【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電加熱實(shí)驗(yàn)分析儀器相關(guān)，更具體地，涉及一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置。
技術(shù)介紹
1、隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，能源的清潔、低碳、高效利用已經(jīng)成為了目前能源科學(xué)研究的主流方向之一。我國(guó)的能源利用以煤炭為主體的火電作為主導(dǎo)，火力發(fā)電的碳排放量占總碳排放的40％以上。固體燃料的高效與低碳利用是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)。近年來(lái)涌現(xiàn)出了大量的固體燃料高效利用方法，包括煤炭液化、加壓氣化裝置、加壓富氧燃燒技術(shù)、加壓化學(xué)鏈燃燒技術(shù)等。這些技術(shù)的共同點(diǎn)都是需要在高溫高壓環(huán)境下利用煤炭、生物質(zhì)等固體燃料，以實(shí)現(xiàn)提高利用效率，降低污染物排放，co2集中處理等目標(biāo)。高壓環(huán)境對(duì)于提升反應(yīng)速率，降低硫、氮污染物排放有較好的效果。
2、在建設(shè)高溫高壓反應(yīng)裝置與系統(tǒng)之前，需要首先對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，以確定裝置的規(guī)模、反應(yīng)工況、產(chǎn)物比例等關(guān)鍵信息。這對(duì)于明確建設(shè)目標(biāo)，節(jié)約建設(shè)成本至關(guān)重要。然而目前模擬所用的反應(yīng)模型與相關(guān)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要為常壓情況下實(shí)驗(yàn)與總結(jié)出的規(guī)律，對(duì)高壓環(huán)境下的反應(yīng)過(guò)程難以進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。受制于儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境因素，現(xiàn)有的高壓環(huán)境熱化學(xué)轉(zhuǎn)化測(cè)量裝置很難給出一致性的結(jié)果。
3、babiński.p等人在thermochimica?acta(vol.682:178417(2019))雜志上公開(kāi)了一種利用加壓熱重分析儀進(jìn)行加壓富氧環(huán)境下煤焦的燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定的方法。首先將煤焦置于坩堝中，然后向熱重分析儀中通入富氧氣氛并提升壓力，最后提升溫度進(jìn)行失重曲線的測(cè)定。該方法成功給出了不同壓力下煤
4、cn202110740539.0公開(kāi)了一種自主開(kāi)發(fā)的加壓水平爐與測(cè)試方法，其采用高壓鋼瓶、反應(yīng)進(jìn)氣管和平衡氣進(jìn)氣管分別將反應(yīng)氣和平衡氣通入石英反應(yīng)器和承壓殼體，通過(guò)排氣組件控制壓力變換，通過(guò)物料進(jìn)給組件將實(shí)驗(yàn)物料在高溫高壓下快速送入、移出反應(yīng)區(qū)域，用以實(shí)現(xiàn)研究固體燃料在高溫高壓下的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程。但在該方法中物料堆積在石英舟內(nèi)部，傳熱傳質(zhì)過(guò)程與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的反應(yīng)裝置有較大差別，并且內(nèi)部的氣體混合嚴(yán)重，難以保證產(chǎn)物的時(shí)間特性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的在線測(cè)量。
5、綜上所述，現(xiàn)有的高溫高壓熱化學(xué)轉(zhuǎn)化測(cè)量裝置難以同時(shí)保證物料的有效傳熱傳質(zhì)和內(nèi)部氣體的平推流特性，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程偏離實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，反應(yīng)產(chǎn)物在檢測(cè)前互相混合，無(wú)法準(zhǔn)確、有效地對(duì)高溫高壓下固體燃料的熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行測(cè)量與分析，阻礙了高溫高壓氣固反應(yīng)模型的建立和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)提供了一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其目的在于實(shí)現(xiàn)高溫高壓環(huán)境下固體燃料的熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量，同時(shí)能夠保證反應(yīng)器內(nèi)部平推流特性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的在線測(cè)量。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，包括高壓配氣裝置、高壓脈沖進(jìn)樣裝置、高溫高壓反應(yīng)器和分析檢測(cè)裝置，所述高壓配氣裝置包括沿著氣流方向依次連接的高壓配氣系統(tǒng)16、高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)、進(jìn)氣泄壓閥21、高壓進(jìn)氣管23；
3、所述高壓脈沖進(jìn)樣裝置包括沿著氣流方向依次連接的脈沖泄壓閥15、耐高壓電磁閥14、脈沖進(jìn)樣器11、高壓進(jìn)樣管10；
4、所述高壓脈沖進(jìn)樣裝置的一端與所述高壓配氣系統(tǒng)16連接，另一端與所述高溫高壓反應(yīng)器通過(guò)高壓進(jìn)樣管10連接；所述高壓配氣裝置與所述高溫高壓反應(yīng)器通過(guò)高壓進(jìn)氣管23連接；
