本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，尤其涉及一种热解装置。
背景技术：
相关技术中，在实现煤炭的全温段热解工艺过程中，煤炭的热解装置需要根据实际情况选择热解过程，考察煤炭在不同温度段下的热解规律。由于热解装置的限制，煤炭的热解装置无法实现全温段热解。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种热解装置，所述热解装置具有结构简单、密封性好、可实现全温段热解的优点。
根据本发明实施例的热解装置，包括：反应管，所述反应管内部设有料槽；加热炉，所述加热炉外套在所述反应管上；上密封组件，所述上密封组件设在所述反应管的上端且密封所述反应管的上端；热解气出气管，所述热解气出气管穿设在所述上密封组件上且与所述反应管连通；下密封组件，所述下密封组件设在所述反应管的下端且密封所述反应管的下端；和惰性气体连通管，所述惰性气体连通管穿设在所述下密封组件上且与所述反应管连通。
根据本发明实施例的热解装置，通过将料槽放置在反应管内，并利用外套在反应管上的加热炉对反应管加热，由此便于控制反应管内的温度，有利于实现热解装置的全温度段的热解。另外，利用上密封组件和下密封组件分别对反应管的上端和下端密封，一方面便于对反应管的密封，另一方面还方便从反应管内取出料渣或向反应管内放置反应物。
在一些实施例中，热解装置还包括：焦油冷却器，所述焦油冷却器与所述热解气出气管连通。
在一些实施例中，所述焦油冷却器包括：外壳体，所述外壳体具有冷却介质进口和冷却介质出口；和内壳体，所述内壳体设在所述外壳体内，所述内壳体与所述热解气出气管连通，且所述内壳体具有热解气出口和冷却焦油出口。
在一些实施例中，所述反应管的长度为L，所述L满足：1m≤L≤1.2m。
在一些实施例中，所述加热炉位于所述反应管的中部。
在一些实施例中，所述反应管的端部设有向外弯折的翻边，所述上密封组件和所述下密封组件分别套设在相应的翻边上。
在一些实施例中，所述上密封组件包括：卡套，所述卡套套设在所述反应管的上部，所述卡套的上端边缘向外弯折形成环状连接部；上封头，所述上封头盖设在所述反应管的上端，且所述上封头的部分下端面与所述环状连接部的上端面贴合，所述热解气出气管穿设在所述上封头上；和紧固件，所述紧固件外套在所述环状连接部和所述上封头的外周缘处用以密封所述环状连接部和所述上封头的装配缝隙。
在一些实施例中，所述环状连接部和所述上封头之间夹设有橡胶密封圈。
在一些实施例中，所述反应管内部设有垫块，所述料槽设在所述垫块上。
在一些实施例中，所述垫块上设有沿上下方向贯通的连通通道，所述惰性气体连通管与所述连通通道连通。
附图说明
图1是根据本发明实施例的热解装置的结构示意图。
附图标记：
热解装置100，
反应管110，料槽111，翻边112，垫块114，连通通道115，
加热炉120，
上密封组件130，卡套131，环状连接部1311，上封头132，紧固件133，橡胶密封圈134，
下密封组件130’，卡套131’，环状连接部1311’，上封头132’，紧固件133’，橡胶密封圈134’，
热解气出气管140，
惰性气体连通管160，
焦油冷却器170，外壳体171，冷却介质进口172，冷却介质出口173，
内壳体174，热解气出口175，冷却焦油出口176。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，根据本发明实施例的热解装置100，包括：反应管110、加热炉120、上密封组件130、热解气出气管140、下密封组件130’和惰性气体连通管160。
具体而言，如图1所示，反应管110内部设有料槽111，料槽111可以盛放反应物，例如料槽111可以盛放用于参加热解反应的煤炭。加热炉120外套在反应管110上，加热炉120可以对反应管110进行加热。为方便控制加热温度，加热炉120可以为电加热装置，便于实现煤炭的全温段热解。上密封组件130设在反应管110的上端且密封反应管110的上端，下密封组件130’设在反应管110的下端且密封反应管110的下端，由此便于对反应管110进行密封。热解气出气管140穿设在上密封组件130上且与反应管110连通，由此便于收集煤炭热解过程中的热解气和焦油。惰性气体连通管160穿设在下密封组件130’上且与反应管110连通。当需要切换煤炭的热解过程(热解过程可以为包括低温热解，中温热解，高温热解)或者向料槽111内添加反应物时，可以先向反应管110内填充惰性气体。
