模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置及使用方法与流程

本发明涉及一种模拟罐式煅烧工况的研究装置，尤其涉及一种模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置及使用方法，该研究装置及使用方法为实验室模拟石油焦罐式煅烧过程创造了可行条件。

背景技术：

石油焦煅烧是铝电解用预焙阳极生产的重要工序，煅烧焦的质量对预焙阳极的最终理化性能指标有重要影响。石油焦煅烧用工业炉窑是生产煅烧焦的关键装备，其中罐式煅烧炉以其烧损低、维护费用低等众多技术优势已成为目前最普遍使用的煅烧设备。

石油焦罐式煅烧采用的是利用石油焦本身含有的挥发分燃烧作为热源加热的煅烧方式，工艺控制的关键即控制挥发分在每条火道内的分配以及挥发分与预热空气混合后的燃烧状况。石油焦在热处理过程中挥发分的逸出状态、在挥发分通道内的凝结以及受热后的积碳等过程与问题对煅烧工艺与煅烧炉的维护都有重要影响，然而当前对上述提及的石油焦在煅烧过程中所经历的物理、化学变化过程仍知之甚少，这些问题的存在影响在现有基础上对罐式煅烧工艺的进一步优化以及对现有炉型结构的改进优化。

罐式煅烧石油焦的过程中，石油焦受热后挥发分发生逸出，挥发分在负压作用下经由挥发分道进入火道，与预热空气相遇在较高的温度下发生燃烧，火道内的高温烟气间接加热料罐内的石油焦，通过控制火道烟气温度控制煅烧焦的理化指标。煅烧炉炉型结构复杂，如通过砌筑小试型罐式煅烧炉开展石油焦煅烧的基础性研究工作虽最贴近实际煅烧工况，但投资较高，且灵活性不足，而使用目前市场上可供应的电加热实验室炉窑则无法模拟石油焦隔绝空气加热和受热后挥发分快速外排的实际工况。因而，开发合理而简易的模拟罐式煅烧工况的研究装置及使用方法具有重要的现实意义，是对罐式煅烧过程中石油焦所发生的物理、化学变化，以及对挥发分的成分、逸出状态、经历的冷凝和碳化等过程进行系统研究的基础和前提。

技术实现要素：

针对上述技术问题本发明提出一种模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置及使用方法，目的是采用该实验研究方法可在近似现场工况的条件下开展石油焦罐式煅烧的相关基础问题研究。

为达上述目的本发明模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置，在石英管外套有可控温管式炉，在石英管内放置有盛装石油焦样品的刚玉坩埚，石英管的一端通过管路与氮气保护气鼓吹装置连通，石英管的另一端通过管路与烟气在线分析装置一端连接，烟气在线分析装置另一端与引风排烟设备连接，可控温管式炉与管式炉控温设备连接。

石英管的两端带有密封法兰。

模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置的使用方法，先调节好氮气保护气鼓吹装置的流量和引风排烟装置的转速，使烟气排出端压力范围为100-150 Pa；氮气保护气鼓吹装置向石英管中以正压方式鼓吹惰性保护气体，管式炉控温设备控制升温：在20°C到300 °C用半小时加热，在300到700 °C用2小时加热，在700到900 °C用1小时加热，在900 °C保温2小时，石英管内石油焦受热逸出的挥发分，模拟罐式煅烧生产中挥发分受挥发分道的负压作用而外排的实际工况，烟气在线分析装置对排出的挥发分烟气进一步定性、定量分析，引风排烟设备利用风机产生的负压外排烟气。

900 °C加热后，在900到1200 °C用1小时加热，在1200 °C保温3-5小时。之后可控温管式炉自然冷却，完成石油焦罐式煅烧的模拟过程，待煅烧石油焦温度低于100 °C后取出煅烧石油焦进行质量化验。

本发明的优点效果：本发明具有简单易行的特点，适用于在实验室开展石油焦罐式煅烧工艺过程中的相关基础问题研究。采用惰性保护气体鼓吹挥发分，并在挥发分外排端通过风机负压实现对挥发分在煅烧过程中的迅速外排，并保证石油焦处于隔绝空气加热状态。基于该实验研究方法，可在较低投资的条件下开展石油焦中挥发分成分测定、罐式煅烧工艺模拟等基础研究工作。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为所得煅烧焦的X射线粉末衍射谱图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图所示本发明模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置，在石英管3外套有可控温管式炉1，在石英管3内放置有盛装石油焦样品的刚玉坩埚4，石英管3的一端通过管路与氮气保护气鼓吹装置5连通，石英管3的另一端通过管路与烟气在线分析装置6一端连接，烟气在线分析装置6另一端与引风排烟设备7连接，可控温管式炉1与管式炉控温设备2连接。石英管3的两端带有密封法兰。

实施例1

模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置的使用方法，先调节好氮气保护气鼓吹装置的流量和引风排烟装置的转速，使烟气排出端压力范围为100-150 Pa；氮气保护气鼓吹装置向石英管中以正压方式鼓吹惰性保护气体，管式炉控温设备控制升温：在20°C到300 °C用半小时加热，在300到700 °C用2小时加热，在700到900 °C用1小时加热，在900 °C保温2小时，石英管内石油焦受热逸出的挥发分，模拟罐式煅烧生产中挥发分受挥发分道的负压作用而外排的实际工况，烟气在线分析装置对排出的挥发分烟气进一步定性、定量分析，引风排烟设备利用风机产生的负压外排烟气。

实施例2

模拟石油焦罐式煅烧工况的研究装置的使用方法，先调节好氮气保护气鼓吹装置的流量和引风排烟装置的转速，使烟气排出端压力范围为100-150 Pa；氮气保护气鼓吹装置向石英管中以正压方式鼓吹惰性保护气体，管式炉控温设备控制升温：在20°C到300 °C用半小时加热，在300到700 °C用2小时加热，在700到900 °C用1小时加热，在900到1200 °C用1小时加热，在1200 °C保温3-5小时。石英管内石油焦受热逸出的挥发分，模拟罐式煅烧生产中挥发分受挥发分道的负压作用而外排的实际工况，烟气在线分析装置对排出的挥发分烟气进一步定性、定量分析，引风排烟设备利用风机产生的负压外排烟气，可控温管式炉自然冷却，待煅烧石油焦温度低于100 °C后取出煅烧石油焦进行质量化验。得出煅烧焦真密度为2.07 g/cm³。图2给出了煅烧焦的X射线粉末衍射分析谱图，石墨相的(002)衍射峰清晰可见，根据其可计算出煅烧焦的晶粒尺寸为2.83 nm，以上化验数据与现场近似煅烧温度工况下所得煅烧焦的化验结果相当。