多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种多用途管式炉，包括固定架、炉膛、炉管和附件。炉管安装于炉膛内，固定架固定于底面，分别连接炉膛和炉管，且可以改变炉管和炉膛的相对位置，附件与炉管相连接。本发明还公开一种利用多用途管式炉的机理试验方法，包括准备阶段和试验阶段。本发明的多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法适用于高温高压，可随时强降温，高温油气不易回流至反应物料。
【专利说明】
多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种管式炉及应用该管式炉的试验方法，更具体地说，涉及多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法。
【背景技术】
[0002]市场上管式炉有很多，但其共同点是使用范围比较局限，专用性强。
[0003]下面列举几个现有技术中的管式炉:
[0004]专利“多温区管式炉”，CN 103115491 A，其解决了炉膛大部分空间被闲置浪费的缺点；
[0005]专利“一种多功能管式炉”，CN 102778036 A，解决了传统加热炉不能加热多种介质的缺陷；
[0006]专利“一种管式炉”，CN 104197699 A，注重于升降温速率方面的问题；
[0007]专利“真空变温管式炉”，CN 102607270 A，着重于解决温度场均匀性问题。
[0008]在进行沥青机理性试验研究时，有时需要在高温高压下立即终止反应，降到常温，探究反应机理，同时在反应过程中，要避免高温油气回流下来进入料管，而破坏反应平衡。目前市场上，几乎没有这方面的管式炉，而且在高温、高压、高温油气回流及急剧降至常温方面涉及的很少。
【发明内容】
[0009]针对现有技术中存在的管式炉不涉及高温、高压、高温油气回流及急剧降至常温的技术现状，本发明的目的是提供多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]—种多用途管式炉，包括固定架、炉膛、炉管和附件。炉管安装于炉膛内，固定架固定于底面，分别连接炉膛和炉管，且可以改变炉管和炉膛的相对位置，附件与炉管相连接。
[0012]根据本发明的一实施例，炉管包括金属管、气相管、取样管、导气管、装料管、热电偶、止回阀、法兰、第一压力表、冷却器、第一热电阻。导气管紧贴金属管，从管底进入管内，并延伸至管外，且导气管上有一排出气孔，金属管内设置取样管，取样管可伸入到金属管底部附近。热电偶紧贴装料管外壁三分之一处，装料管可伸入到金属管底部，法兰安装于金属管的开口处，且密闭金属管的开口。止回阀、第一压力表、冷却器、第一热电阻均安装于气相管上，法兰的外侧依次安装止回阀、第一压力表、冷却器和第一热电阻。
[0013]根据本发明的一实施例，固定架包括支撑架、载物台、升降台及连杆。载物台安装于支撑架上，且分别连接炉管和炉膛，载物台可以绕支撑架360度旋转，以改变炉管及炉膛的相对位置。升降台安装于载物台上，分别连接炉管和炉膛，可以将炉管或炉膛自由上下移动。
[0014]根据本发明的一实施例，炉膛包括拉手、垫块、电加热丝、信号线及控制柜。炉膛的部分侧壁是可活动的，可活动部分上安装拉手，炉膛的内壁设有电加热丝，垫块设置于炉管与电加热丝之间。
[0015]根据本发明的一实施例，附件包括氮气钢瓶、减压阀、第二压力表、流量计、截止阀、紧急排放阀、过滤器、背压阀、缓冲罐、球阀、电加热带、密封块及第二热电阻。第一热电阻的后端依次连接缓冲罐、紧急排放阀、第二热电阻、过滤器和背压阀，缓冲罐的底部安装球阀。导气管上依次设置截止阀、流量计、第二压力表、减压阀和氮气钢瓶，密封块安装于炉膛底部。
[0016]为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案:
