试验热解装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种试验热解装置，包括加热装置(1)、热解炉(2)、导气管(7)和热解油收集单元，热解炉通过加热装置进行加热，热解装置还包括盘绕于热解炉的外炉壁上的载气盘管(3)，该载气盘管的载气出口(B)伸入热解炉的炉膛顶部，导气管从炉膛顶部向外延伸至热解油收集单元。热解炉的炉膛底部可放置热解原料。导气管外可缠绕有电伴热带和/或保温材料，并使得导气管的长度尽可能短，从而能够将热解形成的热解焦油及时送出热解炉，减少了油气回流及其二次裂解，从而提高了热解油的产率，既适用于煤、半焦、渣油等含碳普通原料的热解试验，也尤其适用于高温呈液态、重质焦油比较多的原料，例如煤直接液化残渣的热解。
【专利说明】试验热解装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于热解工艺和设备领域，具体地，涉及一种小型的试验用热解反应 装直。
【背景技术】
[0002] 现有的小型热解装置绝大部分都是以煤为原料来设计的，较为典型的是图1所示 的根据GB/T1341-2007的一种煤的格金低温干馏试验方法中使用的热解装置，以及图2所 示的根据GB/T480-2010的一种煤的铝甑低温干馏试验方法中使用的热解装置。在图1中， 该热解装置包括程序控温器1、热电偶2、可摇提升器摇柄3、保温炉胆4、干馏管5、导气管 6、锥形瓶7、水槽8和溢水槽9。图2的热解装置则包括铝瓶盖1、铝甑体2、导出管3、导气 管4、锥形瓶5、冷却槽6、冷接点恒温器7、毫伏高温计8、加热装置9、热电偶套管10和热电 偶11。这种以煤为原料的热解过程，轻质焦油相对较多，流动性好，导气管一般无需做特别 处理，也不需要保温伴热。
[0003] 具体地，无论是铝甑干馏和格金干馏的装样量一般只有20g，重质焦油绝大部分残 留在导气管管壁上，在收集瓶（锥形瓶）中只能收集到少量轻质焦油。尤其是图1的格金 干馏，其干馏管5水平放置，随着温度升高，液化的原料会渗过石棉往外流动，其结果是焦 油和固体物质混合在一起，冷凝在管壁上，无法准确计量焦油的产量。
[0004] 另外，水平放置的管式炉一般也存在类似格金干馏试验时出现的问题。立式固定 床或者卧式固定床反应炉，一般底下是一层铁板，把煤放在铁板上，有时还会在铁板上打 孔，用作通惰性气体分布板，不能适用于热解过程原料液化的情况；其导气管偏长，一般也 不做保温伴热，容易使重质焦油凝结在管壁上无法收集，或者回流至反应炉口，造成二次裂 解。
[0005] 上述的现有技术的试验热解装置或小型热解装置几乎都是以煤为原料进行设计 的，难以用于如液化残渣等重质焦油比较多的特殊原料。这是由于液化残渣热解过程有其 特殊性。液化残渣在常温下是固体，其软化点约为170°C，随着温度的升高，其由固态变成液 态，达到一定的温度后，随着油气不断挥发，又会变成蜂窝状固体，同时体积会膨胀，而且热 解油中重质组分较多，流动性差。如果导气管设计不佳，又或没有保温，热解焦油则会在管 壁冷凝，导致无法收集，或者回流至热解炉，造成二次裂解，减少了焦油产率，影响了试验的 准确性。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种试验热解装置，其适用于煤、半焦、渣油和液化残渣 等含碳原料的热解，提高了热解油的产率和实验结果的准确性。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种试验热解装置，该热解装置包括加热装 置、热解炉、导气管和热解油收集单元，所述热解炉通过所述加热装置进行加热，其中，所述 热解装置还包括盘绕于所述热解炉的外炉壁上的载气盘管，该载气盘管的载气出口伸入所 述热解炉的炉膛顶部，所述导气管从所述炉膛顶部向外延伸至所述热解油收集单元。
[0008] 在本发明中，所述热解炉的炉膛底部放置热解原料；所述热解原料优选为煤、半 焦、渣油或煤液化残渣。
[0009] 优选地，所述导气管外缠绕有电伴热带和/或保温材料。
[0010] 优选地，在所述炉膛顶部，所述导气管与所述载气出口相向设置。
[0011] 优选地，所述导气管包括与所述热解炉连通的第一管段以及与所述热解油收集单 元相连的第二管段，所述第一管段与第二管段之间形成可拆卸连接。
[0012] 优选地，所述热解装置还包括用于气体收集的气柜，该气柜为负压气柜并与所述 热解油收集单元之间管路连通。
[0013] 在本发明中，根据热解油气冷却的需要，在所述热解油收集单元可设置一组或多 组收集容器和冷凝管的组合装置。
