一种催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及一种催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统。

背景技术：
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热解气化技术是处理可燃固废的重要技术之一。产物焦油成分复杂，其大部分为苯的衍生物及多环芳烃，其组分易结焦、难利用，到环境中会对人体健康和环境有害。因此在催化剂作用下通过裂解或重整方式将焦油转化为清洁气体是对焦油有效的利用方式。

鉴于焦油组分复杂，研究者们通常选用甲苯、苯酚等常用的模型化合物代替焦油进行实验。但焦油模型化合物催化裂解的反应装置则多为研究者自己组装所得，由于个体装置组装的差异性使得反应的精确度及灵敏度不同，在此情况下，催化裂解反应产生氢气、一氧化碳等气体存在潜在的危险；同时，大多数的反应装置的适用范围(原料范围、温度范围等)有限，没有相对通用的、统一的一体化反应工艺。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统，结构简单，合理利用空间，应用范围广，适用于焦油模型化合物的水汽重整方法和二氧化碳重整，满足了催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的要求。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的：

一种催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统，该系统包括依次连通的预热器、设有石英管的立式管式炉、气液分离器和收集气袋，其中气液分离器添加吸收剂收集未反应的模型化合物，预热器一端连通有四个原料输入管路：超纯水输入管路、焦油模型化合物输入管路、惰性气体输入管路和二氧化碳输入管路，超纯水输入管路和焦油模型化合物输入管路汇合后再与惰性气体输入管路和二氧化碳输入管路汇合，其中，超纯水输入管路包括装有超纯水的第一储存瓶、蠕动泵和阀门；焦油模型化合物输入管路包括装有焦油模型化合物的第二储存瓶、注射泵和阀门；惰性气体输入管路包括装有惰性气体的第一储气瓶、第一气体质量流量计和阀门；二氧化碳输入管路包括装有二氧化碳的第二储气瓶、第二气体质量流量计和阀门；预热器另一端通过缠有加热带的管道和阀门连通立式管式炉的石英管，石英管的中部固定有带孔石英片以支撑石英棉上的催化剂，形成一定高度的催化剂床层；焦油模型化合物、超纯水分别通过注射泵和蠕动泵泵入预热器中，气体经过质量流量计后进入预热器，所有原料均在预热器中进行预热，随后通过缠有加热带的管道进入立式管式炉的石英管中，通过催化剂后催化裂解成为清洁气体，反应产物通过气液分离器进行分离，气体被统一收集于收集气袋，液体集中于气液分离器中。

特别地，所述的吸收剂为乙醇、异丙醇等。

预热器和加热带通过温度控制器进行温度显示和调节控制。预热器的温度范围为0-400℃，加热带的温度范围为0-200℃。

立式管式炉的温度范围为0-1000℃，通过阀门进行控制开关，通过管式炉控制器进行温度显示和调节控制。

第一、第二气体质量流量计流量范围为0-500ml/min，由流量计控制器进行显示、调节流量。

所述焦油模型化合物包括但不限于苯、甲苯、乙苯、苯酚、萘、正庚烷、环己烷等。

蠕动泵的流量范围为0-100ml/min，注射泵的流量范围为0-30ml/min，注射泵和蠕动泵分别通过阀门进行控制开关。

所述惰性气体包括氮气、氩气、氖气等。

催化剂的种类包括但不限于固体废弃物碳基催化剂、分子筛催化剂、天然沸石催化剂、金属氧化物等固体催化剂。催化剂可添加质量范围为0-6g，根据石英棉及催化剂的添加量不同，催化剂床层高度可控范围为0-5cm之间。

焦油模型化合物的水汽重整方法，利用上述系统，包括以下步骤：

1)将催化剂置于石英管中部，将焦油模型化合物置于第二储存瓶中，设置流量，将超纯水置于第一储存瓶中，设置流量，设置第一气体流量计，设置预热器温度，设置加热带温度，设置立式管式炉温度，维持时间，将吸收剂置于气液分离器中用于吸收未反应的焦油模型化合物；2)打开惰性气体输入管路，通入惰性气体以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉进行加热，同时打开预热器及加热带进行升温加热；

3)当立式管式炉、预热器、加热带均达到设定温度后，打开蠕动泵和注射泵，焦油模型化合物和超纯水泵入预热器中进行预热成气态，惰性气体氮气带动气态的焦油模型化合物和水通过管路进入石英管中，在催化剂的催化作用下焦油模型化合物与水发生重整反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，未反应的焦油模型化合物和水与生成气体一起在氮气的带动下进入气液分离器进行分离，反应气体用收集气袋收集，未反应的焦油模型化合物由气液分离器吸收剂进行收集。

焦油模型化合物的二氧化碳重整方法，利用上述系统，包括以下步骤：

1)将催化剂置于石英管中部，将焦油模型化合物置于第二储存瓶中，设置流量，设置第一气体流量计，设置第二气体流量计，设置预热器温度，设置加热带温度，设置立式管式炉温度，维持时间，将吸收剂置于气液分离器中用于吸收未反应的焦油模型化合物；

