一种热解试验装置的制作方法

本实用新型属于热解试验装置领域，具体涉及一种热解试验装置。

背景技术：

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，与经济发展密切相关；世界范围来看，新兴国家能源需求增长迅速。目前，中国的能源结构属于化石能源，在化石资源的构成中，煤炭占95％、石油占2％、天然气占3％；在中国的能源消费结构中，化石能源占86.7％，其中煤炭占62％、石油占18.2％、天然气占6.5％。未来，中国的能源供给将呈现多元化发展，但化石能源仍将占主体地位，可再生能源比例增加。以煤为主的一次能源结构符合我国资源禀赋以及出于国家能源安全角度，煤炭作为中国主要一次能源将长期存在。迫于国际压力及环境压力，碳排放限制正在加强，煤炭的高效、低碳、清洁化利用已经成为共识。中国正在压缩煤炭比例，当下，中国能源革命的两个基本任务是要发展清洁能源新技术以及抢占新能源技术制高点。

煤炭的利用方式有燃烧、气化、液化、热解等。煤多用于发电且利用率低，是主要的污染源。热解不仅仅是煤炭利用的基础过程，同时也是实现煤炭的分级、分质、高效清洁利用的重要途径。经过温和热解，可获得热解焦油、煤气和半焦。与燃烧、气化相比，能耗少、环保、更有经济性，且可改变单一的煤炭发电模式，增加油气，提升能源安全。

反应器的结构对于煤热解有重要影响，主要是传质、传热等方面的不同。从加热方式来看，可以主要分为外热式和内热式。其中外热式对于煤料的加热并不均匀，半焦质量不一，主要是由于煤的差的导热性。内热式有着更高的传热效率。目前，陕北地区的中低温热解普遍采用内热式热解炉工艺，适合其煤种特点，具有显著经济效益；但也存在着以下缺陷：原料仅限块煤、生成规模小、湿法熄焦、煤气少及热值低等。其中最大的制约是只能使用块煤，这样会使得约80％的粉煤没法高效利用；粉煤热解的油尘分离问题、粉焦钝化储运下游利用是技术及工程难题。

实验室研究多为电加热设备，常见的有热重分析仪、格金低温干馏测定仪、铝甑低温干馏炉、固定床、流化床和裂解器等。从化学反应工程的角度，煤热解过程中存在着挥发分逸出方向与传热方向相反的现象，并且提高热源温度一方面可以加快热解速度，但同时也会促进挥发分的二次反应(一般认为是初次生成的挥发分在高温下的再反应，又被称为缩聚反应，被认为是导致热解焦油品质下降的主要原因)，导致焦油损失与结焦增加。故抑制挥发分的二次反应的关键是避免挥发分在反应器中的温升，降低挥发物产生后的过度温升是保障焦油收率、减少焦油结焦、防止系统堵塞的重要措施。

目前，实验室基础研究领域现有热解装置存在着挥发分逸出方向与传热方向相反的现象，并没有相关的热解试验装置被实用新型。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种热解试验装置，该装置具有传质、传热性能高，挥发分易于逸出，避免挥发分的过度温升，大大减弱二次反应，热解焦油收率达到最大化，设备简单、易于推广等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种热解试验装置，包括供气单元、热解单元以及冷却单元，供气单元包括进气管以及气体流量计，进气管上设置有气体流量计；

热解单元包括热解体和加热装置，加热装置设置在热解体底部，加热装置包括加热棒、热电偶、温度控制器、壳体和控制柜；加热棒设置在壳体内，壳体内壁上设置有热电偶，壳体一端设置有控制柜，温度控制器设置在控制柜上，温度控制器与热电偶相连；进气管与热解体相连通，热解体与冷却单元相连。

本实用新型进一步的改进在于，热解体内设置有用于盛放样品的样品振动板。

本实用新型进一步的改进在于，进气管一端与气瓶接通，另一端伸入到热解体底部。

本实用新型进一步的改进在于，伸入到热解体内部的进气管上设置有若干气体喷嘴，若干气体喷嘴上方放置有气体分布板，样品振动板设置于气体分布板上。

本实用新型进一步的改进在于，热解体顶部设置有热解盖。

本实用新型进一步的改进在于，热解盖上开设有出气口；冷却单元包括装有冷却介质的容器，容器中还放置有接收瓶，容器连接有循环槽，热解体上设置有排气管，排气管一端伸入热解体内，排气管另一端穿过热解盖，伸入到接收瓶底部。

本实用新型进一步的改进在于，壳体外部设置有保温材料。

本实用新型进一步的改进在于，加热棒为若干个。

本实用新型进一步的改进在于，控制柜上设置有电源开按钮和电源关按钮。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过采用在样品下方设置加热装置，使得样品的传质与传热方向相同，挥发分可及时逸出，可解决实验室热解试验装置中挥发分逸出方向与传热方向相反的现象，可有效避免挥发分与高温加热炉接触，避免不必要的二次反应，传质、传热性能高，进而可以提高热解焦油收率。同时热解体内设置有进气管，可考察样品在不同气氛下的热解特性并利于挥发分的逸出；热解焦油收率可达最大化。本实用新型设备简单、易于推广。本实用新型适用于煤、半焦、石油沙、渣油、生物质、橡胶、塑料、油页岩及其共热解行为的考察，弥补了该类高效热解试验装置的空白。