[0017]—种利用多用途管式炉的机理试验方法，包括准备阶段和试验阶段，试验阶段包括:旋转炉膛至炉管正下方，快速将炉管向下插入炉膛恒温区域，待温度稳定后记下反应起始时间；微调背压阀，使得第一压力表指示在规定压力处；当第一热电阻显示超过阈值温度时，微开冷却器进水阀，使温度维持在阈值温度度以下；反应时间接近终点时，停止加热，切断电源，准备好水桶，打开炉门，旋转炉膛，并与炉管错开，将水桶放于炉管正下方，并将其尽量抬高，快速将炉管浸没于水桶中；一段冷却时间之后，移开水桶，停气，泄压，打开法兰，取出样品。
[0018]根据本发明的一实施例，阈值温度为280度，冷却时间为3?5分钟。
[0019]根据本发明的一实施例，准备阶段包括:将装有物料的装料管放入取样管内，再放入金属管内；打开冷却器的出水阀，关闭进水阀；关闭紧急排放阀、球阀；气密性试验；缓慢打开截止阀至流量计显示有流量，调节背压阀压力至试验方案规定压力；调节电加热带温度至热电阻显示预设温度；通过升降台，提升炉管，降低炉膛，使炉管底部刚好离开炉膛顶部5-10mm，旋转炉膛，使其与炉管错开，炉膛底部缺口塞上密封块，通过控制柜将炉膛快速升温至试验方案规定温度。
[0020]根据本发明的一实施例，气密性试验的方法为:灌入氮气，对系统进行气密性试验，确保不漏后，排出氮气。
[0021]根据本发明的一实施例，预设温度为80?90度。
[0022]在上述技术方案中，本发明的多用途管式炉及使用多用途管式炉的机理试验方法适用于高温高压，可随时强降温，高温油气不易回流至反应物料。
【附图说明】
[0023]图1是本发明多用途管式炉的结构示意图；
[0024]图2是图1各个部件的详细示意图；
[0025]图3是本发明使用多用途管式炉的机理试验方法的准备阶段流程图；
[0026]图4是本发明使用多用途管式炉的机理试验方法的试验阶段流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0028]参照图1，本发明公开一种多用途管式炉，其主要有4大部件组成:固定架1、炉膛
2、炉管3及附件4。如图1所示，炉管安装于炉膛内，固定架固定于底面，分别连接炉膛和炉管，且可以改变炉管和炉膛的相对位置，附件与炉管相连接。
[0029]参照图2，本发明的关键是炉管3，其包括金属管3-1、法兰3-2、气相管3_3、取样管3-4、导气管3-5、装料管3-6、热电偶3-7、压力表3_8、止回阀3_9、冷却器3-10及热电阻
3-llo
[0030]如图2所示，导气管3-5紧贴金属管3-1，从管底进入管内，并延伸至管外，且有一排出气孔，确保出气量的均匀性。金属管3-1内设置取样管3-4，取样管3-4可伸入到金属管3-1底部附近。法兰3-2安装于金属管3-1的开口处，且密闭金属管3-1的开口。止回阀3-9、压力表3-8、冷却器3-10、热电阻3-11均安装于气相管上，法兰3_2的外侧依次安装止回阀3-9、压力表3-8、冷却器3-10、热电阻3-11。
[0031]在加热过程中，氮气也同时被加热，避免进入体系的冷氮气影响整个反应体系的温度，从而影响产品质量，同时借助持续向上氮气的上升力，及时将反应物料产生的轻相带出金属管，且气相管3-3左侧装有止回阀3-9，能有效避免轻相在上升过程中受温场影响而回流至装料管或金属管中，影响产品质量或污染金属管。
[0032]同时，实验不像工业生产，其反应体系所产生的气相是不稳定的，时大时小，导致控压难，而导气管能源源不断的提供热气流，在配合背压阀4-8，能够有效控制整个反应过程在恒压下进行。热电偶3-7紧贴装料管3-6外壁三分之一处，装料管3-6可伸入到金属管3-1底部，确保所测温度为反应真实温度，避免测温点受物料污染而影响其敏感性。为了便于取产品，在金属管内专门设计了一个取样管3-4。
[0033]继续参照图2，固定架I包括支撑架1-1、载物台1-2、升降台1_3及连杆1_4。载物台1-2安装于支撑架1-1上，且分别连接炉管3和炉膛2，载物台1-2可以绕支撑架1-1进行360度旋转，以改变炉管3及炉膛2的相对位置。升降台1-3安装于载物台1-2上，分别连接炉管3和炉膛2，可以将炉管3或炉膛2自由上下移动，避免因装料量原因而不能保证物料始终处于恒温区域反应。
