专利名称：一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤热解装置，尤其是涉及一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置。
背景技术：
氢气是未来能源领域里一种重要的清洁能源，褐煤的热解已经成为制取氢气的一条可行之路。然而，褐煤直接热解制备氢气的温度较高，同时还产生了难以利用的成分复杂的焦油。焦油水分含量大，成分也非常复杂，含有饱和化合物(正构烷烃、带支链的烷烃和环烷烃)、不饱和化合物、酚类、羧酸类、碱性化合物、中性杂环化合物和芳香族化合物，在每一组化合物中，都观察到他们分子量具有广泛的范围，将热解焦油进行常压蒸馏或减压蒸馏都不能改变所得馏分的化学复杂性，它们仍然含有许多组分化合物，使它们的加工极端复杂和麻烦；焦油的存在不仅导致产气率降低和热效率降低，在低温时还会凝结为液体，易于与水和灰尘结合在一起堵塞和腐蚀设备，严重时导致设备无法正常工作。为了降低产氢的温度，同时可以有效地降低焦油的产量，采用适当的催化剂进行催化裂解是一种比较理想的方法，而目前使用的催化剂普遍存在价格较贵、容易中毒并且由于负载的活性组分多为重金属而引起的后续环境污染等问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其结构简单、设计合理且使用效果好，可将热解过程产生的焦油及热解气体在催化剂的作用下得到高效裂解产生高浓度的富氢燃料气，最后将失活催化剂和剩余热解焦置于裂解反应器内通入水蒸气使其气化产生富氢燃料气的同时可以回收催化剂上的金属活性组分，实现煤热解的多联产。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:包括用于对煤进行热解反应的热解反应器、底部设置有气体通孔且用于对煤热解反应产生的焦油及热解气体进行催化裂解的裂解反应器、与所述热解反应器底部连通的催化剂载体收集槽和热解焦收集槽以及与所述裂解反应器连通的气相色谱仪和水蒸气发生器，所述热解反应器的顶部设置有煤入口，所述裂解反应器设置在所述热解反应器上且下部位于所述热解反应器内，所述裂解反应器的内部设置有催化剂床层，所述裂解反应器上设置有一端位于其内部另外一端位于其外部的第二管道，所述气相色谱仪、水蒸气发生器、催化剂载体收集槽和热解焦收集槽均设置在所述热解反应器的外部，所述气相色谱仪通过管道与所述裂解反应器连通，所述水蒸气发生器通过第一管道与所述裂解反应器连通，所述催化剂载体收集槽收集的热解焦作为催化剂载体经表面附载活性组分后作为催化剂床层，所述热解焦收集槽收集的热解焦经第二管道进入所述裂解反应器内。上述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述热解反应器包括石英筒体，所述煤入口设置在石英筒体的顶部，所述石英筒体的外部设置有加热层，所述石英筒体的底部设置有卸料拉门，所述卸料拉门的底部设置有储料斗，所述催化剂载体收集槽和热解焦收集槽均与储料斗连通。上述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述裂解反应器包括底部均匀设置有多个气体通孔的耐高温反应管，所述耐高温反应管设置在石英筒体上且下部位于石英筒体内，所述催化剂床层设置在耐高温反应管的底部，所述耐高温反应管的顶部设置有橡皮塞，所述第一管道和第二管道的一端均穿入橡皮塞且端部位于耐高温反应管的内部。上述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:还包括焦油收集瓶，所述焦油收集瓶通过第三管道与耐高温反应管连通，所述焦油收集瓶还通过第四管道与气相色谱仪连通。上述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:穿入所述橡皮塞的第一管道端部位于催化剂床层中。上述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述第三管道的一端穿入橡皮塞且端部位于耐高温反应管的上部。本实用新型与现有技术相比具有以下优点:1、本实用新型结构简单、设计合理，将煤热解联合焦油催化裂解制备氢气的反应在同一个恒温反应器内进行，不仅可以使氢气的产量显著提高，而且将所产的热解焦作为焦油裂解的催化剂，又可以解决催化剂难回收的问题，有很强的原创新性。