本發明屬于潔凈煤，具體涉及一種煤炭地下氣化產物收集裝置及凈化分離方法。
背景技術：
1、煤炭是一種煤炭流態化開采新技術，將煤炭固態資源轉變為氣體和液體，是一種清潔高效技術。隨著“雙碳目標”的提出，煤炭地下氣化備受關注，煤炭在氣化爐內通過點火燃燒，發生氣化反應，產出物包括氣態產物(氫氣、甲烷和一氧化碳等有效組分)、液態產物(焦油)和固態產物(煤灰和殘渣)，其中，焦油和氣態產物是主要的經濟產物，目前大部分的研究主要集中在煤炭地下氣化地質評價選區，氣化工藝研究等方面，缺乏對氣化產物的凈化分離及收集的裝置和方法，影響氣化最終產物的經濟效益，氣體產物和焦油的排出造成環境污染。
2、專利公告號為cn105013800b的中國專利公開了一種煤焦油廢渣萃取分離過程中復合萃取劑的回收方法是將萃取、分離煤焦油廢渣后得到的含有復合萃取劑和焦油的混合溶液送入蒸餾罐，后加入水并加熱至沸騰，復合萃取劑和水形成的共沸物從混合溶液中揮發出來，冷凝回收餾出物獲得油水混合物，靜置分層得到復合萃取劑和水，返回系統循環利用。上述發明對焦油萃取效率低，只能初步萃取分離焦油，無法實現對氣體產物的凈化與收集，因此，亟待本領域技術人員解決上述技術問題。
技術實現思路
1、本發明要解決的技術問題是上述現有技術中，焦油萃取效率低，并且缺乏對氣化產物的凈化分離及收集的裝置和方法，影響氣化最終產物的經濟效益，氣體產物和焦油的排出造成環境污染。
2、為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
3、一種煤炭地下氣化產物收集裝置，包括氣化爐、固體分離器、焦油萃取裝置和負壓集氣裝置；所述氣化爐通過管道連通所述固體分離器，所述固體分離器通過耐高溫橡膠軟管連通所述焦油萃取裝置，所述焦油萃取裝置上方設置有所述負壓集氣裝置，所述焦油萃取裝置還設置有排油管道，所述排油管道通過耐腐蝕軟管連通所述焦油萃取裝置。
4、通過采用上述技術方案，通過固體分離器去除氣體中的固體顆粒(如煤灰)，可以防止這些顆粒在后續處理過程中造成管道堵塞或設備損壞，焦油萃取裝置利用四氯化碳有機溶劑的選擇性溶解特性，有效地從氣體中分離出焦油，從而得到更純凈的氣態產物，利用不同物質沸點的差異，通過對混合物進行加熱蒸餾，能夠有效地將焦油與四氯化碳分離，實現焦油的回收和四氯化碳的循環使用，負壓集氣裝置確保了有效氣體產物的收集，同時避免了焦油等液體成分混入，保證了氣體的干燥性和純凈度，通過有效的分離和回收過程，減少了對環境的污染，固體分離器和焦油萃取裝置的設計考慮到了操作的安全性，比如通過控制溫度來防止焦油固化等問題，采用四氯化碳作為可循環使用的溶劑，降低了運營成本，同時也減少了對新溶劑的需求，高效的分離技術使得有價值的副產品(如焦油)得以回收再利用，提高了整體工藝的經濟效益。
5、進一步地，所述固液分離器包括u型管一、可替換濾網和電熱絲組；所述可替換濾網通過法蘭安裝在所述u型管一上，所述電熱絲組螺旋纏繞在所述u型管一外壁，所述電熱絲組與溫度控制面板的電熱絲接入端口電性連接。