需要说明的是，当利用热解装置100热解煤炭时，可以将参加热解反应的煤炭等反应物放入到料槽111内，同时利用上密封组件130和下密封组件130’分别密封反应管110的上端和下端，利用加热炉120对反应管110进行加热，在反应过程中产生的气体可以利用热解气出气管140导出至反应管110外部，从而便于收集反应产物。通过控制加热炉120的温度可以使热解装置100进行低温热解、中温热解或高温热解。当需要向料槽111内添加反应物或需要取出料渣时，可以先通过惰性气体连通管160向反应管110内通入惰性气体(例如氮气)，当惰性气体充满整个反应管110、且满足其他适合打开上密封组件130的条件时，可以取下上密封组件130，从而可以从反应管110的上端取出料槽111等部件。
根据本发明实施例的热解装置100，通过将料槽111放置在反应管110内，并利用外套在反应管110上的加热炉120对反应管110加热，由此便于控制反应管110内的温度，有利于实现热解装置100的全温度段的热解。另外，利用上密封组件130和下密封组件130’分别对反应管110的上端和下端密封，一方面便于对反应管110的密封，另一方面还方便从反应管110内取出料渣或向反应管110内放置反应物。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，热解装置100还可以包括：焦油冷却器170。其中，焦油冷却器170与热解气出气管140连通。可以理解的是，热解气出气管140的一端与反应管110内部连通，另一端与焦油冷却器170连通，热解装置100在反应的过程中，热解装置100产生的热解气以及其他物质可以通过热解气出气管140进入到焦油冷却器170内，从而便于收集热解气和热解油水，进而可以获得热解反应所得到油水产率、煤气产率以及固体产物产率。
进一步地，如图1所示，焦油冷却器170包括：外壳体171和内壳体174。其中，外壳体171具有冷却介质进口172和冷却介质出口173，冷却介质可以从冷却介质进口172进入到外壳体171内部，从冷却介质出口173从外壳体171流出。内壳体174设在外壳体171内，内壳体174与热解气出气管140连通，且内壳体174具有与外界(这里的“外界”可以指外壳体171的外部)连通的热解气出口175和冷却焦油出口176，经过冷却的热解气可以从热解气出口175流出，内壳体174内的杂质等物质可以从冷却焦油出口176流出。
需要说明的是，热解气通过热解气出气管140进入到内壳体174内，而冷却介质填充在外壳体171和内壳体174之间的空间区域内，以对内壳体174以及内壳体174内的热解气等物质进行冷却，也就是说，焦油冷却器170采用间接冷却的方式对热解气等物质进行冷却。另外，冷却介质可以是水，也可以是氮气，冷却负荷可通过调节冷却介质的流率进行调节。
在本发明的一个示例中，反应管110可以为钢管，优选地，反应管110材质可以采用2520钢材，该材质可以长时间在1200℃高温环境中稳定工作而不发生变形，直径可根据加热炉120炉腔直径确定。进一步地，反应管110的长度为L，L满足：1m≤L≤1.2m。经过实验验证，当1m≤L≤1.2m时，上下密封装置温度可维持在300℃左右(密封圈耐受温度以下)，杜绝热解气中的焦油和水分在反应管中冷凝，以便后续的油水冷凝收集装置准确获取油水产率，同时避免密封圈高温环境下失效。
在本发明的一个示例中，加热炉120位于反应管110的中部。当加热炉120位于反应管110的中部时，加热炉120的加热效果较佳。经过实验验证，当加热炉120位于反应管110的40-60cm的位置处，加热炉120的加热效果较佳。也就是说，加热炉120与反应管110下端之间的垂直距离为40-60cm。
