水煤浆热法固硫提质装置和工艺及检测实验台的制作方法

本发明涉及水热化学技术领域，尤其涉及水煤浆热法提质的领域。

背景技术：

水热方法以高温液态水作为反应介质和反应物，其能量高、反应速度快、物料通量大、进料方便、产物分离效率高，特别是避免了高含水物料的水分蒸发环节，具备高能效生产生物油及化学品的潜力。相比常温液态水，高温水还具有近似有机溶剂的介电常数，可通过温、压调节离子积，能溶解非极性/弱极性的物质并催化/促进离子反应或需要酸碱催化的反应，因而有利于有机反应的进行。

当前，水热技术被认为是低阶能源品质提升、生物质资源化/能源化最具潜力的技术之一。

技术实现要素：

发明目的：为了实现现有技术中存在的空缺，本发明提供水煤浆热法固硫提质装置和工艺，提升煤的热值，降低水煤浆粘度，改善水煤浆成浆及流变性能，进一步提高水煤浆流动性和浆体浓度，其产品的检测实验台研究了水热处理对煤的热值、硫元素分布特性的影响。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

水煤浆热法固硫提质装置，包括氩气瓶、水热反应釜、循环水供应装置、冷却器、气样瓶和数据处理器，所述循环水供应装置与水热反应釜循环连接，所述氩气瓶的出气端与水热反应釜的进气阀连接，所述冷却器内装有冰水混合物，所述水热反应釜的出气阀与冷却器的进气端连接，所述冷却器的出气端与气样瓶回收连接；所述数据处理器与水热反应釜连接。

水煤浆热法固硫提质工艺，具体步骤如下：

a)将装有样品的石英管置于水热反应釜内，合上上盖，开启水热反应釜内的搅拌装置，且设定搅拌速度200转/分；

b)开启氩气瓶，氩气瓶内的氩气通入水热反应釜内，待水热反应釜内充满氩气后，依次关闭水热反应釜的出气阀和进气阀；

c)打开水热反应釜的加热装置，关闭搅拌装置，待水热反应釜内温度升至240℃～280℃时，设定水热反应釜的保温时间为0.5h，0.5h内为恒温保温；为了更便于后面的烘干固化，也可以为特定的非恒温保温，针对该特定的非恒温保温的方法，保温时间的0.5h内，前一个0.25h内，由加热结束的加热温度匀增速增加温度50℃直至正好满0.25h，后0.25h内，保持恒温保温，恒温保温的温度范围为：290℃～330℃，直至保温时间结束；

d)打开循环水供应装置，迅速降低物料温度，待水热反应釜内的压力降至常压后，打开上盖，取出样品；

e)取出的样品进行固液分离，固体产物置于真空恒温状态下加热干燥，在103℃-105℃环境中干燥至恒重，得到最终产品；

水煤浆热法固硫提质产品的检测实验台，包括卧式电加热炉、石英反应管、温度控制器、烟气分析仪和数据采集系统，所述温度控制器与卧式电加热炉连接，在所述卧式电加热炉的一侧端连接有石英反应管，所述石英反应管与烟气分析仪连通，所述烟气分析仪将收集的数据信号传输至数据采集系统；所述石英反应管内装有需要实验的最终样品。

所述温度控制器的信号输出端与卧式电加热炉的信号输入端连接，所述卧式电加热炉将其加热温度信息反馈至温度控制器中。

水热反应釜在240℃、260℃和280℃加热环境下固硫提质后的三种最终样品，分别为一号样品、二号样品和三号样品，将四分之一份的一号样品、二号样品和三号样品装入石英反应管中，通过所述温度控制器设定卧式电加热炉的加热温度分别为850℃、900℃、950℃和1000℃，完成四种温度环境下的检测实验后续分析处理。

检测实验台的实验方法如下：

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为850℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量随燃烧时间的变化，在燃烧过程进行到50秒左右，烟气中SO2的含量达到最大值，为82ppm，整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为160秒，而水热处理后煤的燃烧时间仅为100秒，整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，水热处理后煤的SO2释放量降低了34.56％；

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程；

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为900℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量随燃烧时间的变化，水热煤在燃烧过程进行到40秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为85ppm，而原煤在50秒左右才达到最大的SO2排放量90ppm，整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，但对称性变差，原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为200秒，而水热处理后煤的燃烧时间仅为140秒，整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了24.88％，若在水热过程中加入一定量的调理剂，则SO2的排放量大大降低，与原煤相比降低了38.10％；

