[发明专利]含碳固体物质气化反应速率测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于测试装置及应用领域，更具体地说，是涉及一种用于煤、焦炭等气化反应速率的测试装置及方法。

背景技术

煤、焦炭等含碳固体物质用于气化原料，需要掌握其在各种条件下气化时的反应速率。热重分析仪已被广泛应用于测定煤的气化反应速率，该仪器可以测定煤的质量随时间的变化情况。但是，热重分析仪的气化气氛单一，试验样品量为毫克级，数据代表性差，而且测试时间长，无法满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含碳固体物质气化反应速率测试装置及方法，以解决现有技术中存在的热重分析仪气化气氛单一，试验样品量为毫克级，数据代表性差，而且测试时间长的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种含碳固体物质气化反应速率测试装置，包括管式加热炉和穿于所述管式加热炉内的反应管，所述反应管的两端分别为进气口和出气口，所述出气口的管壁外设有冷却水组件，所述反应管内设有透气烧结挡板，位于所述透气烧结挡板处的所述反应管外围设有热电偶，所述热电偶的另一端与设于所述管式加热炉外围的温控仪连接，所述温控仪与所述管式加热炉的加热导线连接，所述反应管的出气口与用于气体分析的气体分析仪连接，所述气体分析仪与计算机连接，所述管式加热炉转动安装于支架上。

进一步地，所述支架包括底座，所述底座上相对设有两个支撑臂，所述管式加热炉通过两个螺杆转动安装于两个所述支撑臂之间。

进一步地，所述冷却水组件包括缠绕在所述反应管上的硅橡胶盘管，所述硅橡胶盘管与冷却水源连通。

进一步地，所述气体分析仪为气体质谱仪、在线烟气分析仪和气相色谱仪中的至少一种。

本发明还提供了一种使用上述含碳固体物质气化反应速率测试装置的测试方法，包括以下步骤：

使管式加热炉处于横向位置，将粉末状样品放入反应管的进气口内，

接通电源，所述管式加热炉开始升温，达到气化温度后，开启冷却水组件，从所述反应管的进气口通入反应气，打开气体分析仪和计算机，开始测定所述反应管出气口处的气体，

待所述气体分析仪信号稳定后，转动所述管式加热炉，并使所述管式加热炉处于竖向位置，所述粉末状样品落入到透气烧结挡板上，发生气化反应，

当所述气体分析仪检测不到气体产物后，反应完成，关闭所述电源、所述反应气和所述冷却水组件。

进一步地，拧松所述管式加热炉与支架之间的螺杆，转动所述管式加热炉，使所述管式加热炉处于横向位置或竖向位置，拧紧所述螺杆。

进一步地，所述粉末状样品的质量取值范围为50㎎-20g。

进一步地，所述粉末状样品为粒径1μm-300μm的煤、焦炭或石油焦。

进一步地，所述反应气为氧气、二氧化碳、水蒸气、氢气、氧气和氮气的混合气、氧气与氩气的混合气、氩气与二氧化碳的混合气、氩气与水蒸气的混合气或氮气与二氧化碳的混合气。

本发明提供的含碳固体物质气化反应速率测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明反应管的外围设置管式加热炉，反应管的出气口与气体分析仪连接，气体分析仪又与计算机连接，当将样品放置于反应管后，并通反应气、开启冷却水组件，通过管式加热炉对反应管加热，当温度达到气化温度时，转动管式加热炉，使样品落到反应管内的透气烧结挡板上，进行气化反应，最后通过气体分析仪和计算机进行分析计算。因此，本发明提供的含碳固体物质气化反应速率测试装置操作方便、结构简单、数据可靠，能够模拟工业化气炉的反应条件，升温速率快，样品量少的情况下仍然可以进行气化反应，获得煤、焦炭等固体含碳物质的气化反应速率。

本发明提供的使用上述含碳固体物质气化反应速率测试装置的测试方法，适用于各种气氛及各种煤、焦炭等固体含碳物质在某一温度下气化，并连续测定气化产物，自动记录气化反应速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的含碳固体物质气化反应速率测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所采用的管式加热炉与支架的连接关系图；

图3为本发明实施例提供的煤在900℃和二氧化碳气氛下的气化反应速率图；

图4为本发明实施例提供的焦炭在1300℃和氧气与氮气混合气氛下的气化反应速率图。