为方便安装上密封组件130和下密封组件130’，在本发明的一些实施例中，如图1所示，反应管110的端部设有向外弯折的翻边112，上密封组件130和下密封组件130’分别套设在相应的翻边112上。翻边112可以沿反应管110的周向方向延伸且呈环状，由此不但便于实现反应管110的密封，还可以增强翻边112与上密封组件130和下密封组件130’之间的连接强度和稳定性。
根据本发明的一些实施例，如图1所示，上密封组件130包括：卡套131、上封头132和紧固件133。其中，卡套131套设在反应管110的上部，卡套131的上端边缘向外弯折形成环状连接部1311。上封头132盖设在反应管110的上端，且上封头132的部分下端面与环状连接部1311的上端面贴合，热解气出气管140穿设在上封头132上。紧固件133外套在环状连接部1311和上封头132的外周缘处用以密封环状连接部1311和上封头132的装配缝隙。由此可以将反应管110的上端密封连接。
进一步地，如图1所示，环状连接部1311和上封头132之间夹设有橡胶密封圈134。由此可以进一步提升环状连接部1311和上封头132之间密封性。
为了简化热解装置100的结构，减少零部件的个数，下密封组件130’的构造与上密封组件130的构造相同。由此可以降低热解装置100的生产成本。例如，如图1所示，下密封组件130’包括：卡套131’、上封头132’和紧固件133’。其中，卡套131’套设在反应管110’的下部，卡套131’的下端边缘向外弯折形成环状连接部1311’。上封头132’盖设在反应管110’的下端，且上封头132’的部分上端面与环状连接部1311’的下端面贴合，惰性气体连通管160穿设在上封头132’上。紧固件133’外套在环状连接部1311’和上封头132’的外周缘处用以密封环状连接部1311’和上封头132’的装配缝隙。由此可以将反应管110’的上端密封连接。如图1所示，环状连接部1311和上封头132之间夹设有橡胶密封圈134。由此可以进一步提升环状连接部1311和上封头132之间密封性。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，反应管110内部可以设有垫块114，料槽111可以设在垫块114上。由此，便于将料槽111从反应管110内取出，同时可以使料槽111位于反应管110中部，从而可以提升加热炉120的加热效果。进一步地，垫块114上设有沿上下方向贯通的连通通道115，惰性气体连通管160与连通通道115连通。
下面参照图1以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的热解装置100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明书，而不是对本发明的具体限制。
如图1所示，热解装置100包括：反应管110、加热炉120、上密封组件130、热解气出气管140、下密封组件130’、焦油冷却器170和惰性气体连通管160。
反应管110材质采用2520钢材，该材质可以长时间在1200℃高温环境中稳定工作而不发生变形，直径可根据加热炉120炉腔直径确定。反应管110的长度为L，L＝1.1m。
加热炉120外套在反应管110的中部，加热炉120可以对反应管110进行加热。上密封组件130和下密封组件130’分别用于密封反应管110的两端。惰性气体连通管160穿设在下密封组件130’上且与反应管110连通。
反应管110的内底部放置有垫块114，垫块114上放置有料槽111，料槽111内可以盛放反应物，例如料槽111可以盛放用于参加热解反应的煤炭。垫块114可以为耐高温垫块，其作用是支撑料槽111，保证料槽111整体处在高温区域，耐高温垫块114中间开有一直径为2cm的连通通道115，惰性气体连通管160与连通通道115连通，其作用是作为惰性气体通道，以便惰性气体进入到反应管110内。
