一种实现分段调控的多级反应系统的制作方法

本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种多级反应系统，尤其涉及一种实现分段调控的多级反应系统。

背景技术：

乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本化工原料，随着我国国民经济的发展，特别是现代化学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也日益突出。目前，乙烯、丙烯主要依赖于石化路线生产，但我国石油资源短缺，石油进口依存度逐年增加，在一定程度上限制了以石化路线生产乙烯和丙烯产品的发展。

我国一次能源70％以上来自煤炭，煤炭是我国主要能源供给形式，开展煤炭综合利用和清洁利用是我国煤炭研究工作者的重要任务，煤炭利用包括燃烧发电、热解联产油气以及兰炭、煤炭气化耦合燃气轮机发电热转化等形式，目前煤炭直接催化制备烯烃与气化经过费托合成制备烯烃等高价值路线得到国家大力支持，这种有利于解决我国基础化工原料严重依赖难以自给石油化工的难堪局面。因此研究内在煤炭热裂变或者发生化学变化过程调控机制，定向制备高值化产品是当下广大科研工作者的重点任务。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种实现分段调控的多级反应系统，通过调整三通阀的开度实现多组分气体按照不同比例任意混合，达到多级反应系统内部反应气氛的分段调控的目的，以满足煤质转化工艺对不同反应气氛的需求。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种实现分段调控的多级反应系统，所述的多级反应系统包括依次连接的供气单元、反应单元和冷凝单元。

所述的反应单元包括加热装置，所述的加热装置分为连通的至少两级加热段。

所述的供气单元出口引出至少两条进气管路，所述的进气管路出口端分别独立地接入不同的加热段，供气单元通过进气管路向不同的加热段独立供气。

本实用新型尤其针对煤质转化反应工艺设计了一种实现分段调控的多级反应系统，在煤炭大分子结构发生断裂、融合和相变的过程中，需要提供反应气氛进行定制化工品衍生路线，本实用新型提供的多级反应系统可以在线提供不同的反应气氛，煤质转化是一个高含碳反应路径，而高值化是一个富氢过程，一方面需要在反应过程掺和氢气等富氢气体，一方面需要提供水蒸气等活性气体，保证煤炭大分子断裂形成自由基能够在适当气氛下进行定型化反应，本实用新型提供的多级反应系统提供了相应的多组分气体以及水蒸气发生装置满足调控需要。煤质转化工艺是多级多序列的反应过程，本实用新型提供的多级反应系统通过将加热装置分段，得以实现多级反应功能。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的反应单元还包括预热装置，所述的预热装置分别独立连接不同的加热段。

本实用新型采用的预热装置可选为电阻丝加热炉、辐射炉或黄金炉。

所述的预热装置外接输送泵，通过输送泵向预热装置内输送液体和/或水蒸气。

所述的输送泵为蠕动泵或平流泵。

在本实用新型中，若输送的液体为普通液体，可选的输送泵为蠕动泵，若输送的是高压力液体，可选的输送泵为平流泵。

所述的加热段上设置温度检测装置。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的进气管路上设置有混合装置，所述的供气单元输送来的各路气体在混合装置内混合均匀后经预热装置预热进入不同的加热段。

本实用新型提供的混合装置内设旋流板等结构，以促进混合效果。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的供气单元包括相互独立的至少一条供气主管，向所述的供气主管中通入不同气体。

所述的供气主管包括相互独立的氦气供应管路、氢气供应管路、二氧化碳供应管路或一氧化碳供应管路中的任意一条或至少两条。

在本实用新型中，不同的供气主管上均独立设置质量流量计，实现单一气源的精确控制，保证气体流量和精度。

所述的供气主管上沿气体流向依次设置有过滤装置、球阀、质量流量计和单向阀。

本实用新型对质量流量计的具体类型型号不做特殊要求和具体限定，现有技术中已公开或新技术中未公开的任意类型的质量流量计均可用于本实用新型中，特别地，优选采用电磁流量计。

所述的供气主管出口端接入同一条进气管路，各路气体经不同的供气主管进入进气管路。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的供气主管的出气末端引出至少一条供气支管。

所述的供气主管上各自引出的一条供气支管的出口端接入同一条进气管路，各路气体经不同的供气主管进入相应的供气支管并在进气管路上设置的混合装置中混合。

在本实用新型中，管路之间通过卡套连接，防止气体泄漏与反串。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的供气支管与供气主路的连接处设置有三通阀，通过改变三通阀的开度调节不同气体进入进气管路的含量。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的冷凝单元包括至少一个冷凝装置。

所述的冷凝单元的冷凝液出口端设置有集液装置。

所述的冷凝装置为夹套冷凝管或蛇形冷凝管。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的冷凝单元包括依次串联的一级冷凝装置、二级冷凝装置和三级冷凝装置。

所述的一级冷凝装置和三级冷凝装置纵向设置，所述的二级冷凝装置横向设置，一级冷凝装置的底部出口横向连接二级冷凝装置，二级冷凝装置的出口纵向连接三级冷凝装置的底部入口。