2)打开惰性气体输入管路，通入惰性气体以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉进行加热，同时打开预热器及加热带进行升温加热；

3)当立式管式炉、预热器和加热带均达到设定温度后，打开二氧化碳输入管路第二气体质量流量计和注射泵，焦油模型化合物和二氧化碳泵入预热器中进行预热成气态，惰性气体氮气和二氧化碳带动气态的焦油模型化合物通过管路进入石英管中，在催化剂的催化作用下焦油模型化合物与二氧化碳发生重整反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，未反应的焦油模型化合物与生成气体一起在氮气的带动下进入气液分离器进行分离，反应气体用收集气袋收集，未反应的焦油模型化合物由气液分离器吸收剂进行收集。

本实用新型的有益效果如下：

系统结构简单，合理利用空间，应用范围广，适用于焦油模型化合物的水汽重整方法和二氧化碳重整，满足了催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的要求。

附图说明：

图1是本实用新型催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统的结构示意图；

其中，1、第一储存瓶，2、蠕动泵，3、第二储存瓶，4、注射泵，5、第一气体质量流量计，6、第二气体质量流量计，7、流量计控制器，8、预热器，9、加热带，10、温度控制器，11、立式管式炉，12、石英管，13、管式炉控制器，14、气液分离器，15、收集气袋，16、第一储气瓶，17、第二储气瓶，18、催化剂床层，19，f1-f5、阀门。

具体实施方式：

以下是对本实用新型的进一步说明，而不是对本实用新型的限制。

如图1所示的一种催化裂解焦油模型化合物制取清洁气体的反应系统，该系统包括依次连通的预热器8、设有石英管12的立式管式炉11、气液分离器14和收集气袋15，其中气液分离器14添加乙醇、异丙醇等吸收剂收集未反应的模型化合物，预热器8一端连通有四个原料输入管路包括超纯水输入管路、焦油模型化合物输入管路、惰性气体输入管路和二氧化碳输入管路，超纯水输入管路和焦油模型化合物输入管路汇合后再与惰性气体输入管路和二氧化碳输入管路汇合，其中，超纯水输入管路包括装有超纯水的第一储存瓶1、蠕动泵2和阀门f2；焦油模型化合物输入管路包括装有焦油模型化合物的第二储存瓶3、注射泵4和阀门f1；惰性气体输入管路包括装有惰性气体的第一储气瓶16、第一气体质量流量计5和阀门f3；二氧化碳输入管路包括装有二氧化碳的第二储气瓶17、第二气体质量流量计6和阀门f4；预热器8另一端通过缠有加热带9的管道和阀门f5连通立式管式炉11的石英管12，石英管12的中部固定有带孔石英片以支撑石英棉上的催化剂，形成一定高度的催化剂床层18；焦油模型化合物、超纯水分别通过注射泵4和蠕动泵2泵入预热器8中，气体经过质量流量计后进入预热器8，所有原料均在预热器8中进行预热，随后通过缠有加热带9的管道进入立式管式炉11的石英管12中，通过催化剂后催化裂解成为清洁气体，反应产物通过气液分离器14进行分离，气体被统一收集于收集气袋15，液体集中于气液分离器14中。

预热器8和加热带9通过温度控制器10进行温度显示和调节控制设有温度控制。预热器8的温度范围为0-400℃，加热带9的温度范围为0-200℃。

立式管式炉11的温度范围为0-1000℃，通过阀门f5进行控制开关，通过管式炉控制器13进行温度显示和调节控制。

第一气体质量流量计5、第二气体质量流量计6流量范围为0-500ml/min，由流量计控制器7进行显示、调节流量。

所述焦油模型化合物包括但不限于苯、甲苯、乙苯、苯酚、萘、正庚烷、环己烷等。

蠕动泵2的流量范围为0-100ml/min，注射泵4的流量范围为0-30ml/min，注射泵4和蠕动泵2分别通过阀门f1、f2进行控制开关。

所述惰性气体包括氮气、氩气、氖气等。

催化剂的种类包括但不限于固体废弃物碳基催化剂、分子筛催化剂、天然沸石催化剂、金属氧化物等固体催化剂。催化剂可添加质量范围为0-6g，根据石英棉及催化剂的添加量不同，催化剂床层高度可控范围为0-5cm之间。

实施例1：金属氧化物催化剂水汽重整甲苯：

将金属氧化物催化剂0.2g置于石英管12中部，将甲苯置于第二储存瓶3中，设置流量为0.1ml/min，将超纯水置于第一储存瓶1中，设置流量为0.36ml/min，设置第一气体流量计5为100ml/min，设置预热器8温度为200℃，设置加热带9温度为120℃，设置立式管式炉温度11为800℃，维持时间为300min，将异丙醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的甲苯。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氮气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f2，打开蠕动泵2和注射泵4，反应开始，甲苯和超纯水泵入预热器8中进行预热成气态，惰性气体氮气带动气态的甲苯和水通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下甲苯与水反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，未反应的甲苯和水与生成气体一起在氮气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的甲苯由气液分离器14中异丙醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。