2、本实用新型采用热解焦作为煤焦油裂解催化剂的载体，可以降低催化剂的成本，而且由于热解焦具有非常丰富的孔结构，并含有一些碱金属和碱性基团，可以有效去除热解过程中产生的硫氧化物和氮氧化物，一方面可以降低催化剂的硫中毒，另一方面可以相对减轻后续的环境处理 设备的负担；最终将作为催化剂载体的热解焦以及剩余的热解焦置于裂解装置中通入水蒸气进行气化可将其转化为富氢燃料气，同时又可以回收催化剂上的金属活性组分，进而实现了整个反应过程的连续性和资源的循环利用。3、本实用新型既可以有效降低燃气中的焦油含量，又可将焦油转换为富氢的可燃气体，在提高了热解效率和热解程度的同时也对催化剂进行了有效的回收和再生。下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的结构示意图。附图标记说明:I一石英筒体；1-1一加热层；2—耐闻温反应管；2-1—气体通孔；3—催化剂床层；4 一气相色谱仪；5—储料斗；6—水蒸气发生器；7—热解焦收集槽；8—催化剂载体收集槽；9 一煤入口；10—第一管道；11 一第三管道；12—第二管道；13—卸料拉门；14 一粉碎煤；15—焦油收集瓶；16—第四管道。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括用于对煤进行热解反应的热解反应器、底部设置有气体通孔且用于对煤热解反应产生的焦油及热解气体进行催化裂解的裂解反应器、与所述热解反应器底部连通的催化剂载体收集槽8和热解焦收集槽7以及与所述裂解反应器连通的气相色谱仪4和水蒸气发生器6，所述热解反应器的顶部设置有煤入口 9，所述裂解反应器设置在所述热解反应器上且下部位于所述热解反应器内，所述裂解反应器的内部设置有催化剂床层3，所述裂解反应器上设置有一端位于其内部另外一端位于其外部的第二管道12，所述气相色谱仪4、水蒸气发生器6、催化剂载体收集槽8和热解焦收集槽7均设置在所述热解反应器的外部，所述气相色谱仪4通过管道与所述裂解反应器连通，所述水蒸气发生器6通过第一管道10与所述裂解反应器连通，所述催化剂载体收集槽8收集的热解焦作为催化剂载体经表面附载活性组分后作为催化剂床层3，所述热解焦收集槽7收集的热解焦经第二管道12进入所述裂解反应器内。如图1所示，所述热解反应器包括石英筒体I，所述煤入口 9设置在石英筒体I的顶部，所述石英筒体I的外部设置有加热层1-1，所述石英筒体I的底部设置有卸料拉门13，所述卸料拉门13的底部设置有储料斗5，所述催化剂载体收集槽8和热解焦收集槽7均与储料斗5连通。如图1所示，所述裂解反应器包括底部均匀设置有多个气体通孔的耐高温反应管2，所述耐高温反应管2设置在石英筒体I上且下部位于石英筒体I内，所述催化剂床层3设置在耐高温反应管2的底部，所述耐高温反应管2的顶部设置有橡皮塞2-1，所述第一管道10和第二管道12的一端均穿入橡皮塞2-1且端部位于耐高温反应管2的内部。如图1所示，本实用新型还包括焦油收集瓶15，所述焦油收集瓶15通过第三管道11与耐高温反应管2连通，所述焦油收集瓶15还通过第四管道16与气相色谱仪4连通，焦油收集瓶15用于收集未裂解的焦油 。如图1所示，穿入所述橡皮塞2-1的第一管道10端部位于催化剂床层3中，便于水蒸气发生器6产生的水蒸气与热解焦以及以热解焦作为载体的催化剂同水蒸气很好的发生气化反应。如图1所示，所述第三管道11的一端穿入橡皮塞2-1且端部位于耐高温反应管2的上部，便于收集制备的可燃性气体。本实用新型的工作原理为:使用时，首先将原料煤粉碎到直径为3mm 5mm，打开煤入口 9将粉碎煤14加入热解反应器的石英筒体I中，启动加热层1-1，使热解反应温度和催化裂解反应温度稳定，并且关闭第一管道10和第二管道12，在热解过程中可以按需通入适量氮气作为保护气，使反应在惰性气体下发生，防止高温下煤与氧气发生燃烧；热解产生的焦油及热解气体经气体通孔进入裂解反应器的耐高温反应管2中，经放置在耐高温反应管2中的催化剂床层3进一步催化裂解，产生的小分子气体及少量未裂解的高分子混合气体(主要为作为可燃性气体的氢气)经第三管道11将其导入气相色谱仪4进行检测分析；而煤热解产生的热解焦经下部的卸料拉门13进入到储料斗5中，其中一部分热解焦作为催化剂的载体，在其上面负载金属或者金属氧化物放置到裂解反应器的耐高温反应管2中作为催化剂床层使用，另一部分输送到热解焦收集槽7。待热解反应结束后，打开第二管道12，热解焦收集槽7中的热解焦经第二管道12送入到耐高温反应管2中，然后打开第一管道10，水蒸气发生器6产生的水蒸气经第一管道10进入到耐高温反应管2中，热解焦以及以热解焦作为载体的催化剂同水蒸气发生气化反应，再次产生以氢气为主的可燃性气体，同时在还原气氛中实现失活金属催化剂的再生，从而实现了催化剂的循环使用并达到制取更多可燃性气体(氢气)的目的。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方 案的保护范围内。
