，工艺复杂，难以操作，没有针对燃煤添加油页岩共热解系统的预处理系统。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃煤共热解预处理实验系统，操作简单，成本低，使用方便，效果明显。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种燃煤共热解预处理实验系统，包括至少一级酸洗过滤单元；所述的酸洗过滤单元包括反应器系统和设置在反应器系统上的过滤装置；

所述的反应器系统包括反应器；所述的反应器底部呈球面，其侧壁设置有连通反应器内部的加液管，内部设置有搅拌棒，底部设置反应器底部出口；所述的反应器底部出口上设置有反应器旋钮开关；

所述的过滤装置呈漏斗状，其顶部与反应器底部密封连接，内部设置有过滤砂芯板，底部设置有过滤装置底部出口；所述的过滤装置底部出口上设置有过滤装置旋钮开关。

进一步的，所述的加液管伸出反应器外的一端设置有加液管进口，伸入反应器内的一端设置有加液管出口。

进一步的，所述的加液管为半圆柱体耐酸玻璃管，烧结在反应器的侧壁上。

进一步的，所述的搅拌棒的一端连接设置有电动搅拌控制器。

进一步的，所述的反应器的顶部还设置有顶盖；顶盖上分别设置有加液管安装孔和搅拌棒插入孔。

更进一步的，所述的加液管安装孔呈半圆形，靠顶盖边缘设置；所述的搅拌棒插入孔呈圆形，居中设置。

进一步的，所述的过滤装置顶部与反应器底部密封连接处设置有胶垫。

进一步的，所述的反应器、过滤装置、过滤砂芯板、反应器旋钮开关和过滤装置旋钮开关均采用耐酸玻璃材质制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过设置酸洗过滤单元，利用酸洗过滤单元的反应器上的加液管加入酸液对燃煤和油页岩类低品质化石燃料进行酸洗，并利用搅拌棒进行充分搅拌，然后利用过滤装置中的过滤砂芯板对燃煤和油页岩类低品质化石燃料进行过滤，通过不断的酸洗和过滤的预处理，提高了燃煤和油页岩类低品质化石燃料共热解的热利用效率，不仅提高了油页岩中有机质的富集程度，同时消除了燃煤中碱和碱土金属组分对共热解产物的催化作用影响，操作简单，使用方便，效果明显；同时，通过控制反应器旋钮开关，可旋转控制混合液从反应器流至过滤装置的流动速度，通过控制过滤装置旋钮开关，可旋转控制混合液流出过滤装置，操作方便；此外，还将反应器的底部为球面设计，可以让固体颗粒状样品完全浸润在添加的酸溶液里，使得反应更加充分。

进一步，本实用新型采用将加液管烧结在反应器的一侧，从而使其与反应器为一体，不可拆卸，保证系统可靠性。

进一步，本实用新型通过在搅拌棒上连接设置电动搅拌控制器，能更精确的控制搅拌棒的搅拌速度和搅拌时间，从而保证搅拌效果，让反应更加充分。

进一步，本实用新型采用的反应器顶部设置有顶盖，其由可拆卸的橡胶塞组成，顶盖上设置有两个孔，以便留出搅拌棒伸入反应器的位置和加液管装入反应器的位置，便捷高效。

进一步，本实用新型中通过在过滤装置与反应器接触的边缘设置一圈胶垫，从而增加上下结构即反应器和过滤装置的紧密型和整个系统的稳固性，可以拆卸，使用方便。

进一步，本实用新型采用的反应器、过滤装置、过滤砂芯板、反应器旋钮开关和过滤装置旋钮开关，均采用耐酸玻璃材质制成，耐腐蚀性能强，有效提高系统使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所述实验系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中所述反应器的顶盖结构示意图。

图3为本实用新型实施例中所述多级酸洗过滤单元系统的结构示意图。

图中：1为颗粒状样品，2为反应器，3为搅拌棒，4为电动搅拌控制器，5为加液管，6为加液管进口，7为加液管出口，8为反应液底部出口，9为反应器旋钮开关，10为过滤装置，11为过滤砂芯，12为胶垫，13为过滤装置旋钮开关，14为滤液罐，15为过滤装置底部出口，16为加液管安装孔，17为搅拌棒插入孔。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种燃煤共热解预处理实验系统，由酸洗过滤单元构成，酸洗过滤单元包括反应器系统和过滤装置10；

所述的反应器系统，如图1所示，包括反应器2；所述的反应器2由实验室常规耐酸玻璃材料加工而成，如硬质高硼玻璃，内置电动搅拌棒3，由电动搅拌器4控制转速；反应器2的底部为球面设计，可以让固体颗粒状样品1完全浸润在添加的酸溶液里，反应更加充分；反应器2的顶部设置有顶盖，其由可拆卸的橡胶塞组成，顶盖上设置有两个孔，以便留出搅拌棒3位置和加液管5位置。

进一步，如图2所示，反应器2顶部设置有顶盖，由可拆卸的橡胶塞组成，并设置有两个孔，分别为加液管安装孔16和搅拌棒插入孔17；搅拌棒插入孔17居中呈圆形，是搅拌棒3放入位置；加液管安装孔16靠近反应器2内壁一侧，呈半圆形，是加液管5位置。

进一步，加液管5为半圆柱体耐酸玻璃管，顶部留口，为加液管进口6，底部留口，为加液管出口7；加液管5烧结在玻璃反应器2的一侧，与反应器2为一体，不可拆卸。

进一步，反应器2底部的球面设计，圆底中心处设置有反应器底部出口8，该出口处有一个玻璃的反应器旋钮开关9，可旋转控制混合液从反应器2流至过滤装置10的流动速度，根据具体情况开启或者关闭。