实施例2：固体废弃物碳基催化剂水汽重整苯：

将固体废弃物碳基催化剂1g置于石英管12中部，将苯置于第二储存瓶3中，设置流量为0.2ml/min，将超纯水置于第一储存瓶1中，设置流量为0.8ml/min，设置第一气体流量计5为200ml/min，设置预热器8温度为220℃，设置加热带9温度为140℃，设置立式管式炉11温度为700℃，维持时间为350min，将异丙醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的苯。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氩气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f2，打开蠕动泵2和注射泵4，反应开始，苯和超纯水泵入预热器8中进行预热成气态，惰性气体氩气带动气态的苯和水通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下苯与水反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，未反应的苯和水与生成气体一起在氩气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的苯由气液分离器14中异丙醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。

实施例3：分子筛催化剂水汽重整环己烷：

将分子筛催化剂2g置于石英管12中部，将环乙烷置于第二储存瓶3中，设置流量为0.5ml/min，将超纯水置于第一储存瓶1中，设置流量为1.5ml/min，设置第一气体流量计5为300ml/min，设置预热器8温度为180℃，设置加热带9温度为100℃，设置立式管式炉11温度为600℃，维持时间为300min，将乙醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的环己烷。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氦气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f2，打开蠕动泵2和注射泵4，反应开始，环己烷和超纯水泵入预热器8中进行预热成气态，惰性气体氦气带动气态的环己烷和水通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下环己烷与水反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，为反应的环己烷和水与生成气体一起在氦气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的环己烷由气液分离器14中甲醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。

实施例4：天然沸石催化剂二氧化碳重整苯酚：

将天然沸石催化剂3g置于石英管12中部，将苯酚置于第二储存瓶3中，设置流量为0.15ml/min，设置第一气体流量计5为100ml/min，设置第二气体流量计流量为30ml/min，设置预热器8温度为250℃，设置加热带9温度为150℃，设置立式管式炉11温度为900℃，维持时间为200min，将异丙醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的苯酚。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氮气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f4，打开注射泵4和第二气体流量计6，反应开始，苯酚泵入预热器8中进行预热成气态，气体二氧化碳进入预热器8，惰性气体氮气和二氧化碳带动气态的苯酚通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下苯酚与二氧化碳反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，为反应的苯酚与生成气体一起在氮气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的苯酚由气液分离器14中异丙醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。

实施例5：固体废弃物碳基催化剂二氧化碳重整萘：

将固体废弃物碳基催化剂2.5g置于石英管12中部，将萘置于第二储存瓶3中，设置流量为0.6ml/min，设置第一气体流量计5为200ml/min，设置第二气体流量计流量为60ml/min，设置预热器8温度为200℃，设置加热带9温度为110℃，设置立式管式炉11温度为600℃，维持时间为250min，将甲醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的萘。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氦气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f4，打开注射泵4和第二气体流量计6，反应开始，萘泵入预热器8中进行预热成气态，气体二氧化碳进入预热器8，惰性气体氦气和二氧化碳带动气态的萘通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下萘与二氧化碳反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，为反应的萘与生成气体一起在氦气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的萘由气液分离器14中甲醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。

实施例6：金属氧化物二氧化碳重整乙苯：

将金属氧化物催化剂1g置于石英管12中部，将乙苯置于第二储存瓶3中，设置流量为0.25ml/min，设置第一气体流量计5为150ml/min，设置第二气体流量计流量为45ml/min，设置预热器8温度为210℃，设置加热带9温度为130℃，设置立式管式炉11温度为800℃，维持时间为300min，将异丙醇置于气液分离器14中用于吸收未反应的乙苯。

打开阀门f3和f5，关闭阀门f1、f2和f4，第一储气瓶18的氮气通过第一流量计5进行20min的通气以排空反应装置内的空气，20min后打开立式管式炉11进行加热，同时打开预热器8及加热带9进行升温加热。

当立式管式炉11、预热器8和加热带9均达到设定温度后，打开阀门f1和f4，打开注射泵4和第二气体流量计6，反应开始，乙苯泵入预热器8中进行预热成气态，气体二氧化碳进入预热器8，惰性气体氮气和二氧化碳带动气态的乙苯通过管路进入石英管12反应器中，在催化剂的催化作用下乙苯与二氧化碳反应生成甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，为反应的乙苯与生成气体一起在氮气的带动下进入气液分离器14进行分离，反应气体用收集气袋15收集，未反应的乙苯由气液分离器14中异丙醇进行收集。

对收集的液体进行液相色谱检测，气体进行气相色谱检测。