进一步的，导气管上设置有气体流量计，可控制热解气体的流速。

进一步的，导气管深入热解体底部且上面设置有多个气体喷嘴，气体喷嘴上方放置有气体分布板，可使得气体在热解体内均匀的流动，避免死区的现象。

进一步的，气体分布板上放着有样品振动板，热解样品放置于样品振动板上，可使的样品受热均匀。

进一步的，冷凝采用低温循环槽来实现，最低冷凝温度可达-80℃，大大提高了冷凝效果，热解产物收集更加完全。

附图说明

图1为实验室通用的热解试验装置的加热方式示意图。

图2为实验室通用的热解试验装置中传质和传热的示意图。

图3为本实用新型的热解试验装置中传质和传热的示意图。

图4为本实用新型的结构示意图。

图5为热解体的结构示意图。

图6为加热装置结构示意图。

图中，1、加热装置；2、加热棒；3、保温材料；4、热电偶；5、控制柜；6、电源开按钮；7、电源关按钮；8、温度控制器；9、热解体卡槽；10、热解体；11、气瓶；12、气体流量计；13、进气管；14、气体喷嘴；15、气体分布板；16、样品振动板；17、样品；18、热解盖；19、排气管；20、接收瓶；21、循环槽，22、壳体，23、加热炉膛。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1为实验室通用的热解试验装置的加热方式，样品17周围设置有加热炉膛23，将图1中样品的传质、传热方向进行分析，不难得出实验室通用的热解试验装置中传质和传热的方向，如图2所示；图3为本实用新型的热解试验装置中传质和传热的示意图，加热炉膛23设置在样品17的下方，即加热装置设置在样品17的下方，而不是像图1中设置在样品17的周围。对比图2和图3可见，本实用新型中热解样品在受热后的挥发分传质和传热方向相同，可避免其与高温加热炉接触，避免挥发分在反应器中出现温升现象。

参见图4，本实用新型的一种高效热解试验装置，包括供气单元、热解单元以及冷却单元，供气单元包括气瓶11、进气管13以及气体流量计12，进气管13一端与气瓶11接通，另一端伸入到热解体10底部，气体流量计12可控制气体气速范围为0-500mL/min，气瓶11中的气体为氮气、甲烷、氢气、氧气、空气、氩气、一氧化碳、二氧化碳、氦气中的一种或几种。通过进气管13中通入不同气氛，可研究不同气氛下样品的热解。

热解单元包括热解体10和加热装置1，热解体10顶部设置有热解盖18，热解盖18上开设有出气口；加热装置1设置在热解体10底部，参见图6，加热装置1包括加热棒2、保温材料3、热电偶4、温度控制器8、壳体22和控制柜5；加热棒2设置在壳体22内，并且加热棒2为若干个，壳体22内壁上设置有热电偶4，壳体外部设置有保温材料3；壳体22一端设置有控制柜5，温度控制器8设置在控制5柜上，温度控制器8与热电偶4相连。控制柜5上设置有电源开按钮6和电源关按钮7，参见图5，伸入到热解体10内部的进气管13上设置有若干气体喷嘴14，若干气体喷嘴14上方放置有15和样品振动板16。样品振动板16设置于气体分布板15上。热解体10内设置有样品17，并且样品17位于样品振动板16上。

样品17可以是煤、半焦、石油沙、渣油、生物质、橡胶、塑料、油页岩中的一种或几种。

参见图4，冷却单元包括放置在容器中的接收瓶20，容器连接有循环槽21，容器内的冷却介质由循环槽21提供。热解体10上设置有排气管19，排气管19一端伸入热解体10内，排气管19另一端穿过热解盖18，伸入到接收瓶20底部，但不与接收瓶20底部接触。

循环槽21的循环介质为水或乙醇，且循环槽21自身具有温度控制仪，可控制接收瓶20的冷凝温度，其最低冷凝温度可达-80℃。

本实用新型在使用时，首先固定好气瓶11，连接进气管13，并安装气体流量计13；准备好一定粒径的热解样品17，放置于热解样品振动板16上面，盖上热解盖18；连接排气管19与接收瓶20，在循环槽21中加入循环介质(乙醇或水)，液面高度至接收瓶20高度的2/3处。

以上各个单元连接好后，开启循环槽21，设定循环槽的冷却温度范围可以为-80～50℃，待冷却温度达到-15℃后，打开气瓶11(氮气)，调节气体流量计12使氮气的流速为100mL/min，氮气经进气管13进入热解体10底部，经过气体喷嘴14和气体分布板15后在热解体10内均匀的流经样品17，之后经过排气管19进入接收瓶20流出。稳定后打开温度控制器8，以一定的升温速率加热至指定热解温度。试验过程中，热解所得的固体半焦停留在热解体10中，热解所得的焦油冷凝在接收瓶20中；停止加热冷却后，收集液体产物焦油、热解体10中残留的固体半焦，之后称重差减计算产物收率。