[0034]继续参照图2，炉膛2包括拉手2-1、垫块2-2、电加热丝2_3、信号线2_4及控制柜2-5ο炉膛2的部分侧壁是可活动的，可活动部分上安装拉手2-1。优选的，右炉膛是活动的，可以通过拉手2-1向外拉开。根据上述特点，将炉膛及炉管调到一定位置后，就可以进行终止反应的操作。炉膛2的内壁设有电加热丝2-3，垫块2-2设置于炉管3与电加热丝2-3之间。垫块2-2防止炉管与电加热丝2-3直接接触，避免电加热丝漏电伤人。
[0035]继续参照图2，附件4包括氮气钢瓶4-1、减压阀4-2、压力表4_3、流量计4_4、截止阀4-5、紧急排放阀4-6、过滤器4-7、背压阀4-8、缓冲罐4_9、球阀4_10、电加热带4_11、密封块4-12及热电阻4-13。热电阻3-11的后端依次连接缓冲罐4_9、紧急排放阀4_6、热电阻4-13、过滤器4-7和背压阀4-8，缓冲罐4-9的底部安装球阀4_10。导气管3_5上依次设置截止阀4-5、流量计4-4、压力表4-3、减压阀4-2和氮气钢瓶4_1，密封块4_12安装于炉膛2底部。
[0036]如图2所示，缓冲罐4-9有效收集轻相中除不凝性气体以外的物料，为检测分析提供原料，从而为下一步试验方案的调整提供依据。紧急排放阀4-6为了避免管道发生堵塞，压力急剧上升而无法泄压情况的发生。电加热带4-11确保混入不凝性气体的少量油气因温度过低而冷凝在过滤器中，从而引起管道堵塞，无法控压的情况。密封块4-12避免管式炉底部热量损失。
[0037]此外，本发明还公开一种利用上述多用途管式炉的机理试验方法，其主要的操作过程可以分为准备阶段和试验阶段，如图3和图4所示，具体的操作过程如下:
[0038]如图3所示，准备阶段:
[0039]步骤S1:将装有物料的装料管放入取样管内，在放入金属管内。
[0040]步骤S2:打开冷却器3-10的出水阀，关闭进水阀；关闭紧急排放阀4-6、球阀
4-10o
[0041]步骤S3:进行气密性试验。具体来说，灌入氮气，对系统进行气密性试验，确保不漏后，排出氮气。
[0042]步骤S4:缓慢打开截止阀4-5至流量计4-4显示有流量，调节背压阀4_8压力至试验方案规定压力。
[0043]步骤S5:调节电加热带4-11温度至热电阻4-13显示预设温度，优选的，预设温度可以是80-90摄氏度。
[0044]步骤S6:通过升降台1-3，提升炉管，降低炉膛，使炉管底部刚好离开炉膛顶部
5-10mm，旋转炉膛，使其与炉管错开，炉膛底部缺口塞上密封块4_12，通过控制柜2_5将炉膛快速升温至试验方案规定温度。
[0045]如图4所示，试验阶段:
[0046]步骤S7:炉膛温度达到试验方案规定温度后，旋转炉膛至炉管正下方，快速将炉管向下插入炉膛恒温区域，待温度稳定后记下反应起始时间。
[0047]步骤S8:微调背压阀，使得压力表3-8指示在规定压力处。
[0048]步骤S9:当热电阻3-11显示超过阈值温度时，微开冷却器进水阀，使温度维持在阈值温度以下，优选的，阈值温度可以设为280摄氏度。
[0049]步骤SlO:反应时间接近终点时终止试验，停止加热，切断电源，准备好水桶，打开炉门，旋转炉膛，并与炉管错开，将水桶放于炉管正下方，并将其尽量抬高，快速将炉管浸没于水桶中。
[0050]步骤Sll:一段冷却时间后，移开水桶，停气，泄压，打开法兰，取出样品，优选的，冷却时间为3?5分钟。
[0051]本发明能确保物料始终在一个稳定压力及温度体系中进行反应，解决了因装料量少，气相波动频繁而控压困难的问题。
[0052]具体来说，炉管上设置导气管及止回阀，可以有效避免轻相在上升过程中受温场影响而回流至装料管或金属管中，影响产品质量或污染金属管。炉膛及炉管可以上下自由移动，同时炉膛可以水平向360°旋转，且炉门可以左右打开，可随时急速终止反应，解决了传统到达反应终点时，即便已经强降温，还需等待很长时间的自然冷却后才可取样的不足。
[0053]同时，炉膛可以预先加热至规定温度，物料可以在极短时间内达到反应温度，模拟现场进料情况，能为以后工业化提供真实有效的工艺参数。炉膛还可以横卧，作为高温煅烧炉使用。炉管可以抽真空，满足需负压条件下进行反应的场合。