所述的一级冷凝装置和三级冷凝装置的底部设置有集液装置。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的多级反应系统包括与所述冷凝单元的气体出口端连接的净化单元。

所述的净化单元包括依次串联的至少两级净化装置，最后一级净化装置的出口端设置有抽真空装置。

所述的净化装置为布氏洗瓶。

所述的抽真空装置为真空泵。

所述的真空泵为无油真空泵或油性真空泵。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的多级反应系统还包括控制单元，所述的控制单元包括温度控制模块和流量控制模块。

所述的温度控制模块与不同加热段上的温度检测装置分别独立地电性连接，所述的温度控制模块用于独立控制不同加热段的反应温度。

所述的流量控制模块与各路供气主管上设置的质量流量计电性连接，所述的流量控制模块接收来自质量流量计的反馈信息并控制相应球阀的开度。

在本实用新型中，本领域技术人员还可以根据实际生产需求增设压力控制模块，用于检测并反馈控制加热装置内部的反应压力。

此外，本实用新型提供的多级反应系统还可以实现集成装配，具体的装配方式如下：将本实用新型提供的多级反应系统集成装配于移动式集成箱体内，移动式集成箱体内部分为操作区、反应区、显示区和设备区。

操作区用于装配供气单元(主要包括各条供气管路)，操作人员通过手动调整不同供气管路上的球阀开度，将不同气体组分按任意比例混合，获得煤质转化所需的反应气氛。

反应区用于装配反应单元(包括加热装置和预热装置)。

显示区用于装配显示单元(主要包括操作面板、显示屏和集成电路)和控制单元，各条供气管路上配置的质量流量计和反应段上设置的温度检测装置或者其他参数传感器通过集成电路上的plc采集器进行收集并传输至显示屏，操作人员根据显示的运行参数信息，在操作面板上输入反馈信息，借由控制单元控制相应的球阀、加热段等。

设备区用于装配冷凝单元、净化单元以及各类输送泵，其中，冷凝单元除了冷凝装置外还包括冷凝介质循环器。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型通过调整三通阀的开度实现多组分气体按照不同比例任意混合，达到多级反应系统内部反应气氛的分段调控的目的，以满足煤质转化工艺对不同反应气氛的需求。

(3)尾气通过逐级冷凝，进行液体样品收集，气体经过深度净化可以进行在线测试，实现产物的综合收集和分析利用。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的多级反应系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个具体实施方式提供的多级反应系统的集成装配图；

其中，1-氦气供应管路；2-氢气供应管路；3-二氧化碳供应管路；4-一氧化碳供应管路；5-过滤装置；6-球阀；7-质量流量计；8-单向阀；9-三通阀；10-供气支管；11-第一进气管路；12-第一混合装置；13-第一预热装置；14-第一输送泵；15-第二进气管路；16-第二混合装置；17-第二预热装置；18-第二输送泵；19-加热装置；20-上级加热段；21-下级加热段；22-第一温度检测装置；23-第二温度检测装置；24-一级冷凝装置；25-二级冷凝装置；26-三级冷凝装置；27-第一集液装置；28-第二集液装置；29-净化装置；30-真空泵；31-操作区；32-反应区；33-显示区；34-设备区；35-冷凝介质循环器。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“一级”、“二级”、“三级”等仅用于描述目的，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”、“一级”、“二级”、“三级”等类似特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种实现分段调控的多级反应系统，所述的多级反应系统如图1所示，包括依次连接的供气单元、反应单元和冷凝单元。其中，反应单元包括加热装置19，加热装置19分为连通的至少两级加热段，在加热段上设置温度检测装置。反应单元还包括至少两个预热装置，预热装置分别独立连接不同的加热段，预热装置外接输送泵，通过输送泵向预热装置内输送液体和/或水蒸气。

供气单元出口引出至少两条进气管路，进气管路出口端分别接入不同的加热段，供气单元通过进气管路向不同的加热段独立供气，进气管路上设置有混合装置，供气单元输送来的各路气体在混合装置内混合均匀后经预热装置预热进入不同的加热段。

供气单元包括相互独立的至少一条供气主管，向所述的供气主管中通入不同气体。本实用新型可选的供气主管包括相互独立的氦气供应管路1、氢气供应管路2、二氧化碳供应管路3或一氧化碳供应管路4中的任意一条或至少两条。供气主管上沿气体流向依次设置有过滤装置5、球阀6、质量流量计7和单向阀8；供气主管出口端接入同一条进气管路，各路气体经不同的供气主管进入进气管路。供气主管的出气末端引出至少一条供气支管10，供气主管上各自引出的一条供气支管10的出口端接入同一条进气管路，各路气体经不同的供气主管进入相应的供气支管10并在进气管路上设置的混合装置中混合。供气支管10与供气主路的连接处设置有三通阀9，通过改变三通阀9的开度调节不同气体进入进气管路的含量。

冷凝单元包括串联的至少一个冷凝装置，冷凝单元的冷凝液出口端设置有集液装置，在本实用新型中，可选的冷凝装置为夹套冷凝管或蛇形冷凝管。

多级反应系统包括与冷凝单元的气体出口端连接的净化单元，净化单元包括依次串联的多级净化装置29，最后一级净化装置29的出口端设置有抽真空装置，本实用新型可选的净化装置29为布氏洗瓶，可选的真空泵30为无油真空泵30或油性真空泵30。

