集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置的制作方法

本发明属于热解技术领域，具体是涉及一种用于固体废弃物的集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置。

背景技术：

固体废弃物中的废旧塑料、橡胶、皮革、木质纤维等具有巨大的能源利用价值，采用热解气化技术可以在严格控制污染的同时，实现可燃固体废弃物的高效回收利用。热解气化是指利用固体废弃物中有机物的热不稳定性，在氧气不足的气氛下于热解反应器中，使有机物受热发生化学分解，转化成可燃气体为主的贮存性能源的反应过程。催化改质是指将热解气化产物通入到催化反应器中，在催化反应器中加入了适量的催化剂，使热解气化产物进一步反应，从而得到更高品质的可燃气体。

在固体废弃物中不同物质的热解气化温度各不相同，如各种塑料的热解气化温度如下：聚氯乙烯在450～600K发生一次裂解，聚苯乙烯在600～633K热解，聚丙乙烯在630～670K热解，聚氯乙烯在630～670K发生二次热解，聚乙烯在670～770K热解；各种橡胶的热解温度如下：天然橡胶热解温度范围是600～730K，丁苯橡胶的热解温度范围是560～763K，顺丁橡胶的热解温度范围是647～770K。但是，固体废弃物中混杂着各种成分，因此实验中设定好热解气化炉的加热曲线后，仍会产生一些未完全热解的大分子产物，这些大分子产物影响可燃气体的品质和热值，而通过集成催化改质功能，可以促使产物中活化能较高的大分子物质发生更完全的反应，进一步提升可燃气体品质。

技术实现要素：

本发明提供一种用于固体废弃物的集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置，以满足不同物质热解气化和催化改质的要求，实现热解气化与二段式热解气化-催化改质的选择性控制，从而提高可燃性气体产量和热值，可以适应不同物质的热解气化要求，双气体出口可以获得不同品质的气体产物，集成化设计减少了固体废弃物热解工艺的设备数量，可以方便高效地进行固体废弃物热解气化与催化改质的实验研究。

本发明的技术解决方案如下：

一种集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置，其特点在于包括：两厢式高温加热炉，热解气化石英管、催化改质石英管、水蒸气发生器和气瓶，

所述的两厢式高温加热炉包括热解厢和催化改质厢，两厢之间填充隔热材料，所述的热解厢由炉体、炉衬、炉内胆、加热组件、温度传感器和温度控制器和箱盖构成，所述热解气化石英管水平安放在热解厢的炉衬上；所述的催化改质厢由炉体、炉衬、炉内胆、加热组件、温度传感器和温度控制器和箱盖构成，所述催化改质石英管安放在催化改质厢的炉衬上，炉衬具有一定斜度，催化改质石英管的进口端高于出口端；所述的热解气化石英管的出口端与催化改质石英管的进口端在所述的两厢式高温加热炉的同一侧；

所述的气瓶经第六电磁开关阀接第三三通管接头的一端，所述的水蒸气发生器经第五电磁开关阀接第三三通管接头的另一端，第三三通管接头的第3端接第二三通管接头的一端，第二三通管接头的另一端经第一气体质量流量控制器、第四电磁开关阀接所述的热解气化石英管的进口端，所述的热解气化石英管的出口端接第三电磁开关阀接第一三通管接头的一端，该第一三通管接头的另一端经第一电磁开关阀接1号气体出口，所述的第一三通管接头的第3端经第二电磁开关阀接第四三通管接头的一端，该第四三通管接头的另一端经第二气体质量流量控制器、第八电磁开关阀接所述的催化改质石英管的进口端，所述的催化改质石英管的出口端经第七电磁开关阀接2号气体出口；所述的第二三通管接头的第3端经第九电磁开关阀接第四三通管接头的第3端口，所有的电磁开关阀均采用可编程控制器编程控制。

所述的热解厢的炉内胆水平布置，催化改质厢的炉内胆倾斜布置，倾斜角度范围为5°～10°，所述的催化改质石英管以相应倾角安放在催化改质厢的炉衬上，所述的热解厢的炉内胆高于所述的催化改质厢的炉内胆，该高度差的范围为10mm～20mm。

在所述的热解气化石英管的进口端、催化改质石英管的进口端、水蒸气发生器的出口端和气瓶的出口端都设有气压表。

上述各元件之间均通过耐高温气管连接。

本发明的集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置工作方式如下：

将预备实验样品和催化剂分别放入热解气化石英管和催化改质石英管，在气密性检查后，根据实验内容设置气体质量流量控制器的参数，然后打开气瓶开关，启动水蒸气发生器，设置调压阀的参数，再启动高温加热炉的控制程序：首先第一、第三、第四、第六电磁开关阀将被打开，达成热解气化石英管1的气氛保护要求后，上述电磁开关阀将被关闭，并自动启动热解气化厢(和催化改质厢)的加热程序，热解气化反应进行到预设时间后，将按照实验要求打开第一电磁开关阀或第二电磁开关阀，前者是不进行催化改质反应，产生的气体产物从1号气体出口流出；后者是需要进行催化改质反应，产生的气体产物从2号气体出口流出。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益的效果：

