[发明专利]微型反应器及微型气固热反应在线分析装置

说明书

一种微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，该微型反应器包括：三层筛板，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，在该气体分散区域处设置液体注入支管，向气体分散区域输送液体而进行气化产生蒸气气氛；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，以供固体颗粒在蒸气气氛下进行反应；反应气体入口，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。进一步地提供包含该微型反应器的微型气固热反应在线分析装置。本发明无需外置水蒸气发生器，结构简单，操作方便，实现反应产物的在线检测与分析，为反应过程控制提供数据支持。

技术领域

本发明涉及科学分析装置技术领域，具体涉及一种适用于液体蒸气气氛的微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，广泛应用于能源、催化等领域相关反应机理研究。

背景技术

近年来，为了实现节能环保，实现资源的可持续利用。研究者普遍开始着眼于提高能源的利用效率，开展了大量关于煤及生物质的热解、气化、燃烧等过程的研究，以期探究反应的机理，实现反应过程的有效控制，进而将优化后的工艺工业化。其中，较常用的研究方法包括非等温法以及等温微分分析方法。

非等温分析方法是从几乎不发生反应的温度开始反应，研究升温过程中反应性能的变化，揭示升温过程与反应特性的对应关系。非等温分析方法中，较常用的仪器是热重分析仪、固定床反应装置等。非等温方法的优点为实验样品用量小，操作过程简便，反应过程中温度控制精确。热重分析仪可以精确测量升温过程中样品的质量变化，通过样品的失重曲线判断反应发生的温度，并推测可能发生的反应，而固定床反应装置通常可以通过收集反应中产生的气体产物进行离线分析，或偶联在线监测分析装置，通过分析气体产物的成分及生成时间，判断反应发生的温度及反应机理。

然而，非等温分析方法也存在一定的缺陷，对于热非稳定性物质在等温条件下进行的反应，以热重分析仪和固定床装置为代表的非等温分析方法难以实现。并且，非等温方法测定的反应速率与升温速率相关，且反应受到气体扩散效应的抑制作用，计算得到的动力学参数与反应的本征动力学存在一定的偏差。而等温微分分析方法则可以避免以上缺陷。近年来，研究者对等温微分分析方法进行了深入研究，开发出了一系列新型微型流化床在线反应分析装置，在气固相热反应研究中进行应用。

然而，现有的热反应在线分析装置对于检测有水蒸气参加的反应时还存在一定的缺陷。因为当反应气氛包含水蒸气时，一般均为外配水蒸气发生器，气体输送管路需加装辅热系统。另外，当反应气体为多种组分，需要配气时，还要在水蒸气输送通道内添加气体缓冲罐以及水蒸气排空装置。反应系统比较复杂，操作过程繁琐，且混合气体配置的过程中，如果系统的压力发生变化，或辅热保温不完全，还可能导致水蒸气浓度的变化，影响实验结果的准确性与稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供一种微型反应器，包括：下层筛板、中层筛板和上层筛板，分别固定于所述微型反应器内下部、中部和上部位置，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，作为液体进行气化以产生蒸气气氛的区域，在该气体分散区域内装有热交换介质；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，作为在蒸气气氛下的反应区域；液体注入支管，自该微型反应器外部通向所述气体分散区域，作为向所述气体分散区域输送液体而进行气化的通道；反应气体入口，设置于微型反应器的底部，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，设置于微型反应器的顶部，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。