权利要求1.一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:包括用于对煤进行热解反应的热解反应器、底部设置有气体通孔且用于对煤热解反应产生的焦油及热解气体进行催化裂解的裂解反应器、与所述热解反应器底部连通的催化剂载体收集槽(8)和热解焦收集槽(7)以及与所述裂解反应器连通的气相色谱仪(4)和水蒸气发生器(6)，所述热解反应器的顶部设置有煤入口(9)，所述裂解反应器设置在所述热解反应器上且下部位于所述热解反应器内，所述裂解反应器的内部设置有催化剂床层(3 )，所述裂解反应器上设置有一端位于其内部另外一端位于其外部的第二管道(12)，所述气相色谱仪(4)、水蒸气发生器(6)、催化剂载体收集槽(8)和热解焦收集槽(7)均设置在所述热解反应器的外部，所述气相色谱仪(4)通过管道与所述裂解反应器连通，所述水蒸气发生器(6)通过第一管道(10)与所述裂解反应器连通，所述 催化剂载体收集槽(8)收集的热解焦作为催化剂载体经表面附载活性组分后作为催化剂床层(3)，所述热解焦收集槽(7)收集的热解焦经第二管道(12)进入所述裂解反应器内。
2.按照权利要求1所述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述热解反应器包括石英筒体(I )，所述煤入口(9)设置在石英筒体(I)的顶部，所述石英筒体(I)的外部设置有加热层(1-1)，所述石英筒体(I)的底部设置有卸料拉门(13)，所述卸料拉门(13 )的底部设置有储料斗(5 )，所述催化剂载体收集槽(8 )和热解焦收集槽(7 )均与储料斗(5)连通。
3.按照权利要求2所述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述裂解反应器包括底部均匀设置有多个气体通孔的耐高温反应管(2)，所述耐高温反应管(2)设置在石英筒体(I)上且下部位于石英筒体(I)内，所述催化剂床层(3)设置在耐高温反应管(2)的底部，所述耐高温反应管(2)的顶部设置有橡皮塞(2-1)，所述第一管道(10)和第二管道(12)的一端均穿入橡皮塞(2-1)且端部位于耐高温反应管(2)的内部。
4.按照权利要求3所述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:还包括焦油收集瓶(15)，所述焦油收集瓶(15)通过第三管道(11)与耐高温反应管(2)连通，所述焦油收集瓶(15 )还通过第四管道(16 )与气相色谱仪(4 )连通。
5.按照权利要求3或4所述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:穿入所述橡皮塞(2-1)的第一管道(10)端部位于催化剂床层(3)中。
6.按照权利要求4所述的一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，其特征在于:所述第三管道(11)的一端穿入橡皮塞(2-1)且端部位于耐高温反应管(2)的上部。
专利摘要本实用新型公开了一种煤热解联合气化制备可燃性气体的装置，包括热解反应器、裂解反应器、催化剂载体收集槽、热解焦收集槽、气相色谱仪和水蒸气发生器，裂解反应器下部位于热解反应器内，裂解反应器内设有催化剂床层，裂解反应器上设有第二管道，气相色谱仪和水蒸气发生器均与裂解反应器连通，催化剂载体收集槽收集的热解焦作为催化剂载体经表面附载活性组分后作为催化剂床层，热解焦收集槽收集的热解焦经第二管道进入裂解反应器内。本实用新型可将热解产生的焦油及热解气体得到高效裂解产生高浓度的富氢燃料气，最后将失活催化剂以及剩余的热解焦通入水蒸气使其气化产生富氢气体的同时可以回收催化剂的金属活性组分，实现煤热解的多联产。
文档编号C10J3/64GK203079928SQ20132007007
公开日2013年7月24日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者张蕾 申请人:西安科技大学