[0054]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1.一种多用途管式炉，包括固定架、炉膛、炉管和附件，其特征在于: 所述炉管安装于所述炉膛内； 所述固定架固定于底面，分别连接所述炉膛和炉管，且可以改变所述炉管和炉膛的相对位置； 所述附件与所述炉管相连接。2.如权利要求1所述的多用途管式炉，其特征在于: 所述炉管包括金属管、气相管、取样管、导气管、装料管、热电偶、止回阀、法兰、第一压力表、冷却器、第一热电阻； 所述导气管紧贴所述金属管，从管底进入管内，并延伸至管外，且导气管上有一排出气孔； 所述金属管内设置取样管，所述取样管可伸入到所述金属管底部附近； 所述热电偶紧贴所述装料管外壁三分之一处，所述装料管可伸入到所述金属管底部； 所述法兰安装于所述金属管的开口处，且密闭所述金属管的开口 ； 所述止回阀、第一压力表、冷却器、第一热电阻均安装于所述气相管上，所述法兰的外侧依次安装所述止回阀、第一压力表、冷却器和第一热电阻。3.如权利要求2所述的多用途管式炉，其特征在于: 所述固定架包括支撑架、载物台、升降台及连杆； 所述载物台安装于所述支撑架上，且分别连接炉管和炉膛，所述载物台可以绕所述支撑架360度旋转，以改变炉管及炉膛的相对位置； 所述升降台安装于所述载物台上，分别连接炉管和炉膛，可以将炉管或炉膛自由上下移动。4.如权利要求3所述的多用途管式炉，其特征在于: 所述炉膛包括拉手、垫块、电加热丝、信号线及控制柜； 所述炉膛的部分侧壁是可活动的，所述可活动部分上安装所述拉手； 所述炉膛的内壁设有所述电加热丝，所述垫块设置于所述炉管与所述电加热丝之间。5.如权利要求4所述的多用途管式炉，其特征在于: 所述附件包括氮气钢瓶、减压阀、第二压力表、流量计、截止阀、紧急排放阀、过滤器、背压阀、缓冲罐、球阀、电加热带、密封块及第二热电阻； 所述所述第一热电阻的后端依次连接所述缓冲罐、紧急排放阀、第二热电阻、过滤器和背压阀，所述缓冲罐的底部安装所述球阀； 所述导气管上依次设置所述截止阀、流量计、第二压力表、减压阀和氮气钢瓶； 所述密封块安装于所述炉膛底部。6.一种利用权利要求1?5中任意一项多用途管式炉的机理试验方法，包括准备阶段和试验阶段，其特征在于: 所述试验阶段包括: 旋转炉膛至炉管正下方，快速将炉管向下插入炉膛恒温区域，待温度稳定后记下反应起始时间； 微调背压阀，使得第一压力表指示在规定压力处； 当第一热电阻显示超过阈值温度时，微开冷却器进水阀，使温度维持在阈值温度度以下； 反应时间接近终点时，停止加热，切断电源，准备好水桶，打开炉门，旋转炉膛，并与炉管错开，将水桶放于炉管正下方，并将其尽量抬高，快速将炉管浸没于水桶中； 一段冷却时间之后，移开水桶，停气，泄压，打开法兰，取出样品。7.如权利要求6所述的机理试验方法，其特征在于，所述阈值温度为280度，所述冷却时间为3?5分钟。8.如权利要求6所述的机理试验方法，其特征在于，所述准备阶段包括: 将装有物料的装料管放入取样管内，再放入金属管内； 打开冷却器的出水阀，关闭进水阀； 关闭紧急排放阀、球阀； 气密性试验； 缓慢打开截止阀至流量计显示有流量，调节背压阀压力至试验方案规定压力； 调节电加热带温度至热电阻显示预设温度； 通过升降台，提升炉管，降低炉膛，使炉管底部刚好离开炉膛顶部5-10mm，旋转炉膛，使其与炉管错开，炉膛底部缺口塞上密封块，通过控制柜将炉膛快速升温至试验方案规定温度。9.如权利要求8所述的机理试验方法，其特征在于，所述气密性试验的方法为:灌入氮气，对系统进行气密性试验，确保不漏后，排出氮气。10.如权利要求8所述的机理试验方法，其特征在于，所述预设温度为80?90度。
【文档编号】F27B17/02GK105987602SQ201510082170
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月15日
【发明人】严天祥, 张秀云, 彭友山, 单长春
【申请人】上海宝钢化工有限公司