1)采用集成式布置结构，通过控制电磁开关阀，采用可编程控制器编程一段式热解气化实验和二段式热解气化实验的切换，同时控制各阶段的反应停留时间，结合热解物质的理化特性和热解特性，得到更高品质的可燃气体；

2)热解厢炉内胆水平布置，热解气化石英管水平安放在热解厢的炉衬上；催化改质厢炉内胆呈5°～10°角度倾斜布置，催化改质石英管以相应倾角安放在催化改质厢的炉衬上，进口端高于出口端；热解厢炉内胆比催化改质厢炉内胆高10mm～20mm左右；由于热解气化产物中的大分子气体容易在热解气化管的出口端、催化改质管的进口端转变为焦油，在此结构形式下，可以使所产生的焦油顺利流过催化改质区域，减少对催化剂的影响和堵塞气路，从而使热解产生的可燃气体等产物顺利地通过催化改质石英管；也可以使更多的焦油流经催化剂填充区域而发生反应，从而提高可燃气体产量。

3)通过更换不同气体种类的气瓶和控制水蒸气发生装置的气阀，能够方便地进行不同气氛下的热解实验；通过流量控制计可以实现热解反应器中各种气体比例最优，达到最佳实验环境。

附图说明

图1为本发明集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置实施例热解厢的剖面图。

图2为本发明集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置实施例催化改质厢的剖面图。

图3为本发明集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置实施例的俯视图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

参考图1、2、3，由图可见，本发明集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置，包括：两厢式高温加热炉，热解气化石英管1、催化改质石英管5、水蒸气发生器21和气瓶20，

所述的两厢式高温加热炉包括热解厢和催化改质厢，两厢之间填充隔热材料，所述的热解厢由炉体、炉衬2、炉内胆3、加热组件、温度传感器和温度控制器和箱盖(图中未示)构成，所述热解气化石英管1水平安放在热解厢的炉衬2上；所述的催化改质厢由炉体、炉衬4、炉内胆6、加热组件、温度传感器和温度控制器和箱盖(图中未示)构成，所述催化改质石英管5安放在催化改质厢的炉衬4上，炉衬具有一定斜度，催化改质石英管5的进口端高于出口端；所述的热解气化石英管1的出口端与催化改质石英管5的进口端在所述的两厢式高温加热炉的同一侧；

所述的气瓶20经第六电磁开关阀18接第三三通管接头15的一端，所述的水蒸气发生器21经第五电磁开关阀16接第三三通管接头15的另一端，第三三通管接头15的第3端接第二三通管接头14的一端，第二三通管接头14的另一端经第一气体质量流量控制器13、第四电磁开关阀11接所述的热解气化石英管1的进口端，所述的热解气化石英管1的出口端经第三电磁开关阀10接第一三通管接头9的一端，该第一三通管接头9的另一端经第一电磁开关阀7接1号气体出口，所述的第一三通管接头9的第3端经第二电磁开关阀8接第四三通管接头26的一端，该第四三通管接头26的另一端经第二气体质量流量控制器25、第八电磁开关阀23接所述的催化改质石英管5的进口端，所述的催化改质石英管5的出口端经第七电磁开关阀22接2号气体出口；所述的第二三通管接头14的第3端经第九电磁开关阀28接第四三通管接头26的第3端口，所有的电磁开关阀均采用可编程控制器(PLC)编程控制。

所述的热解厢的炉内胆水平布置，催化改质厢的炉内胆倾斜布置，倾斜角度范围为5°～10°，所述的催化改质石英管5以相应倾角安放在催化改质厢的炉衬4上，所述的热解厢的炉内胆高于所述的催化改质厢的炉内胆，该高度差的范围为10mm～20mm。

在所述的热解气化石英管1的进口端、催化改质石英管5的进口端、水蒸气发生器21的出口端和气瓶20的出口端都设有气压表。

上述各元件之间均通过耐高温气管连接。

本发明的集成热解气化与催化改质的双石英管实验装置工作方式如下：

将预备实验样品和催化剂分别放入热解气化石英管和催化改质石英管，在气密性检查后，根据实验内容设置气体质量流量控制器的参数，然后打开气瓶开关，启动水蒸气发生器，设置调压阀的参数，再启动高温加热炉的控制程序：首先第一、第三、第四、第六电磁开关阀将被打开，达成热解气化石英管的气氛保护要求后，上述电磁开关阀将被关闭，并自动启动热解气化厢(和催化改质厢)的加热程序，热解气化反应进行到预设时间后，将按照实验要求打开第一电磁开关阀或第二电磁开关阀，前者是不进行催化改质反应，产生的气体产物从1号气体出口流出；后者是需要进行催化改质反应，产生的气体产物从2号气体出口流出。

实验表明，本发明能满足不同物质热解气化和催化改质的要求，实现热解气化与二段式热解气化-催化改质的选择性控制，从而提高可燃性气体产量和热值，可以适应不同物质的热解气化要求，双气体出口可以获得不同品质的气体产物，集成化设计减少了固体废弃物热解工艺的设备数量，可以方便高效地进行固体废弃物热解气化与催化改质的实验研究。