[0014] 优选地，所述热解油收集单元包括重油收集容器和轻油收集容器，所述导气管从 所述炉膛顶部延伸至所述重油收集容器内，所述重油收集容器与所述轻油收集容器之间通 过第一冷凝管相连，所述轻油收集容器放置于冷却槽中并连通所述气柜。
[0015] 优选地，所述热解装置还包括尾气净化装置，所述轻油收集容器通过第二冷凝管 连接至所述尾气净化装置，所述尾气净化装置的净化气体出口连通所述气柜。
[0016] 优选地，所述热解炉为直筒形，或者所述热解炉的横截面积从底部朝向顶部逐渐 增大。
[0017] 优选地，所述热解炉的所述炉膛顶部设有防溅盖板，该防溅盖板中设有热解油气 通过孔并卡设在炉膛内壁上，所述导气管设置在所述防溅盖板的上方。
[0018] 优选地，所述加热装置为围绕所述热解炉设置的电加热装置和/或微波加热装 置，所述导气管穿过所述加热装置的侧壁平行地或倾斜向下地向外伸出，所述载气盘管的 载气入口穿过所述加热装置的顶壁向外伸出，所述载气入口处设有控制阀门。
[0019] 优选地，所述热解炉包括位于炉体顶端的炉盖，所述炉盖中设有穿过该炉盖并插 入所述热解炉的炉膛底部的测温计。
[0020] 根据上述技术方案，在本实用新型的试验热解装置中，增设了载气盘管以通入热 载气体将热解形成的热解焦油及时送出热解炉，减少了油气回流及其二次裂解，从而提高 了热解油的产率，既适用于煤等普通原料的热解试验，也适用于重质焦油比较多的煤液化 残渣的热解试验。其中，载气盘管盘绕在热解炉外以加热管内气体，使得无需对气体额外加 热，结构紧凑、合理。
[0021] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面 的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0023] 图1为根据GB/T1341-2007的一种煤的格金低温干馏试验方法中使用的热解装置 的结构原理图；
[0024] 图2为根据GB/T480-2010的一种煤的铝甑低温干馏试验方法中使用的热解装置 的结构原理图；
[0025] 图3为根据本实用新型的优选实施方式的试验热解装置的结构原理图。
[0026] 本实用新型的附图标记说明
[0027] 1 加热装置 2 热解炉
[0028] 3 载气盘管 4 炉盖
[0029] 5 测温计 6 防溅盖板
[0030] 7 导气管 8 重油收集容器
[0031] 9 轻油收集容器 10尾气净化装置
[0032] 11 气柜 12冷却槽
[0033] 13 第一冷凝管 14第二冷凝管
[0034] A 载气入口 B 载气出口
[0035] C 控制阀门
【具体实施方式】
[0036] 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。
[0037] 在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如"上、下、顶、底"通常 是针对附图所示的方向而言的或者是针对坚直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置 关系描述用词；同样地，为便于理解和描述，"左、右"通常是针对附图所示的左、右；"内、外" 是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
[0038] 如图3所示，本实用新型提供了一种试验热解装置，该热解装置包括加热装置1、 热解炉2、导气管7和热解油收集单元，热解炉2通过加热装置1进行加热。其中，该热解装 置还包括盘绕于热解炉2的外炉壁上的载气盘管3,该载气盘管3的载气出口 B伸入热解炉 2的炉膛顶部，导气管7从炉膛顶部向外延伸至热解油收集单元中。
[0039] 本实用新型的试验热解装置旨在既适用于煤、半焦、渣油等含碳普通原料的热解 试验，也尤其适用于重质原料、高温呈液态、重质焦油比较多的原料，例如煤直接液化残渣 的热解试验，作为原料的煤或煤液化残渣可放置在热解炉2的炉膛底部，通过控制热解终 温、升温速率和恒温时间来考察原料在不同反应条件下的热解性质。其中，为克服前述的水 平放置的管式炉带来的缺陷，本实用新型中优选地采用了立式炉。对于重质焦油比较多的 煤液化残渣而言，由于其热解焦油量大，重物质成分多，流动性差的特性，本实用新型的试 验热解装置中特别增设了载气盘管3,以通入热载气体将热解形成的热解焦油及时导出热 解炉2,从而减少油气回流及二次裂解，提高热解油的产率。以液化残渣为例，在600°C热解 温度下，采用格金干馏时的焦油产率约8?9%，采用小型固定床时的焦油产率约5?6%， 而采用本实用新型的热解装置时的焦油产率可达到9?12%，以下实施例将具体阐述。