多级反应系统还包括控制单元，控制单元包括温度控制模块和流量控制模块。其中，温度控制模块与不同加热段上的温度检测装置分别独立地电性连接，所述的温度控制模块用于独立控制不同加热段的反应温度。流量控制模块与各路供气主管上设置的质量流量计7电性连接，流量控制模块接收质量流量计7的反馈信息并控制相应球阀6的开度。

实施例1

本实施例提供了一种如图1所示的多级反应系统，本实用新型提供了一种实现分段调控的多级反应系统，所述的多级反应系统如图1所示，包括依次连接的供气单元、反应单元和冷凝单元。其中，反应单元包括加热装置19，加热装置19在垂直方向上分为连通的上级加热段20和下级加热段21，在上级加热段20和下级加热段21上分别设置第一温度检测装置22和第二温度检测装置23。反应单元还包括第一预热装置13和第二预热装置17，第一预热装置13连接上级加热段20，第二预热装置17连接下级加热段21，第一预热装置13外接第一输送泵14，第二预热装置17外接第二输送泵18，通过第一输送泵14和第二输送泵18向各自连接的第一预热装置13和第二预热装置17内输送液体和/或水蒸气。

供气单元出口引出第一进气管路11和第二进气管路15，第一进气管路11和第二进气管路15的出口端分别接入上级加热段20和下级加热段21，供气单元通过第一进气管路11和第二进气管路15分别向上级加热段20和下级加热段21独立供气，第一进气管路11上设置有第一混合装置12，第二进气管路15上设置有第二混合装置16。

供气单元包括四条相互独立的供气主管，供气主管独立供应不同种类的气体，按照供应的气体种类不同，将四条供气主管分别命名为：氦气供应管路1、氢气供应管路2、二氧化碳供应管路3和一氧化碳供应管路4，供气主管上沿气体流向依次设置有过滤装置5、球阀6、质量流量计7和单向阀8。四条供气主管的出口端接入第二进气管路15，各路气体(包括氦气、氢气、二氧化碳和一氧化碳)经各自特定的供气主管进入第二进气管路15，在第二进气管路15上设置的第二混合装置16内混合。四条供气主管的出气末端通过三通阀9各引出一条供气支管10，四条供气支管10的出口端接入第一进气管路11，各路气体经各自特定的供气主管进入相应的供气支管10并在第一进气管路11上设置的第一混合装置12内混合。

冷凝单元包括依次串联的一级冷凝装置24、二级冷凝装置25和三级冷凝装置26，其中，一级冷凝装置24、二级冷凝装置25和三级冷凝装置26的布置方式各有不同，一级冷凝装置24和三级冷凝装置26纵向设置，二级冷凝装置25横向设置，一级冷凝装置24的底部出口横向连接二级冷凝装置25，二级冷凝装置25的出口纵向连接三级冷凝装置26的底部入口，一级冷凝装置24的底部设置有第一集液装置27，三级冷凝装置26的底部设置有第二集液装置28。

多级反应系统包括与冷凝单元的气体出口端连接的净化单元，净化单元包括依次串联的四级净化装置29，最后一级净化装置29的出口端设置有真空泵30。

多级反应系统还包括控制单元(图中未示出)，控制单元包括温度控制模块和流量控制模块。其中，温度控制模块与第一温度检测装置22和第二温度检测装置23分别独立地电性连接，温度控制模块用于独立控制不同加热段的反应温度。流量控制模块与各路供气主管上设置的质量流量计7电性连接，流量控制模块接收质量流量计7的反馈信息并控制相应球阀6的开度。

实施例2

本实施例提供了一种如图2所示的多级反应系统的装配方式，将实施例1提供的多级反应系统集成装配于移动式集成箱内，移动式集成箱内分为操作区31、反应区32、显示区33和设备区34，为了简化绘图，省略了部分管路及设备，本实施例仅用于示例性地描述多级反应系统中各单元之间的装配关系及装配方式，对各单元中的具体设备及设备与设备之间的连接方法可参见实施例1以及附图1。

操作区31用于装配供气单元(主要包括各条供气管路)，操作人员通过手动调整不同供气管路上的球阀6开度，将不同气体组分按任意比例混合，获得煤质转化所需的反应气氛。

反应区32用于装配反应单元(包括加热装置19、第一预热装置13和第二预热装置17)。

显示区33用于装配显示单元(主要包括操作面板、显示屏和集成电路)和控制单元，各条供气管路上配置的质量流量计7和反应段上设置的温度检测装置或者其他参数传感器通过集成电路上的plc采集器进行收集并传输至显示屏，操作人员根据显示的运行参数信息，在操作面板上输入反馈信息，借由控制单元控制相应的球阀6、第一加热段20和第二加热段21等。

设备区34用于装配冷凝单元、净化单元以及各类输送泵，其中，冷凝单元除了冷凝装置外还包括冷凝介质循环器35。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。