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程；

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为950℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量随燃烧时间的变化，水热煤在燃烧过程进行到50秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为113ppm，而原煤在60秒左右才达到最大的SO2排放量150ppm，整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，但逐步体现为2个燃烧阶段，原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为325秒，而240℃水热处理后煤的燃烧时间仅为200秒，280℃水热处理后的煤的燃烧时间仅为175秒，整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了49.77％；

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程；

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为1000℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量随燃烧时间的变化，燃烧进行到25秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为113ppm，前50秒的燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，由于燃烧温度高，样品的热解速度是影响燃烧速度的次要因素，因而与其他温度条件相比，水热处理对煤的燃烧时间的影响不大，不超过25秒，但总体原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了8.23％。与其他组相比，在降低SO2排放方面，该组的优势并不明显，这与该燃烧温度下硫元素的转化特性有关；

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程。

有益效果：1、本发明水煤浆热法固硫提质装置及工艺提升了煤的热值，降低水煤浆粘度，改善水煤浆成浆及流变性能，进一步提高水煤浆流动性和浆体浓度。

2、本发明水煤浆热法固硫提质产品的检测实验台充分研究了水热处理对煤的热值、硫元素分布特性的影响。

附图说明

附图1为水煤浆热法固硫提质装置的设备结构连接示意图。

附图2为水煤浆热法固硫提质产品的检测实验台的设备结构连接示意图；

附图3为850℃煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化图；

附图4为900℃煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化图；

附图5为950℃煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化图；

附图6为1000℃煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示，水煤浆热法固硫提质装置，包括氩气瓶、水热反应釜、循环水供应装置、冷却器、气样瓶和数据处理器，所述循环水供应装置与水热反应釜循环连接，所述氩气瓶的出气端与水热反应釜的进气阀连接，所述冷却器内装有冰水混合物，所述水热反应釜的出气阀与冷却器的进气端连接，所述冷却器的出气端与气样瓶回收连接；所述数据处理器与水热反应釜连接。

水煤浆热法固硫提质工艺，具体步骤如下：

a)将装有样品的石英管置于水热反应釜内，合上上盖，开启水热反应釜内的搅拌装置，且设定搅拌速度200转/分，保持搅拌；

b)开启氩气瓶，氩气瓶内的氩气通入水热反应釜内，待水热反应釜内充满氩气后，依次关闭水热反应釜的出气阀和进气阀；

c)打开水热反应釜的加热装置，关闭搅拌装置，待水热反应釜内温度升至240℃～280℃时，设定水热反应釜的保温时间为0.5h，0.5h内为恒温保温；为了更便于后面的烘干固化，也可以为特定的非恒温保温，针对该特定的非恒温保温的方法，保温时间的0.5h内，前一个0.25h内，由加热结束的加热温度匀增速增加温度50℃直至正好满0.25h，后0.25h内，保持恒温保温，恒温保温的温度范围为：290℃～330℃，直至保温时间结束；

d)打开循环水供应装置，迅速降低物料温度，待水热反应釜内的压力降至常压后，打开上盖，取出样品；

e)取出的样品进行固液分离，固体产物置于真空恒温状态下加热干燥，在103℃-105℃环境中干燥至恒重，得到最终产品。

水煤浆热法固硫提质产品的检测实验台，包括卧式电加热炉、石英反应管、温度控制器、烟气分析仪和数据采集系统，所述温度控制器与卧式电加热炉连接，在所述卧式电加热炉的一侧端连接有石英反应管，所述石英反应管与烟气分析仪连通，所述烟气分析仪将收集的数据信号传输至数据采集系统；所述石英反应管内装有需要实验的最终样品。

所述温度控制器的信号输出端与卧式电加热炉的信号输入端连接，所述卧式电加热炉将其加热温度信息反馈至温度控制器中。

水热反应釜在240℃、260℃和280℃加热环境下固硫提质后的三种最终样品，分别为一号样品、二号样品和三号样品，将四分之一份的一号样品、二号样品和三号样品装入石英反应管中，通过所述温度控制器设定卧式电加热炉的加热温度分别为850℃、900℃、950℃和1000℃，完成四种温度环境下的检测实验后续分析处理。