所述的过滤装置10，呈一个由耐酸玻璃材质组成的漏斗形，内置耐酸玻璃烧结过滤砂芯板11，底部设置有过滤装置底部出口15。

进一步，内置的耐酸过滤砂芯板11，根据滤板代号选择需要的滤除孔径，如g4(3-4)可以滤除3～4μm的极细沉淀物，g5(1.5-2.5)可以滤除1.5～2.5μm体积的细菌等等。

进一步，过滤装置10与反应器2接触的边缘设置有一圈胶垫12，增加上下结构的紧密型和整个系统的稳固性，可以拆卸。

进一步，过滤装置底部出口15上设有过滤装置旋钮开关13，可以控制滤液流速，根据情况开启和关闭；过滤装置10底端的滤液进入滤液罐14，以待处理。

具体的，本实用新型一种燃煤共热解预处理实验系统，如图1所示，将粉碎过筛的颗粒状样品1，置于反应器2内，反应器2内设置搅拌棒3，由电动搅拌控制器4控制转速；在反应器2内侧设置有加液管5，添加液体由加液管5顶部的加液管进口6倒入，从加液管5底部的加液管出口7流入反应器2的球面底部；反应器2底部中心设置有混合液出口8，由反应器旋钮开关9控制流速；反应器2下部是过滤装置10，为一个实验室常规玻璃材质的漏斗形状过滤单元组成，内置过滤砂芯板11，过滤装置10与反应器2边缘安装一圈胶垫12，保证整个系统的稳固性，可以拆卸；混合液体从反应器2进入漏斗形状的过滤装置10内，经过过滤，固体颗粒留在过滤砂芯板11上，液体经过过滤装置旋钮开关13流入滤液罐14内；

其中，所述的颗粒状样品1由燃煤和共热解原料制备而成，具体制备步骤如下：

将燃煤样品和共热解油页岩样品，分别破碎、研磨，筛分，制备到相应的粒度级，如颗粒粒径小于0.2mm范围，可避免扩散和二次反应的影响，再干燥箱中70℃-80℃真空干燥约24h，于密封袋置于干燥器中保存待用。

在实际操作过程中，可以根据实验需要采用多级酸洗过滤单元进行燃煤共热解预处理，所述的多级酸洗过滤单元，由不同的酸溶液对应的多级酸洗过滤单元组成，为避免沉淀物附着管壁或堵塞管口，需要预先用对应的酸液浸泡颗粒状样品1约24h，蒸馏水冲洗、抽滤直至干净，烘干至恒重，冷却后置于密封干燥箱备用；

如图3所示，为燃煤共热解预处理的三级酸洗过滤单元，经过第一级酸洗过滤单元处理过后的固体样品，送入第二级酸洗过滤单元，重复上述步骤；经过第二级酸洗过滤单元处理过后的固体样品，送入第三级酸洗过滤单元，重复上述步骤；经过多级酸洗过滤单元处理，将固体样品放在表面皿中，60℃-70℃的真空干燥箱中干燥10-12h；最终获得酸洗的共热解煤样颗粒，完成对共热解煤样颗粒的有机质富集。

其中，所述的多级酸洗过滤单元，可以分别处理燃煤颗粒和油页岩，经过预处理后再进行混合，然后送入共热解炉进行热解反应，也可以是样品制备时候混合均匀，将混合物一起进行预处理，然后送入共热解炉，根据燃煤的煤种特性或共热解化石燃料的特性，灵活操作。

在实际操作中，采用本实用新型进行燃煤共热解预处理时，具体步骤如下，

步骤1：在反应器2中加入制备好的固体颗粒状样品1，安装好顶盖，以及顶盖部分的搅拌棒3和加液管5；

步骤2：开启电动搅拌控制器4，控制搅拌棒3低速运行，在搅拌的情况下，缓慢从反应器2的加液管进口6倒入配置好的酸液，保证固体颗粒状样品1全部被酸液淹没；

步骤3：在室温下，低速搅拌10-12h，缓慢打开反应器旋钮开关9，让混合液进入过滤装置10，此过程保证过滤装置旋钮开关13处于关闭状态；待混合液完全进入过滤装置10，慢慢打开过滤装置旋钮开关13，让固液分离，使固体颗粒状样品1留在过滤砂芯板11之上，滤液进入滤液罐14中；

步骤4：待上一步的混合液完全固液分离之后，关闭过滤装置10的过滤装置旋钮开关13，从反应器2的加液管进口6加入去离子水，去离子水经过加液管出口7，进入反应器2的球面底部，低速搅拌，打开过反应器2底部的反应器旋钮开关9，去离子水在冲洗反应器2的球面底部混合液的同时，流入过滤装置10中，完全淹没过滤砂芯板11上的固体颗粒状样品1，慢慢打开过滤装置旋钮开关13，滤液流入滤液罐14中；重复该步骤，使酸洗后的固体颗粒状样品多次被去离子水清洗，直至滤液显中性为止。

步骤5：经过第一级酸洗过滤单元处理过后的固体颗粒状样品1，送入第二级酸洗过滤单元，重复上述步骤；

步骤6：经过第二级酸洗过滤单元处理过后的固体颗粒状样品1，送入第三级酸洗过滤单元，重复上述步骤；

步骤7：经过多级酸洗过滤单元处理，将固体颗粒状样品1放在表面皿中，60℃-70℃的真空干燥箱中干燥10-12h；最终获得酸洗的共热解煤样颗粒，完成对共热解煤样颗粒的有机质富集。