一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置製造方法
2023-06-09 16:15:46
一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置製造方法
【專利摘要】一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置，包括微波腔體、微波發生器、質量測定系統，溫度測定的系統、PLC實時數據採集控制系統、實時顯示腔體內物料圖像系統、後臺計算機組態軟體採集與控制系統、冷凝系統、負壓系統。本實用新型提供的裝置自動化程度高，操作簡便，採用本實用新型可以獲得多種反應物在最佳的微波條件下裂解得到高品質的烴類燃料和綠色化學品等，反應物具有工業化應用前景。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於生物質能源和油脂化工能源領域。 一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置
【背景技術】
[0002] 傳統裂解油料作物反應體系中物料各部位之間的溫差極大，熱傳過程中更不存 在對極性官能團優先供熱的物質基礎，因此傳統裂解過程中化學鍵的斷裂次序表現為隨 機性和不可控性，導致裂解產物非常複雜，特別是含氧化合物數量居高不下微波輔助裂解 (Microwave Assisted Pyrolysis,MAP)能顯著提高生物質裂解的催化定向性，從而使得裂 解產物表現出良好的選擇性。
[0003] 微波裂解反應器是生物質裂解製備綠色化學品技術的關鍵，雖然微波裂解技術已 經取得了很大的進展，但是微波裂解爐這一方面的研究還不夠。微波裂解爐經過幾代的發 展已經融合了加熱迅速、均勻性好、便於操作控制等優點，但是始終沒有實現單位質量反應 物吸收微波可控的裂解工藝，一般情況下，微波裂解過程中反應物隨著裂解反應的進行質 量而不斷減小，但是微波輸出功率卻沒有變化，因此造成反應後期單位質量的反應物吸收 微波過多，溫度急劇上升，進而發生焦化反應，影響綠色化學品的品質；另外，沒有被反應物 吸收的多餘微波可能影響磁控管，造成使用壽命減少。
[0004] 此外，微波特殊的加熱機理與傳統的熱傳導加熱有很大區別，因此研究反應物在 微波加熱的條件下反應和失重的規律是很有必要的，特別是對於尺寸較大，不易粉碎的反 應物。
【發明內容】
[0005] 本實用新型的目的在於彌補現有微波裂解爐不能實現單位質量反應物吸收微波 可控的不足，提出一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置。
[0006] 本實用新型是通過以下技術方案實現的。
[0007] 本實用新型是基於以下考慮的：隨反應物質量減小或反應時間的延長，通過自動 控制降低微波功率，保證反應物在整個裂解過程中單位質量微波輸出能量保持恆定。
[0008] 本實用新型所述的一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置包括地腳 調平衡（1)，密封箱（2)，精密天平（3)，聚四氟乙烯質量傳感器（4)，微波發生器（5)，石英 反應器（6)，不鏽鋼板（7)，矽酸鋁纖維板（8)，進氣口（9)，出氣口（10)，微波裂解儀開關 (11 )，LED顯示觸摸控制屏（12)，裂解腔體（13)，非接觸紅外測溫儀（14)，攝像頭（15)，儲 氣鋼瓶（16)，流量計（17)，計算機（18)，冷卻水循環系統（19)，冷凝器（20)，液體收集罐 (21)，抽氣泵（22)。
[0009] 地腳調平衡（1)安裝在爐體底盤四個下角，位於爐體上部的裂解腔體（13)分為內 外兩層，內層為矽酸鋁纖維板（8)，外層為不鏽鋼板（7);裂解腔體（13)左右兩側設有微波 發生器（5)，正面右上角設有微波裂解儀開關（11)和LED顯示觸摸控制屏（12);其內部裝 有攝像頭（15);精密天平（3)位於爐體下部的密封箱（2)中，並通過聚四氟乙烯質量傳感器 (4)與位於裂解腔體（13)內的秤盤連接；石英反應器（6)放置在秤盤上，反應物放置於石英 反應器（6)中；非接觸紅外測溫儀（14)位於石英反應器（6)上方；裂解腔體（13)的兩側分 別設有進氣口（9)和出氣口（10)，石英反應器（6)通過矽膠管穿過進氣口（9)連接到儲氣鋼 瓶（16)，通過另一矽膠管穿過出氣口（10)連接到冷凝器（20);冷凝器（20)的另一端依次與 液體收集罐（21)、抽氣泵（22)連接，冷凝器（20)同時連接到冷卻水循環系統（19);儲氣鋼 瓶（16)裝有流量計（17)和閥門。計算機（18)通過數據輸出線連接到LED顯示觸摸控制屏 (12)。