6、通過采用上述技術方案，可替換濾網通過法蘭安裝在u型管一上，這種設計使得濾網易于更換。當濾網因長時間使用而堵塞或損壞時，可以快速便捷地進行更換，從而保證了過濾效率的持續性，可以根據需要選擇不同孔徑的濾網，以適應不同粒徑固體顆粒的過濾需求，提高過濾效果，電熱絲組螺旋纏繞在u型管一外壁上的電熱絲組與溫度控制面板相連，能夠精確控制u型管內的溫度。通過保持一定的溫度(例如400℃)，可以有效防止氣體中的焦油成分冷卻并黏結到濾網上，延長濾網的使用壽命，并減少維護頻率，采用法蘭安裝方式固定濾網，不僅便于安裝和拆卸，而且確保了連接處的密封性，減少了泄漏的風險，通過溫度控制面板對電熱絲組進行調節，可以實現自動化控溫，簡化了操作流程，降低了人為錯誤的可能性。
7、進一步地，所述焦油萃取裝置包括耐高溫橡膠軟管，u型管二、有機溶劑和螺旋冷凝管；所述u型管一的氣體出口端通過所述耐高溫橡膠軟管與所述u型管二氣體入口端相連，所述u型管一的氣體出口端與u型管二氣體入口端上均設置有活塞，所述耐高溫橡膠軟管貫穿所述活塞探入所述u型管一與u型管二中；所述u型管二內裝有有機溶劑，所述有機溶劑采用四氯化碳，所述螺旋冷凝管纏繞在所述u型管二外壁。
8、通過采用上述技術方案，由于焦油可以溶解于四氯化碳中，而氫氣、甲烷、一氧化碳等有效氣體產物不溶于四氯化碳，因此采用四氯化碳作為萃取液能夠有效地將焦油從氣態產物中分離出來，從而獲得純凈的氣體，u型管二的結構有助于增加氣體與有機溶劑的接觸時間，提高萃取效率。同時，這種設計也便于觀察和控制萃取過程，螺旋冷凝管纏繞在u型管二外壁上的螺旋冷凝管通過水冷或其他冷卻介質來控制u型管內的溫度，通常保持在較低溫度(例如25℃)，這低于所有焦油組分的沸點，促使焦油液化，而氣體組分保持氣態，從而實現更有效的分離，活塞設置在u型管一的氣體出口端與u型管二氣體入口端上均設置有活塞，這樣的設計允許在需要時關閉或調節氣體流動，增加了操作的靈活性。此外，活塞的存在也有助于維護和更換耐高溫橡膠軟管，耐高溫橡膠軟管貫穿活塞探入u型管一與u型管二中的耐高溫橡膠軟管不僅保證了氣體傳輸的連續性，還提供了良好的密封性能，防止泄漏。
9、進一步地，所述負壓集氣裝置包括聚四氟乙烯膜、負壓風機和集氣管道；所述負壓風機通過管道連通所述集氣管道，所述聚四氟乙烯膜設置在所述集氣管道底部。
10、通過采用上述技術方案，通過產生負壓，可以有效地將經過處理后的純凈氣體從焦油萃取裝置中抽吸出來，并通過集氣管道進行收集。這種方式確保了氣體的連續流動，提高了收集效率，聚四氟乙烯膜設置在集氣管道底部，僅允許氣體通過而阻止液體(如焦油)進入集氣系統。這保證了收集到的氣體更加干燥和純凈，由于ptfe膜具有良好的疏水性和抗有機溶劑特性，它可以有效阻擋焦油等液態物質隨氣體一同排出，避免了這些物質對后續處理設備或儲存容器的污染，同時也減少了維護工作量，整個裝置結構相對簡單，易于安裝和維護。一旦安裝好后，只需定期檢查和清潔ptfe膜，即可保證系統的正常運行，負壓風機可以通過控制系統自動調節風速，以適應不同工況下的氣體流量需求，保持系統的穩定運行，ptfe膜的存在不僅防止了液體泄漏，還減少了因氣體中含有液體而導致的安全隱患，例如腐蝕、堵塞等問題，ptfe材料具有廣泛的溫度適應范圍，可以在不同的工作溫度下保持良好的性能，增加了系統的可靠性和耐用性。
