[發明專利]一種褐煤氣化微型反應裝置

有效

• 申請號: 201410082779.6
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103820156A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 張蒙;林彬彬;李玉龍;陳晨;楊琦武;錢震
• 申請（專利權）人: 中國天辰工程有限公司;天津天辰綠色能源工程技術研發有限公司
• 主分類號: C10J3/20
• 分類號: C10J3/20;C10J3/72
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 韓敏

技術領域

本發明涉及化工反應器領域，具體涉及一種褐煤氣化微型反應裝置。

背景技術

煤炭是古代植物埋藏在地下經歷了復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物。其是地球上蘊藏量最為豐富，分布地域最為廣泛的化石燃料，是十八世紀以來人類世界使用的主要能源之一。至2006年底，世界煤炭可采資源量已達4.84×10⁴億噸標準煤，占世界化石燃料可采量的66.8%。我國是一個富煤少油的國家，煤炭是我國的主要能源，在國民經濟中具有重要的地位。與石油、天然氣相比，煤炭是一種較難于清潔利用的化石原料。煤炭是固體燃料，很難通過管道進行長距離的運輸。此外，煤炭中雜質含量相對較高，燃燒過程中會產生較多的有毒副產物、大量粉塵，對環境污染較大。煤炭氣化過程可以將難以加工處理的煤碳轉化為清潔的合成氣或燃料氣，把固體燃料變為更易于運輸和利用的氣體燃料；同時，除去產物中有害成分和大量粉塵，使煤炭得到高效清潔的利用，使環境得到有效保護。隨著我國國民經濟的飛速發展，煙煤、無煙煤等優質不可再生能源已被大量利用。大力開發利用其它一些資源有利于保障國家能源供應的穩定。褐煤，是煤化程度最低的礦產煤，具有灰分高、水分高、揮發分高等特點。我國的褐煤資源豐富，已探明的保有儲量達1303億噸，約占全國煤炭儲量的17%，在我國煤炭資源中占有重要地位。發展褐煤氣化技術、拓展褐煤開發利用空間是當前我國節能技術政策優先發展的方向之一。

褐煤氣化微型反應裝置（簡稱煤氣化微反）是在較小褐煤裝填量條件下考察氣化反應情況的一種小型裝置。通過調節各種實驗條件，包括煤粉裝填量、水蒸汽用量、氧氣用量、反應溫度、反應壓力等，優化出一組能夠將煤粉充分高效氣化的反應參數。同時，收集實驗的氣相產物、液相產物和固相產物，對它們進行表征分析，為進一步的煤氣化放大實驗提供參考。

發明內容

本發明旨在針對現有技術的技術缺陷，提供一種具有末端取樣組件及加料倉的褐煤氣化微型反應裝置。

為實現以上技術目的，本發明采用以下技術方案：

一種褐煤氣化微型反應裝置，包括氮氣源、空氣源、氧氣源、水源、汽化器、預熱器、氣化爐，其特征在于還包括恒溫箱、第一六通進樣器，其中氮氣源、空氣源、氧氣源分別通過管路與預熱器連接，水源通過管路先串聯汽化器再連接到預熱器，預熱器通過管路與氣化爐相連接，第一六通進樣器的進氣口與氣化爐通過管路連接，第一六通進樣器位于恒溫箱內部。

在此基礎上還可以增設冷凝器、背壓閥、干燥管、轉子流量計、第二六通進樣器，其中第一六通進樣器的出氣口通過管路與冷凝器相連接，冷凝器通過管路依次串聯背壓閥、干燥管、轉子流量計最后連接到第二六通進樣器的進氣口。以上增設的一系列組件實現了對剔除水分后氣相產物的在線檢測

此外，以上兩種技術方案均可以再增設加料倉，所述加料倉安裝在所述氣化爐的外表面；或者，增設氮氣輸入管路、加料倉，所述加料倉安裝在所述氣化爐的外表面，所述氮氣源通過氮氣輸入管路與加料倉相連接。

上述技術方案中，氮氣源、空氣源和氧氣源均為具有一定壓力的氣體源。

氣化爐上部安裝有加料倉的設計，在使用時可以先把褐煤原料裝入加料倉中，通過氮氣輸入管路往加料倉中加入氮氣，對加料倉進行充氣升壓，待加料倉壓力超過反應器壓力約為0.1MPa時停止充氣。將反應器升到指定反應溫度，打開加料倉底部的加料閥約3s，褐煤原料被加入反應器中。然后往反應器中通入水蒸氣和空氣，進行高溫煤氣化反應。此加料方法的優點是，褐煤在反應器達到指定溫度后再加入，避免了升溫過程中褐煤揮發分的跑出，有利于褐煤有用組分的完全轉化。此外，該反應器可實現煤料在升溫前的預先加入，只需升溫前將加料閥打開，將煤料從加料倉頂部加入即可。

本裝置可以配備兩個氣化反應器。一根反應器材質為2520不銹鋼，可以承受0.4MPa的壓力，反應溫度能夠達到1100攝氏度。一根反應器材質為Inconel625，可以承受3MPa的壓力，反應溫度能夠達到900攝氏度。根據不同的實驗要求，可以選擇安裝不同的反應器。

本褐煤氣化裝置可以配備了兩個六通進樣器。第一個六通進樣器安裝在恒溫箱中，恒溫箱緊接反應器，溫度保持在150攝氏度以上。該六通與一臺色譜相連，可以實現包含水蒸氣的氣相產物的在線檢測。第二個六通進樣器安裝在微反裝置的尾端。氣化反應生成的氣相產物經過冷凝器、氣液分離罐和干燥管脫除水分之后進入六通進樣器，該六通進樣器與色譜相連，可以實現剔除水分后氣相產物的在線檢測。

冷凝器之后安裝的背壓閥，用于調節氣化反應的壓力。