[0010] 本實用新型所述的秤盤為塗有矽酸鋁的圓形聚四氟乙烯材料。
[0011] 本實用新型所述的聚四氟乙烯質量傳感器（4)採用上壓式，準確度為O.Olg，稱量 範圍0-1000g，能夠放置石英反應器（6)。微波隨著試驗質量的減小自動降低微波功率（降 低微波功率不得小於0. 1W)。時間控制系統範圍ls-99h，隨著設備工作時間的延長自動降 低微波功率(降低微波功率不得小於0. 1W)。
[0012] 本實用新型所述的微波發生器（5)，其微波功率0-3K連續無級可調，微波腔體內 可放置玻璃反應器，非接觸紅外測溫儀（14)實時監測微波腔體溫度0-1200°C，物料加熱到 高溫狀態時，溫度控制範圍上、下限之差不小於50°C。
[0013] 冷凝器（20)溫度通過冷卻水循環系統（20) -5°C -5°C之間可調。
[0014] 負壓系統可通過抽氣泵（22)調節。
[0015] LED顯示觸摸控制屏（12)採用PLC進行時間、重量、溫度設定控制和微波功率調 節，觸控螢幕作為人機操作界面並顯示；裂解腔體（13)內部裝有攝像頭（15)，實時顯示腔體 內物料圖像，通過數字硬碟錄像機對實時物料圖像進行數字處理和硬碟存儲，圖像存儲量 大於1500小時；後臺計算機（18)控制數據通信系統採集和記錄溫度、微波功率、時間、重 量、圖像等實時數據。具備數據列表，直觀曲線顯示，實時數據顯示，歷史數據顯示，硬碟存 儲功能。
[0016] 本實用新型的目的在於彌補現有微波裂解爐不能實現單位質量反應物吸收微波 可控的不足，提供能夠隨著反應過程中供試反應物質量減小和時間的延長而可程序化自動 降低微波功率，保證反應物在整個裂解過程中單位質量微波輸出能量暴露保持恆定。減少 了傳統的微波裂解設備在裂解後期反應物質量變小卻在高功率微波輻射下發生的焦化反 應，保證反應物裂解液體的高品質。微波輸出功率可以設定與質量、時間、溫度測定系統聯 動。質量測定系統實施監測反應物的變化；溫度測定系統使用非接觸紅外測溫儀實時監測 微波腔體溫度。微波裂解氣氛可以為惰性氣氛或還原性氣氛，後臺計算機採集和記錄溫度、 微波功率、時間、重量、圖像等實時數據。採用本實用新型可以獲得多種反應物在最佳的微 波條件下裂解得到高品質的烴類燃料和綠色化學品等。本實用新型提供的裝置自動化程度 高，操作簡便，可以進一步改裝為工業化應用的連續式生產設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 附圖1為本實用新型結構示意圖。其中，1為地腳調平衡，2為密封箱，3為精密天 平，4聚四氟乙烯質量傳感器，5為微波發生器，6為石英反應器，7為矽酸鋁纖維板，8為不鏽 鋼板，9為進氣口，10為出氣口，11為微波裂解儀開關，12為LED顯示觸摸控制屏，13為裂解 腔體，14為非接觸紅外測溫儀，15為攝像頭，16為儲氣鋼瓶，17為流量計，18為計算機，19 為冷卻水循環系統，20為冷凝器，21為液體收集罐，22為抽氣泵。
【具體實施方式】
[0018] 本實用新型將通過以下實施例作進一步說明。
[0019] 實施例1。
[0020] 將500g乾燥的光皮樹油皂化物加入石英反應器（6)，石英反應器（6)分別連接到 儲氣鋼瓶（16)和冷凝器（20)，調節儲氣(惰性氣體或還原性氣體）鋼瓶（16)的流量計（17) 到最大開度，打開儲氣鋼瓶（16)的開關，調節閥門到適當開度，衝刷反應系統2分鐘。調節 冷卻水循環系統（20)的溫度為0°C，調節抽氣泵（22)負壓系統調至0. 2bar。關閉裂解爐 門，打開微波裂解儀開關（11 )，通過LED顯示觸摸控制屏（12)選擇重量控制模式，調節功率 為1500W，設置功率-重量自動調節程序為3W/g (反應物質量每減少lg微波輸出功率降低 3W)，反應時間15min，打開啟動開關，裂解開始，後臺計算機（19)採集和記錄溫度、微波功 率、時間、重量、圖像等實時數據。裂解結束，液體收集罐（21)收集裂解液體420g，液體產物 經過精餾得到汽油140 g、柴油200g、煤油80g。
[0021] 實施例2。