11、進一步地，所述排油管道上還安裝有有機溶劑蒸餾裝置和集油組件，所述有機溶劑蒸餾裝置包括三通接頭、電熱絲組和耐腐蝕軟管；所述焦油萃取裝置焦油出口端通過所述三通接頭與管道相連，在所述焦油萃取裝置焦油出口端纏所述電熱絲組，所述三通接頭相連的管道上均纏繞所述電熱絲組；所述集油組件由多個儲油瓶組成，在所述三通接頭下方還連接有所述儲油瓶。
12、通過采用上述技術方案，在焦油萃取裝置的焦油出口端及后續管道上纏繞電熱絲組，通過控制不同的加熱溫度，可以逐步蒸發四氯化碳有機溶劑，從而實現焦油與溶劑的有效分離，三通接頭用于連接不同溫度段的管道，便于將不同沸點范圍內的焦油收集到相應的儲油瓶中，提高了產物的純度，通過設置多級加熱絲，可以針對焦油的不同組分進行分級加熱，確保每種組分在最適宜的溫度下被蒸發，從而得到更純凈的焦油產品，每個加熱區域都可以獨立控制溫度，使得整個過程更加靈活可控，可以根據實際需要調整加熱參數，以達到最佳的分離效果，通過加熱蒸發四氯化碳，并使其冷凝回流至焦油萃取裝置，實現了有機溶劑的循環利用，降低了運營成本，同時減少了對新溶劑的需求，根據不同溫度段收集的焦油，可以分別儲存在不同的儲油瓶中，便于后續的處理或銷售，提高了產品的附加值。
13、進一步地，所述耐腐蝕軟管中還安裝有聚四氟乙烯膜和負壓風機組成，所述聚四氟乙烯膜設置在所述耐腐蝕軟管內部，所述耐腐蝕軟管一端與所述三通接頭相連，另一端與所述負壓風機相連，所述負壓風機的出口端通過所述耐腐蝕軟管與所述焦油萃取裝置的u型管二下端相連。
14、通過采用上述技術方案，通過產生負壓，可以有效地將蒸發的四氯化碳氣體從有機溶劑蒸餾裝置抽吸出來，并將其重新引導回焦油萃取裝置。這種方式確保了氣體的連續流動，提高了系統的效率，ptfe膜設置在耐腐蝕軟管內部，僅允許氣體通過而阻止液體(如未完全蒸發的焦油滴)進入系統。這保證了氣體傳輸過程中的純凈度，避免了液體物質對后續處理設備的影響，由于ptfe膜具有良好的疏水性和抗有機溶劑特性，它可以有效阻擋液體隨氣體一同被吸入，從而防止了管道內的污染和堵塞問題，使用耐腐蝕材料制成的軟管能夠抵抗四氯化碳和其他可能存在的化學物質的侵蝕，延長了管道的使用壽命，ptfe膜的存在不僅防止了液體泄漏，還減少了因氣體中含有液體而導致的安全隱患，例如腐蝕、管道損壞等問題，ptfe材料具有廣泛的溫度適應范圍，可以在不同的工作溫度下保持良好的性能，增加了系統的可靠性和耐用性。
15、本發明還包括一種煤炭地下氣化產物凈化分離方法，利用煤炭地下氣化產物收集裝置實現煤炭地下氣化產物的凈化分離，包括以下步驟：
16、步驟1：通過氣化爐將氣化產物從煤炭中分離出；
17、步驟2：通過固體分離裝置將固體從氣化產物中分離出；
18、步驟3：通過焦油萃取裝置和有機蒸餾裝置萃取氣化產物中的焦油與純凈氣體；
19、步驟4：通過負壓集氣裝置對純凈氣體進行收集；
20、步驟5：通過排油管道內的電熱絲組將焦油與萃取劑分離；
21、步驟6：集油組件收集純凈的焦油，萃取劑回流到焦油萃取裝置。