[0040] 载气盘管3优选地盘绕在热解炉2外以加热管内气体，从而无需对气体额外加热， 使得结构紧凑、布置合理。参见图3,载气盘管3的载气入口 A穿过加热装置1的顶壁向外 伸出，载气入口 A处可设有用于控制载气流量和流速的控制阀门C，载气出口 B则伸入热解 炉2的炉膛顶部，载气入口 A进入的惰性气体在流经盘绕于热解炉2的管道部分时获得充 分加热，达到或接近炉内的热解油气温度，从而在载气出口 B流出后可直接吹动热解油气， 使之从导气管7导出。在二者混合过程中，由于温度相近，热解油气不会产生冷凝，并在热 载气的带动下顺利导出热解炉2。
[0041] 其中，在热解炉2的炉膛顶部，导气管7与载气出口 B优选为相向设置，即载气出 口 B吹出的热载气对流至对面的导气管7,使热解油气方便快捷地导出。为确保热解油气不 产生冷凝结壁，导气管7外优选地缠绕有电伴热带和/或其它保温材料，使得管内气体温度 不低于例如120°C。并且确保导气管7的总长度尽可能短，尽量避免热解油气的冷凝结壁。 此外，在图3中，导气管7穿过加热装置1大致平行地或倾斜向下地向外伸出并连通热解炉 2的炉膛顶部与重油收集容器8,以利于重油回收至重油收集容器8。导气管7优选为分段 管并包括与热解炉2连通的第一管段以及与热解油收集单元相连的第二管段，该第一管段 与第二管段之间形成可拆卸连接，例如法兰连接或相互套接，以便于拆装和清洗。
[0042] 此外，本实用新型的试验热解装置还包括气柜11，该气柜11与热解油收集单元之 间管路连通，以收集热解油气在冷凝并完成焦油收集后的尾气。优选地，该气柜11为负压 气柜，即气柜11中可连接抽气机等，以形成负压，从而形成吸力，更有利于热解油气沿管道 从热解炉2中流出并逐次冷凝、收集热解油。
[0043] 对于煤直接液化残渣而言，其热解油气包括了重质成分和轻质成分，因而本实用 新型的热解油收集单元对应地包括重油收集容器8和轻油收集容器9。如图3所示，导气管 7从炉膛顶部延伸至重油收集容器8 (优选采用不锈钢材料）内，首先收集重油，重油收集容 器8与轻油收集容器9之间通过第一冷凝管13相连，轻油收集容器9放置于冷却槽12 (例 如冰浴槽等）中并连通气柜11。第一冷凝管13的冷凝部分可采用各种冷却方式，例如图3 所示的管道外的液体冷却方式。冷凝部分优选地设置在重油收集容器8的上方，以便于向 后级流出的热解油气中的重油在第一冷凝管13的冷凝部分冷凝结壁后回流至重油收集容 器8。轻油在经过第一冷凝管13的冷却和冷却槽12的冷却后，则被收集在轻油收集容器9 中。另外，此热解装置还可包括尾气净化装置10,轻油收集容器9通过第二冷凝管14连接 至尾气净化装置10,尾气净化装置10的净化气体出口连通气柜11，使得尾气被收集。同样 地，第二冷凝管14的冷凝部分优选地设置在轻油收集容器9的上方，以利于轻油的在第二 冷凝管14的冷凝部分冷凝结壁后回流至轻油收集容器9。当然，本领域技术人员能够理解 的是，根据原料的不同，热解油收集单元的容器数量以及油气冷凝系统可根据具体情况变 化设置，例如可增加冷凝管的数量等。
[0044] 如图3,其中的热解炉2为常见的直筒形，但热解炉2也可以是底部细上部粗的类 锥形容器，其横截面积从底部朝向顶部逐渐增大，从而更为方便地拿取热解后形成的半焦。 其中，热解炉2的炉膛顶部还可设有防溅盖板6,该防溅盖板6中设有热解油气通过孔并卡 设在炉膛内壁上，导气管7设置在防溅盖板6的上方，载气出口 B则可同时布置在防溅盖板 6的上方和下方，以吹动热解油气流动。防溅盖板6可防止液态的热解原料向上溅出，防溅 盖板6上均布的热解油气通过孔可以使热解油气均匀通过。炉膛内壁上可向内凸出设置多 个卡块，以托装防溅盖板6。例如可在炉内壁上形成沿周向均匀布置的三个楔形卡块，防溅 盖板6卡座在三个楔形卡块上。
[0045] 加热装置1优选为围绕热解炉2设置的电加热装置和/或微波加热装置，即热解 炉2的加热方式可以是电加热、微波加热或者电加热与微波加热共用。加热装置1还优选地 包括由一套自动程序升温系统，以控制热解终温、升温速率和恒温时间等参数。在图3中， 热解炉2还包括位于炉体顶端的炉盖4,炉盖4中设有穿过该炉盖4并插入热解炉2的炉膛 底部的测温计5。炉盖4可通过法兰连接于热解炉2顶端，测温计5优选地采用测温热电 偶，可焊接在炉盖4上，用于测量热解样品的温度，以实时监控温度。这样，就可通过测温热 电偶和自动程序升温系统来控制热解终温、升温速率和恒温时间，进而考察原料在不同反 应条件下的热解性质。