热解气出气管140穿设在上密封组件130上，且热解气出气管140的一端与反应管110连通，另一端与焦油冷却器170连通。热解装置100在反应的过程中，热解装置100产生的热解气以及其他反应产物可以通过热解气出气管140进入到焦油冷却器170内从而可以快速将高温煤气冷却以收集热解气、焦油或其产品，进而可以提高热解反应所得到热解原料的焦油产率、煤气产率以及固体产物产率的精度。
进一步地，如图1所示，焦油冷却器170包括：外壳体171和内壳体174。其中，外壳体171具有冷却介质进口172和冷却介质出口173，冷却介质可以从冷却介质进口172进入到外壳体171内部，从冷却介质出口173从外壳体171流出。内壳体174设在外壳体171内，内壳体174与热解气出气管140连通，且内壳体174具有热解气出口175和冷却焦油出口176，经过冷却的热解气可以从热解气出口175流出，内壳体174内的杂质等物质可以从冷却焦油出口176流出。
需要说明的是，热解气通过热解气出气管140进入到内壳体174内，而冷却介质填充在外壳体171和内壳体174之间的空间区域内，以对内壳体174以及内壳体174内的热解气冷却，也就是说，焦油冷却器170采用间接冷却的方式对热解气进行冷却。另外，冷却介质可以是水，也可以是氮气，冷却负荷可通过调节冷却介质的流率进行调节。
如图1所示，上密封组件130包括：卡套131、上封头132、橡胶密封圈134和紧固件133。其中，卡套131套设在反应管110的上部，卡套131的上端边缘向外弯折形成环状连接部1311。上封头132盖设在反应管110的上端，且上封头132的部分下端面与环状连接部1311的上端面贴合，热解气出气管140穿设在上封头132上。紧固件133外套在环状连接部1311和上封头132的外周缘处用以密封环状连接部1311和上封头132的装配缝隙。由此可以将反应管110的上端密封连接。下密封组件130’的构造和上密封组件130的构造相同，装配位置相反，这里不再赘述。
进一步地，橡胶密封圈134夹设在环状连接部1311和上封头132之间，橡胶密封可以是O型密封圈。由此可以进一步提升环状连接部1311和上封头132之间密封性。为了简化热解装置100的结构，减少零部件的个数，下密封组件130’的构造与上密封组件130的构造相同。由此可以降低热解装置100的生产成本。
下面介绍热解装置100的试验方法与步骤：
第一，将反应管110下端卡套131与上封头132之间设置橡胶密封圈134，并且通过紧固件133将卡套131、橡胶密封圈134与下封头132’固定在反应管110的下端，惰性气体连通管160穿设在下密封组件130’上；
第二，将耐高温垫块114放入反应管110内，确保耐高温垫块114的连通通道115与惰性气体连通管160连通；
第三，将装有称量好的物料的料槽111放入反应管110，置于耐高温垫块114之上；
第四，将上述组装好的反应管110放入加热炉120炉腔并固定好，保证反应管110与炉腔内衬不存在互相吃力的情况发生；
第五，将反应管110上端的卡套131与上封头132之间设置与橡胶密封圈134，并且通过紧固件133将卡套131、橡胶密封圈134与上封头132固定在反应管110的上端，通过热解气出气管140连通焦油冷却器170；
第六，设定好升温程序，开始试验，同时为焦油冷却器170接通冷却介质(例如氮气)。
第七，试验结束后，关闭加热程序，待炉温降到100℃以下，拧开反应管110上端的上密封组件130，将料槽111取出反应管110，取出固体产物。
由此，通过设置上述的热解装置还带来了以下有益效果：
1、兼具低温、中温、高温热解功能，可根据实验需要灵活调整；
2、通过改进反应器的设计，解决了高温环境下热解器的密封问题，反应器可长期稳定在高温环境下运行而降低气体泄漏的概率；
3、在该实施例中，热解操作相对简单，反应管与加热炉一次组装完成后，可连续重复试验，无需反复拆卸反应管，只需将反应管上端卡箍拧开即可经物料取出，方便快捷；
4、可快速将高温热解气中携带的焦油产品通过冷却装置冷却下来并收集起来；
5、安全可靠，一旦发生煤气泄漏或者燃烧，可通过反应管下端连接的氮气保护系统为反应管喷吹氮气，化解危险。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。