22、進一步地，煤炭樣品在所述氣化爐內通過點火燃燒，發生氣化反應，產出物包括氣態產物、液態產物和固態產物，氣態產物攜帶部分固態產物通過管道進入所述u型管一，在所述u型管一的負壓條件下，氣態產物通過濾網進入與集氣管道相連通的外部收集裝置內，氣態產物經過耐高溫軟管進入焦油萃取裝置，在冷凝管的作用下，氣化的焦油在低溫條件下發生液化；氣態產物中未液化的焦油組分被四氯化碳有機溶劑萃取，在冷凝和四氯化碳萃取的雙重作用下，得到純凈的氫氣、甲烷和一氧化碳，氣體經過所述聚四氟乙烯膜，通過負壓風機進行收集；焦油和四氯化碳混合溶液進入所述排油管道；通過溫度控制面板，控制電熱絲溫度為80℃～90℃，使支管內混合溶液中的四氯化碳蒸發，蒸發出的四氯化碳氣體在負壓風機的作用下，通過耐腐蝕軟管進入焦油萃取裝置，在焦油萃取裝置中冷凝管的作用下，四氯化碳氣體液化，實現四氯化碳有機溶劑的循環利用；在電熱絲組的加熱作用下，四氯化碳溶劑蒸發，得到純凈的焦油樣品，焦油流入儲油瓶中，首先將電熱絲的溫度調節至100℃～150℃對焦油樣品進行初步收集；接著將電熱絲的溫度調節至200℃～250℃進一步收集焦油樣品；最后將電熱絲的溫度調節至300℃～350℃，完成對焦油樣品的全部收集。
23、通過采用上述技術方案，通過固體分離器、焦油萃取裝置和有機溶劑蒸餾裝置的多級處理，可以有效地將氣態、液態和固態產物分離開來，得到純凈的氫氣、甲烷和一氧化碳等有效氣體，利用四氯化碳作為萃取劑，可以高效地從氣態產物中去除焦油，提高氣體的純度，通過加熱蒸發四氯化碳，并在負壓風機的作用下重新冷凝回流至焦油萃取裝置，實現了四氯化碳的循環使用，減少了對新溶劑的需求，降低了運營成本，通過逐步調節電熱絲組的溫度，可以針對不同沸點范圍內的焦油組分進行分級收集，提高了焦油的純度和回收率，高效的分離和回收過程減少了有害物質的排放，有利于環境保護，通過優化加熱和冷卻過程，減少了不必要的能量消耗，提高了能源利用效率，整個系統采用模塊化設計，各部分相對獨立且易于拆裝，方便了日常維護和檢修工作，溫度控制面板和負壓風機的結合使用，可以實現對加熱和抽吸過程的精確控制，減少了人工干預，提高了系統的穩定性和可靠性。
24、本發明具有如下有益效果：
25、1.本發明通過固體分離器去除氣體中的固體顆粒(如煤灰)，防止管道堵塞或設備損壞，焦油萃取裝置利用四氯化碳有機溶劑的選擇性溶解特性，有效地從氣體中分離出焦油，從而得到更純凈的氣態產物(如氫氣、甲烷、一氧化碳)，通過對混合物進行加熱蒸餾，能夠有效地將焦油與四氯化碳分離，實現焦油的分級收集，提高了焦油的純度和回收率，不同溫度段的電熱絲組設置，使得每種焦油組分能夠在最適宜的溫度下被蒸發并收集，進一步提升了產品的質量；
26、2.本發明通過有效的分離和回收過程，減少了有害物質的排放，避免了對環境的污染，采用四氯化碳作為可循環使用的溶劑，通過加熱蒸發和冷凝回流，實現了四氯化碳的循環利用，降低了運營成本，同時也減少了對新溶劑的需求，符合可持續發展的要求，優化加熱和冷卻過程，減少了不必要的能量消耗，提高了能源利用效率，降低了整體工藝的能耗；
27、3.本發明整個系統采用模塊化設計，各部分相對獨立且易于拆裝，方便日常維護和檢修工作，通過溫度控制面板對電熱絲組進行調節，可以實現自動化控溫，簡化了操作流程，降低了人為錯誤的可能性。負壓風機可以通過控制系統自動調節風速，以適應不同工況下的氣體流量需求，保持系統的穩定運行，ptfe膜和耐腐蝕軟管的設計，有效防止了液體泄漏和管道堵塞，增加了系統的可靠性和耐用性，溫度監控功能可以在溫度異常時及時報警或自動切斷電源，提高了系統的安全性。