[发明专利]测定煤热失重性能和热导性能以及测定煤或焦炭反应性的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤的热解领域，具体地，涉及一种测定煤热失重性能和热导性能以及测定煤或焦炭反应性的装置和方法。

背景技术

煤的热解是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，可以获得低水分、高含碳量、高发热量的半焦及附加值更高的焦油和煤气。用热解的方法生产洁净或改质的燃料，既可减少燃煤造成的环境污染，又能充分利用煤中所含的较高经济价值的化合物，具有保护环境、节能和合理利用煤炭资源的重要意义，是洁净、高效地综合利用煤炭资源提高煤炭产品附加值的有效途径。

开发和应用煤炭热解工艺的首要问题是研究煤的热解性能，要了解和掌握原料煤在不同加热速度和终温等多种条件下的热失重行为、产品(半焦、焦油和煤气)分布及品质。另外还需要了解和掌握原料煤的热导性能，可预测不同条件下物料的温度变化，进而为煤热解中热解反应器的设计、仿真模拟、工业放大设计和生产操作提供参考和依据。

CN103712881A公开了一种克级物料热重与产气特性研究实验装置，包括控制台和电子天平，对被测样品进行加热的加热炉，用于放置被测样品的坩埚，以及用于支撑电子天平的升降支撑架，加热炉固定在控制台的侧边，升降支撑架是由垂直支架和水平支撑板组成的Γ型结构，升降支撑架的垂直支架底端连接设置在控制台内的驱动电机上，电子天平位于加热炉的上方且设置在升降支撑架的水平支撑板的上面，升降支撑架的水平支撑板的下面通过一固定架连接反应管，坩埚设置在反应管内，并通过贯穿升降支撑架的水平支撑板的金属丝挂钩连接电子天平的弹簧片上。该装置中大样品量是指天平量程为0-110g，由于采用40ml容积的坩埚，对样品的质量和粒度都有较大限制，实际样品量应在20-30g，且只能研究样品气体产品特性，不能全面地评价煤热解过程生产半焦、焦油和煤气三种产品的分布，也未实现对煤的热导性能的测定。

CN103760054A公开了一种用于大试样测试的热重反应器，包括高温反应器、电加热炉、液压升降平台、密封箱和气源。该反应器采用了一种带扩张头的夹层套管式的热重反应器结构，但是并没有公开如何评价煤热解过程生产半焦、焦油和煤气三种产品的分布，也未实现对煤的热导性能的测定。

由此可见，为了更好地开发和应用煤的热解工艺，需要了解和掌握煤在不同热解条件下的热失重行为、产品(半焦、焦油和水分)分布，以及原料煤的热导性能。

发明内容

本发明的目的是为了了解煤在不同热解条件下的热失重性能、产品分布，煤的热导性能，以及煤或焦炭的反应性，提供了一种测定煤热失重性能和热导性能以及测定煤或焦炭反应性的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种测定煤热失重性能和热导性能以及测定煤或焦炭反应性的装置，其中，该装置包括：加热热解系统、气源系统、煤热解产物收集系统，以及数据记录和处理系统；所述加热热解系统包括：电加热炉22、反应器、电子天平10、天平支架单元、反应器升降单元；通过所述天平支架单元将电子天平10放置于电加热炉22的上方；通过天平拉杆12将所述反应器悬挂在电子天平10的下方；通过所述反应器升降单元将所述反应器从电加热炉22的炉膛中放入或取出；其中，在所述反应器中设置插入煤中心部位的试样测温热电偶24，在电加热炉22的炉膛的侧壁设置炉温热电偶23；所述气源系统通过进气金属管8与所述反应器相连通，用于向所述反应器中提供测定所需的气体或水蒸汽；所述煤热解产物收集系统与所述反应器的出气口14相连通，用于冷凝并收集所述反应器排出的热解气中的焦油和水分；所述数据记录和处理系统分别与所述加热热解系统、气源系统、煤热解产物收集系统相连接，实现所述装置的控制，并采集电子天平10、试样测温热电偶24、炉温热电偶23的数据；其中，当煤样在所述反应器中在所述气源系统提供惰性气体的条件下经受电加热炉22的加热进行热解时，电子天平10称量所述热解过程中煤样的质量，与热解时间、热解得到的半焦质量、所述煤热解产物收集系统收集的焦油质量和水分质量相关联，反映煤热失重性能；以及，炉温热电偶23和试样测温热电偶24测量所述热解过程中煤样的温度和电加热炉22的炉膛的侧壁的温度，确定热解过程中煤样的传导热量，反映煤热导性能；或者，当煤或焦炭在反应器中在所述气源系统提供反应气体的条件下经受电加热炉22的加热进行热反应时，电子天平10称量所述热反应过程中煤或焦炭的质量减少量，反映煤或焦炭反应性。