[0022] 將500g乾燥的烏桕酯油皂化物加入石英反應器（6)，石英反應器（6)分別連接到 儲氣鋼瓶（16)和冷凝器（20)，調節儲氣(惰性氣體或還原性氣體）鋼瓶（16)的流量計（17) 到最大開度，打開儲氣鋼瓶（16)的開關，調節閥門到適當開度，衝刷反應系統2分鐘。調節 冷卻水循環系統（20)的溫度為0°C，調節抽氣泵（22)負壓系統調至0. 2bar。關閉裂解爐 門，打開微波裂解儀開關（11 )，通過LED顯示觸摸控制屏（12)選擇重量控制模式，調節功率 為1500W，設置功率-重量自動調節程序為4W/g (反應物質量每減少lg微波輸出功率降低 4W)，反應時間15min，打開啟動開關，裂解開始，後臺計算機（19)採集和記錄溫度、微波功 率、時間、重量、圖像等實時數據。裂解結束，液體收集罐（21)收集裂解液體400g，液體產物 經過精餾得到汽油60 g、柴油180g、煤油160g。
[0023] 實施例3。
[0024] 將200g乾燥甘蔗渣（10%磷酸處理後）加入石英反應器（6)，石英反應器（6)分別 連接到儲氣鋼瓶（16)和冷凝器（20)，調節儲氣(惰性氣體或還原性氣體）鋼瓶（16)的流量 計（17)到最大開度，打開儲氣鋼瓶（16)的開關，調節閥門到適當開度，衝刷反應系統2分 鍾。調節冷卻水循環系統（20)的溫度為0°C，調節抽氣泵（22)負壓系統調至0.2bar。關閉 裂解爐門，打開微波裂解儀開關（11 )，通過LED顯示觸摸控制屏（12)選擇重量控制模式，調 節功率為2000W，設置功率-重量自動調節程序為10W/g (反應物質量每減少lg微波輸出功 率降低10W)，反應時間20min，打開啟動開關，裂解開始，後臺計算機（19)採集和記錄溫度、 微波功率、時間、重量、圖像等實時數據。裂解結束，收集裂解液體95g，蔗渣焦炭70g，液體 產物經過精餾得到水相55g (主要成分為醋酸)、油相40g (主要成分為糠醛)。
[0025] 實施例4。
[0026] 將200g乾燥竹廢料（4%磷酸，8%MgCl2處理後）加入石英反應器（6)，石英反應器 (6 )分別連接到儲氣鋼瓶（16 )和冷凝器（20 )，調節儲氣(惰性氣體或還原性氣體)鋼瓶（16 ) 的流量計（17)到最大開度，打開儲氣鋼瓶（16)的開關，調節閥門到適當開度，衝刷反應系 統2分鐘。調節冷卻水循環系統（20)的溫度為0°C，調節抽氣泵（22)負壓系統調至0.2bar。 關閉裂解爐門，打開微波裂解儀開關（11 )，通過LED顯示觸摸控制屏（12)選擇重量控制模 式，調節功率為1800W，設置功率-重量自動調節程序為9W/g (反應物質量每減少lg，微波 輸出功率降低9W)，反應時間25min，打開啟動開關，裂解開始，後臺計算機（19)採集和記錄 溫度、微波功率、時間、重量、圖像等實時數據。裂解結束，收集裂解液體85g，竹焦炭80g，液 體產物經過精餾得到水相40g (主要成分為醋酸)、油相45g (主要成分為糠醛)。
【權利要求】
1. 一種單位質量反應物微波輸出能量可控的裂解裝置，其特徵是包括地腳調平衡 (1)，密封箱（2)，精密天平（3)，聚四氟乙烯質量傳感器（4)，微波發生器（5)，石英反應 器（6)，不鏽鋼板（7)，矽酸鋁纖維板（8)，進氣口（9)，出氣口（10)，微波裂解儀開關（11)， LED顯示觸摸控制屏（12)，裂解腔體（13)，非接觸紅外測溫儀（14)，攝像頭（15)，儲氣鋼瓶 (16)，流量計（17)，計算機（18)，冷卻水循環系統（19)，冷凝器（20)，液體收集罐（21)，抽氣 泵（22);地腳調平衡（1)安裝在爐體底盤四個下角，位於爐體上部的裂解腔體（13)分為內 外兩層，內層為矽酸鋁纖維板（8)，外層為不鏽鋼板（7);裂解腔體（13)左右兩側設有微波 發生器（5)，正面右上角設有微波裂解儀開關（11)和LED顯示觸摸控制屏（12);其內部裝 有攝像頭（15);精密天平（3)位於爐體下部的密封箱（2)中，並通過聚四氟乙烯質量傳感器 (4)與位於裂解腔體（13)內的秤盤連接；石英反應器（6)放置在秤盤上，反應物放置於石英 反應器（6)中；非接觸紅外測溫儀（14)位於石英反應器（6)上方；裂解腔體（13)的兩側分 別設有進氣口（9)和出氣口（10)，石英反應器（6)通過矽膠管穿過進氣口（9)連接到儲氣鋼 瓶（16)，通過另一矽膠管穿過出氣口（10)連接到冷凝器（20);冷凝器（20)的另一端依次與 液體收集罐（21)、抽氣泵（22)連接，冷凝器（20)同時連接到冷卻水循環系統（19);儲氣鋼 瓶（16)裝有流量計（17)和閥門；計算機（18)通過數據輸出線連接到LED顯示觸摸控制屏 (12)。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵是所述的聚四氟乙烯質量傳感器（4)採用上壓 式。
【文檔編號】B01J19/12GK203874768SQ201420024848
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】王允圃, 劉玉環, 阮榕生 申請人:南昌大學