[发明专利]用于对含有机质固体进行热转化评价的系统及方法

说明书

一种用于对含有机质固体进行热转化评价的系统及方法，系统包括配气单元、气体加热单元、称重单元、冷却单元和气体分析单元；各单元分别依次包括：并联设置的保护气路、N₂气路、CO气路、CO₂气路、CH₄气路、H₂气路和空气气路，气体混合器、放空气路和分析气路；加热器；称量结构和热转化结构，称量结构包括天平室、称量杆、冷却水夹套、第一连接头和样品篮，热转化结构包括管式炉，管式炉的中心设置有同中心轴的炉管，炉管的顶端设置有第二连接头，炉管的上部侧壁上设置有混合气入口，底端设置有管式炉出口；气体净化器；气体分析仪和第二放空阀。该系统及方法，能够对含有机质固体的热转化过程进行评价。

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及用于对含有机质固体进行热转化评价的系统及方法。

背景技术

以煤、油砂、生物质、城市固体垃圾和污泥为代表的含有机质固体中蕴含着大量的能量，除燃烧利用外，也可以通过热解、气化的方式将其转化为液体或气体燃料，无疑将扩大含有机质固体的利用方式与途径。影响含有机质固体热转化产率和性质的因素有很多，主要是含有机质固体自身和工艺条件两大方面。含有机质固体自身特性包括灰分、水分、有机质含量与种类等；热转化工艺条件包括温度、加热速率、压力、停留时间和气氛等。含有机质固体适合哪种热转化方式，需要在一定的热转化工艺条件下对其进行评价，对产物分布、产率、能耗和经济性进行综合比较，因此，建立一套这种热转化评价装置与方法就显得尤其重要。

热转化温度是影响产物产率和性质的主要因素。以煤的热转化为例，一般来讲，温度越高，煤转化的程度越大，总挥发物产率越高，固体残留物(半焦或焦炭)越少。加热速率本身对煤热解时总挥发物产率无明显影响，但影响不同温度时的脱挥发物产生速率。用电热法研究单颗粒煤在惰性气氛中热转化结果表明，当加热速度在100-1500℃/s范围内变化时，对烟煤脱除挥发物的影响甚微，加热速度达到1000℃/s以上时提高加热速度才能提高总挥发物产率。在0.0001-10MPa范围内用电热金属网对烟煤进行热转化，随着压强的增大，总挥发物产率单调降低。真空下的热失重是常压下的1.14倍，10MPa下的热失重是常压下的74％。挥发物的脱除需要一定的时间，温度越低，挥发物的完全脱除需要越长的时间；而在较高温度下完成一定程度的脱挥发物过程所需的时间非常短。在氢气氛中热转化时，CH₄和C₂以上烃的含量高于氮气氛，氦气氛中CH₄产率较高。褐煤在焦炉气氛围下的热解比氢气氛下的转化率降低了约7％，焦油收率则提高了约7％，两种条件下的焦油收率都比氮气氛围下的收率高(廖洪强等,燃料化学学报,1997,25:104)。在反应气为400mL/min CH₄和100mL/min O₂，热解温度为700℃，压力为2MPa时，兖州煤的焦油产率是相同条件H₂气氛下焦油产率的1.7倍，据此，胡浩权提供了一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的方法(CN 101747922 A)，该方法以富含甲烷混合气经催化转化后替代常规加氢热解所用氢气，提高流化床煤热解焦油产率的方法，工艺可以降低加氢热解成本，简化操作，增大处理量，实现规模生产，所得焦油产率高于相同条件下加氢热解焦油产率。因此，对含有机质固体的热转化条件进行系统评价，才能找到实现含有机固体价值利用最大化的路径。