5、所述分析檢測(cè)裝置包括沿著氣流方向依次連接的過(guò)濾器8、背壓閥門7、質(zhì)譜6；所述過(guò)濾器8的一端連接所述所述高溫高壓反應(yīng)器，另一端連接所述背壓閥門7。
6、優(yōu)選地，所述高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)包括高壓質(zhì)量流量計(jì)一17、高壓質(zhì)量流量計(jì)二18、高壓質(zhì)量流量計(jì)三19、高壓質(zhì)量流量計(jì)四20，所述高壓質(zhì)量流量計(jì)一17，高壓質(zhì)量流量計(jì)二18、高壓質(zhì)量流量計(jì)三19、高壓質(zhì)量流量計(jì)四20的進(jìn)氣端分別連接高壓配氣系統(tǒng)16，出氣端連接進(jìn)氣泄壓閥21。
7、優(yōu)選地，所述高溫高壓反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體1、床料2、篩板24、加熱電爐3、熱電偶13、溫度檢測(cè)裝置12；所述篩板24焊接在反應(yīng)器殼體1內(nèi)部，所述床料2在密封前加入反應(yīng)器殼體1內(nèi)部，并放置在篩板24上，所述加熱電爐3包圍在反應(yīng)器殼體1的外部，用于維持反應(yīng)器殼體1內(nèi)部的高溫環(huán)境；所述反應(yīng)器殼體1的頂部開(kāi)有金屬通孔，所述熱電偶13通過(guò)金屬通孔深入反應(yīng)器殼體1底部，用于檢測(cè)反應(yīng)器殼體1內(nèi)部的溫度，所述溫度檢測(cè)裝置12與熱電偶13相連。
8、優(yōu)選地，所述反應(yīng)器殼體1通過(guò)合金卡套分別與高壓進(jìn)氣管23、高壓進(jìn)樣管10固定相連，共同構(gòu)成密閉腔體，保證內(nèi)部壓力的穩(wěn)定性。
9、優(yōu)選地，還包括壓降檢測(cè)裝置，所述壓降檢測(cè)裝置包括壓差檢測(cè)器一9、壓差檢測(cè)器二22、壓差表5；所述壓差檢測(cè)器一9設(shè)置在所述過(guò)濾器8與高溫高壓反應(yīng)器之間的管路上，并通過(guò)三通閥門與壓差表5相連；所述壓差檢測(cè)器二22設(shè)置所述進(jìn)氣泄壓閥21與高壓進(jìn)樣管23之間的管路上，并通過(guò)三通閥門與壓差表5相連。
10、優(yōu)選地，所述分析檢測(cè)裝置還包括計(jì)算機(jī)4，所述計(jì)算機(jī)4與質(zhì)譜6通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，反應(yīng)產(chǎn)物被氣體攜帶進(jìn)入過(guò)濾器8后通過(guò)背壓閥門7卸掉壓力，進(jìn)入質(zhì)譜6進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)4內(nèi)進(jìn)行分析。
11、優(yōu)選地，所述耐高壓電磁閥14的脈沖時(shí)間為20-100ms，耐受壓力不小于5mpa，脈沖壓力高于反應(yīng)器殼體內(nèi)部壓力0.2-0.5mpa；所述耐高壓電磁閥14的開(kāi)關(guān)由計(jì)算機(jī)4連接控制器進(jìn)行控制。
12、優(yōu)選地，所述高壓進(jìn)樣管10、高壓進(jìn)氣管23設(shè)置為3mm的316不銹鋼管道；所述背壓閥門7的耐受溫度為200℃以上。
13、優(yōu)選地，所述高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)的每一路的流量范圍最大為3000sccm，精度為1sccm。
14、優(yōu)選地，所述反應(yīng)器殼體1的壓力范圍為1-4mpa，所述篩板24耐受溫度設(shè)置為1000℃以上，所述床料2堆積高度在20mm以下。
15、總體而言，通過(guò)本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置主要具有以下有益效果：
16、1.本專利技術(shù)的高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)溫度與壓力的分別控制，內(nèi)部的壓力通過(guò)背壓閥門與進(jìn)氣泄壓閥門可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，溫度則由單獨(dú)的溫控系統(tǒng)控制，對(duì)溫度與壓力兩個(gè)關(guān)鍵反應(yīng)工況進(jìn)行解耦，能夠適用于低溫高壓、高溫低壓、高溫高壓等各種反應(yīng)工況下的熱化學(xué)反應(yīng)分析測(cè)量。
17、2.本專利技術(shù)的高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置中，其微型流化床內(nèi)部的高溫床料和流化氣能夠保證快速傳熱傳質(zhì)過(guò)程，測(cè)試工況可以模擬工業(yè)上的加壓氣化裝置、加壓富氧燃燒裝置等實(shí)際本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：包括高壓配氣裝置、高壓脈沖進(jìn)樣裝置、高溫高壓反應(yīng)器和分析檢測(cè)裝置；
2.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)包括高壓質(zhì)量流量計(jì)一(17)、高壓質(zhì)量流量計(jì)二(18)、高壓質(zhì)量流量計(jì)三(19)、高壓質(zhì)量流量計(jì)四(20)，所述高壓質(zhì)量流量計(jì)一(17)，高壓質(zhì)量流量計(jì)二(18)、高壓質(zhì)量流量計(jì)三(19)、高壓質(zhì)量流量計(jì)四(20)的進(jìn)氣端分別連接高壓配氣系統(tǒng)(16)，出氣端連接進(jìn)氣泄壓閥(21)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高溫高壓反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體(1)、床料(2)、篩板(24)、加熱電爐(3)、熱電偶(13)、溫度檢測(cè)裝置(12)；所述篩板(24)焊接在反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部，所述床料(2)在密封前加入反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部，并放置在篩板(24)上，所述加熱電爐(3)包圍在反應(yīng)器殼體(1)的外部，用于維持反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部的高溫環(huán)境；所述反應(yīng)器殼體(1)的頂部開(kāi)有金屬通孔，所述熱電偶(13)