水煤浆热法固硫提质具体实施方式：

称取水煤浆200g，并转移到Φ50×180mm的石英管中，随后将装有水煤浆的石英管置于水热反应釜中并合上反应釜上盖。开启水热反应釜的搅拌装置，设定搅拌速度为200转/分，并向水热反应釜内缓慢通入氩气，待水热反应釜内空气排净后依次关闭出气阀和进气阀。设定反应温度，开启反应釜加热装置，待反应釜内温度升至预定温度240℃时，设定保温时间为0.5h。反应结束后开启循环水供应装置，迅速降低石英管内样品温度，待水热反应釜内压力降至常压后，打开水热反应釜上盖，取出样品并进行固液分离，固体产物置于真空干燥箱中103-105℃恒温干燥至恒重，至此完成水热提质实验。再重复上述实验两次，其中，水热反应釜内温度分别设置为预定温度260℃和280℃时。

将水热反应釜内温度为240℃时，所得最终样品均匀混合后，分成四等分(标记为一号样品)用于后续分析处理；将水热反应釜内温度为260℃时，所得最终样品均匀混合后，分成四等分(标记为二号样品)用于后续分析处理；将水热反应釜内温度为280℃时，所得最终样品均匀混合后，分成四等分(标记为三号样品)用于后续分析处理。

为了研究水热处理对水煤浆燃烧时硫元素转化特性的研究，搭建了图2所示的水煤浆热法固硫提质产品的检测实验台，该检测实验台包括卧式电加热炉、石英反应管、温度控制器、烟气分析仪和数据采集系统，所述温度控制器与卧式电加热炉连接，在所述卧式电加热炉的一侧端连接有石英反应管，所述石英反应管与烟气分析仪连通，所述烟气分析仪将收集的数据信号传输至数据采集系统。水热反应釜在240℃、260℃和280℃加热环境下固硫提质后的三种最终样品，分别为一号样品、二号样品和三号样品，将四分之一份最终样品(分别是一号样品、二号样品和三号样品)装入石英反应管中，通过所述温度控制器设定卧式电加热炉的加热温度分别为850℃、900℃、950℃和1000℃，完成四种温度环境下的检测实验后续分析处理。

其中，检测实验的四个稳定的加热温度是通过所述温度控制器的信号输出端与卧式电加热炉的信号输入端连接，所述卧式电加热炉将其加热温度信息反馈至温度控制器来保证的。

检测实验台的具体实施方式：将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为850℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化，如图3所示。在燃烧过程进行到50秒左右，烟气中SO2的含量达到最大值，为82ppm。整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布。原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为160秒，而水热处理后煤的燃烧时间仅为100秒。整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，水热处理后煤的SO2释放量降低了34.56％。可以看出水热处理缩短了煤的燃烧时间，降低了燃煤的SO2释放量，促进了煤的燃烧。

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程。

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为900℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化，如图3所示。可以看出，水热煤在燃烧过程进行到40秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为85ppm，而原煤在50秒左右才达到最大的SO2排放量90ppm。整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，但对称性变差。原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为200秒，而水热处理后煤的燃烧时间仅为140秒。整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了24.88％，若在水热过程中加入一定量的调理剂，则SO2的排放量大大降低，与原煤相比降低了38.10％。可以看出水热处理缩短了煤的燃烧时间，降低了燃煤的SO2释放量，促进了煤的燃烧。

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程。

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为950℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化，如图5所示。可以看出，水热煤在燃烧过程进行到50秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为113ppm，而原煤在60秒左右才达到最大的SO2排放量150ppm。整个燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布，但逐步体现为2个燃烧阶段。原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长，同样条件下，原煤完全燃烧所花时间为325秒，而240℃水热处理后煤的燃烧时间仅为200秒，280℃水热处理后的煤的燃烧时间仅为175秒。整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了49.77％。

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程。

将一号样品的四等分之一装入石英反应管，所述卧式电加热炉的加热温度设定为1000℃，气体流量为0.5L/min的条件下煤燃烧时烟气中SO2的含量(ppm)随燃烧时间的变化，如图6所示。可以看出，燃烧进行到25秒左右时烟气中SO2的含量达到最大值，为113ppm。前50秒的燃烧过程中，烟气中SO2的浓度随时间的变化呈现抛物线分布。由于燃烧温度高，样品的热解速度是影响燃烧速度的次要因素，因而与其他温度条件相比，水热处理对煤的燃烧时间的影响不大，不超过25秒，但总体原煤比水热煤完全燃烧所用的时间更长。整个燃烧过程中，原煤燃烧释放的更多SO2，与原煤相比，280℃下水热处理30分钟后的煤燃烧后SO2释放量降低了8.23％。与其他组相比，在降低SO2排放方面，该组的优势并不明显，这与该燃烧温度下硫元素的转化特性有关。

同理将二号样品和三号样品重复上述试验过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。