[发明专利]一种石英管结合拉曼光谱仪监测水热液化过程的装置及方法

说明书

本发明公开了一种石英管结合拉曼光谱仪监测水热液化过程的装置及方法，本发明涉及可再生生物质能源利用领域，该装置包括带物镜的偏光显微镜、共聚焦拉曼光谱仪，用于拍摄图像的数码相机放置在拉曼光谱仪上方，且数码相机与拉曼光谱仪以及偏光显微镜的光路相通；恒温加热炉位于偏光显微镜的正下方，石英管置于恒温加热炉的凹槽内，循环冷却装置装在恒温加热炉的底部；计算机与共聚焦拉曼光谱仪以及数码相机相连。本发明方法实现了对水热反应过程的可视化，通过拍摄录像直观的了解主要产物生成的温度、时间以及整个反应过程的剧烈程度，对反应机理的研究具有指导意义，为水热生产生物油的后续优化奠定了基础，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于生物质可再生能源利用领域，涉及到用可视化的方法研究生物质水热液化制取生物油的实验装置，特别涉及到一种透明石英管结合拉曼光谱仪研究水热液化过程的实验装置。

背景技术

为了解决化石能源危机，以及其所带来的一系列的环境问题，我国已经对生物质能展开了研究。生物质能源作为最有前景的清洁可再生能源，具有来源广、可再生以及产量丰富的优点。因此，如何更加高效地开发利用生物质能源已经成为世界学者密切关注的难题。

在生物质热化学转化的技术中，热裂解和水热液化是最为常见的两种方式。与热裂解相比，水热液化生产的生物油含氧量较低，热值与柴油相近，且品质较高。此外，通过水热的方式无需对原料进行干燥，减少了能源的消耗。

传统的水热液化反应釜多为不锈钢高压容器，不能观察液化过程中原料的溶解、扩散、分解、聚合等一系列变化，只能通过最终产物成分分析推测过程中可能发生的物理化学反应。因此，本发明利用透明石英管反应器成功的解决了水热过程中的可视化问题，再利用不同物质具有与其对应的特征拉曼光谱的特性，结合拉曼光谱仪进一步验证过程中可能发生的化学反应，对后续液化条件的优化奠定了坚实的基础。

发明内容

针对传统不锈钢反应釜不能观察其内部变化的不足，本发明提出了一种透明石英管结合拉曼光谱仪研究水热液化过程的实验装置，为后续液化条件的优化提供了准确的参考。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

一种石英管结合拉曼光谱仪监测水热液化过程的装置，该装置包括带物镜的偏光显微镜、共聚焦拉曼光谱仪，用于拍摄图像的数码相机放置在拉曼光谱仪上方，且数码相机与拉曼光谱仪以及偏光显微镜的光路相通；恒温加热炉位于偏光显微镜的正下方，石英管置于恒温加热炉的凹槽内，循环冷却装置装在恒温加热炉的底部；计算机与共聚焦拉曼光谱仪以及数码相机相连。

进一步的，绝热材料石棉覆盖于恒温加热炉的上方，且绝热材料石棉上开有与石英管尺寸、位置一致的通孔。

进一步的，恒温加热炉通过温度控制仪进行温度调控的，循环冷却装置对恒温加热炉进行冷却降温。

进一步的，偏光显微镜与石英管的垂直距离可分别通过偏光显微镜和活动支架进行微调节和粗调节。

进一步的，所述光路采集系统是通过共聚焦拉曼光谱仪内的激发光源发射激光，通过偏光显微镜将光束聚焦在石英管反应器上并激发出拉曼信号，拉曼信号再通过偏光显微镜的物镜变成平行光被拉曼光谱仪接收，形成测试产物的拉曼谱图。

进一步的，所述的偏光显微镜是将普通光变成偏振光的镜检方法，为了清晰地观察由多种具有明显各向异性结构组成的生物原料在水热反应中的裂解聚合过程。

进一步的，所述光路采集系统中数码相机、共聚焦拉曼光谱仪和偏光显微镜的光路相通，且通过数据线与计算机相连。

进一步的，所述透明石英管反应器位于偏光显微镜焦距处。

进一步的，所述恒温加热炉的温度是通过温度控制仪调控的，并通过循环冷却装置对台架进行降温。