[0046] 利用本实用新型的试验热解装置进行液化残渣的热解试验和测试时，先将一定量 的液化残渣样品放入热解炉2,使装样高度应不超过防溅盖板6高度的80%，保证测温热电 偶插入到样品料面高度以下。将装置连接好之后，开启自动程序升温系统进行加热，同时打 开载气的控制阀门C。随着热解反应的进行，热解油气进入导气管7,此时会有重质焦油冷 凝下来，沿管壁流进重油收集容器8 ;油气经过重油收集容器8之后进入轻油收集容器9,将 轻质焦油收集之后经尾气净化瓶10进入气柜11，以收集尾气。在热解完成后，对重油收集 容器8、轻油收集容器9、气柜11和热解炉2中的物料进行称量。
[0047] 以下为利用本实用新型上述的试验热解装置进行煤液化残渣的热解试验的具体 实施例。
[0048] 实施例一
[0049] 以煤液化残渣为原料，反应终温600°C，恒温时间lh，结果如表1 :
[0050] 表 1
[0051]
【权利要求】
1. 一种试验热解装置，该热解装置包括加热装置（1)、热解炉（2)、导气管（7)和热解油 收集单元，所述热解炉（2)通过所述加热装置（1)进行加热，其中，所述热解装置还包括盘 绕于所述热解炉（2)的外炉壁上的载气盘管（3)，该载气盘管（3)的载气出口（B)伸入所述 热解炉（2)的炉膛顶部，所述导气管（7)从所述炉膛顶部向外延伸至所述热解油收集单元。
2. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述热解炉（2)的炉膛底部放置热解原 料。
3. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述导气管（7)外缠绕有电伴热带和/ 或保温材料。
4. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，在所述炉膛顶部，所述导气管（7)与所 述载气出口（B)相向设置。
5. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述导气管（7)包括与所述热解炉（2) 连通的第一管段以及与所述热解油收集单元相连的第二管段，所述第一管段与第二管段之 间形成可拆卸连接。
6. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述热解装置还包括用于气体收集的 气柜（11)，该气柜（11)为负压气柜并与所述热解油收集单元之间管路连通。
7. 根据权利要求6所述的试验热解装置，根据热解油气冷却的需要，在所述热解油收 集单元设置一组或多组收集容器和冷凝管的组合装置。
8. 根据权利要求7所述的试验热解装置，其中，所述热解油收集单元包括重油收集容 器（8)和轻油收集容器（9)，所述导气管（7)从所述炉膛顶部延伸至所述重油收集容器（8) 内，所述重油收集容器（8)与所述轻油收集容器（9)之间通过第一冷凝管（13)相连，所述 轻油收集容器（9)放置于冷却槽（12)中并连通所述气柜（11)。
9. 根据权利要求8所述的试验热解装置，其中，所述热解装置还包括尾气净化装置 (10)，所述轻油收集容器（9)通过第二冷凝管（14)连接至所述尾气净化装置（10)，所述尾 气净化装置（10)的净化气体出口连通所述气柜（11)。
10. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述热解炉（2)为直筒形，或者所述热 解炉（2)的横截面积从底部朝向顶部逐渐增大。
11. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述热解炉（2)的所述炉膛顶部设 有防溅盖板￠)，该防溅盖板￠)中设有热解油气通过孔并卡设在炉膛内壁上，所述导气管 (7)设置在所述防溅盖板（6)的上方。
12. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述加热装置（1)为围绕所述热解炉 (2)设置的电加热装置和/或微波加热装置，所述导气管（7)穿过所述加热装置⑴的侧壁 平行地或倾斜向下地向外伸出，所述载气盘管（3)的载气入口（A)穿过所述加热装置（1) 的顶壁向外伸出，所述载气入口（A)处设有控制阀门（C)。
13. 根据权利要求1所述的试验热解装置，其中，所述热解炉（2)包括位于炉体顶端的 炉盖（4)，所述炉盖（4)中设有穿过该炉盖（4)并插入所述热解炉（2)的炉膛底部的测温计 (5)。
14. 根据权利要求2所述的试验热解装置，其中，所述热解原料为煤、半焦、渣油或煤液 化残渣。
【文档编号】C10G1/00GK204198661SQ201420502804
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】陈强, 朱豫飞, 金环年, 索娅, 张琪, 赵俊鹏, 艾军, 高浩华 申请人:神华集团有限责任公司, 北京低碳清洁能源研究所