4.如權(quán)利要求3所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述反應(yīng)器殼體(1)通過(guò)合金卡套分別與高壓進(jìn)氣管(23)、高壓進(jìn)樣管(10)固定相連，共同構(gòu)成密閉腔體，保證內(nèi)部壓力的穩(wěn)定性。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：還包括壓降檢測(cè)裝置，所述壓降檢測(cè)裝置包括壓差檢測(cè)器一(9)、壓差檢測(cè)器二(22)、壓差表(5)；所述壓差檢測(cè)器一(9)設(shè)置在所述過(guò)濾器(8)與高溫高壓反應(yīng)器之間的管路上，并通過(guò)三通閥門與壓差表(5)相連；所述壓差檢測(cè)器二(22)設(shè)置所述進(jìn)氣泄壓閥(21)與高壓進(jìn)樣管(23)之間的管路上，并通過(guò)三通閥門與壓差表(5)相連。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述分析檢測(cè)裝置還包括計(jì)算機(jī)(4)，所述計(jì)算機(jī)(4)與質(zhì)譜(6)通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，反應(yīng)產(chǎn)物被氣體攜帶進(jìn)入過(guò)濾器(8)后通過(guò)背壓閥門(7)卸掉壓力，進(jìn)入質(zhì)譜(6)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)進(jìn)行分析。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述耐高壓電磁閥(14)的脈沖時(shí)間為20-100ms，耐受壓力不小于5Mpa，脈沖壓力高于反應(yīng)器殼體內(nèi)部壓力0.2-0.5Mpa；所述耐高壓電磁閥(14)的開(kāi)關(guān)由計(jì)算機(jī)(4)連接控制器進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高壓進(jìn)樣管(10)、高壓進(jìn)氣管(23)設(shè)置為3mm的316不銹鋼管道；所述背壓閥門(7)的耐受溫度為200℃以上。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)的每一路的流量范圍最大為3000SCCM，精度為1SCCM。
10.如權(quán)利要求3所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述反應(yīng)器殼體(1)的壓力范圍為1-4Mpa，所述篩板(24)耐受溫度設(shè)置為1000℃以上，所述床料(2)堆積高度在20mm以下。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：包括高壓配氣裝置、高壓脈沖進(jìn)樣裝置、高溫高壓反應(yīng)器和分析檢測(cè)裝置；
2.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高壓質(zhì)量流量計(jì)管路系統(tǒng)包括高壓質(zhì)量流量計(jì)一(17)、高壓質(zhì)量流量計(jì)二(18)、高壓質(zhì)量流量計(jì)三(19)、高壓質(zhì)量流量計(jì)四(20)，所述高壓質(zhì)量流量計(jì)一(17)，高壓質(zhì)量流量計(jì)二(18)、高壓質(zhì)量流量計(jì)三(19)、高壓質(zhì)量流量計(jì)四(20)的進(jìn)氣端分別連接高壓配氣系統(tǒng)(16)，出氣端連接進(jìn)氣泄壓閥(21)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述高溫高壓反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體(1)、床料(2)、篩板(24)、加熱電爐(3)、熱電偶(13)、溫度檢測(cè)裝置(12)；所述篩板(24)焊接在反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部，所述床料(2)在密封前加入反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部，并放置在篩板(24)上，所述加熱電爐(3)包圍在反應(yīng)器殼體(1)的外部，用于維持反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部的高溫環(huán)境；所述反應(yīng)器殼體(1)的頂部開(kāi)有金屬通孔，所述熱電偶(13)通過(guò)金屬通孔深入反應(yīng)器殼體(1)底部，用于檢測(cè)反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)部的溫度，所述溫度檢測(cè)裝置(12)與熱電偶(13)相連。
4.如權(quán)利要求3所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述反應(yīng)器殼體(1)通過(guò)合金卡套分別與高壓進(jìn)氣管(23)、高壓進(jìn)樣管(10)固定相連，共同構(gòu)成密閉腔體，保證內(nèi)部壓力的穩(wěn)定性。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓微型流化床熱化學(xué)反應(yīng)測(cè)量裝置，其特征在于：還包括壓降檢測(cè)裝置，所述壓降檢測(cè)裝置包括壓差檢...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅光前，李明達(dá)，鄒仁杰，肖逸，張浩宇，劉慶語(yǔ)，劉子純，岳君容，姚洪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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