[发明专利]双极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种双极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测系统及方法，该双极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测系统，包括双极微型固定床反应器、离线冷却装置和在线检测装置，所述双极微型固定床反应器分别连接离线冷却装置和在线检测装置，双极微型固定床反应器通过传输线连接离线冷却装置；双极微型固定床反应器对固态燃料样品进行催化热解；本发明的热解反应与催化反应互不干扰，反应器与加热单元能够快速分离降温，能够准确分析两种不同类型的、初级状态下的焦炭；两个反应器间用高温阀隔断，可实现固态燃料间歇式连续进样及催化剂失活实时监测，装置及反应器体积小，反应物停留时间短，适合基础实验研究，值得大力推广。

技术领域

本发明属于固态燃料催化热解反应及产物在线检测研究领域，具体涉 及一种用于固态燃料异位催化热解反应机理研究的双极微型固定床反应器 结合光电离质谱在线检测系统及方法。

背景技术

热解是一种重要的固态燃料热化学转化技术。以生物质热解为例，生 物质快速热解技术是生物质利用的一项重要途径。如果通过适当的手段对 生物质热解进行定向调控，促进热解反应按照某些特定的路径进行，并抑 制其他反应途径，实现生物质选择性的热解液化，从而控制热解产物的分 布。针对目前的研究，通过引入合适的催化剂并优化热解条件，可以提高 热解效率，并控制热解产物的分布，从而获得高品质的生物油或高价值的 化学品。

生物质热解反应器装置主要有固定床反应器、旋风反应器、烧蚀反应 器、携带流化床反应器、循环流化床反应器、旋转叶片反应器、旋转锥反 应器，多炉膛反应器等多种形式，在生物质的热解研究中，反应器的类型 和加热方式很大程度上决定了最终产物的分布，所以反应器的选择上是各 种技术路线的关键环节。

加热炉在生物质热解实验中是必不可缺的重要装置，传统的管式炉面 临着升温速率慢，降温速率更慢的状况，工作效率比较低。不利于多反应 条件下的科学研究，所以需要对加热炉进行优化升级。

生物质热解实验目前主要有两种催化热解方式，一种是生物质与催化 剂混合在同一个反应器内的原位催化热解设计，另一种是将生物质与催化 剂分别放置在两个反应器中的异位催化热解设计。原位催化设计具有反应 器成本较低，气相停留时间较短等优点，但存在以下缺陷：

一、生物质原料热解所需温度与催化剂活化温度存在差异，所以在实 验中很可能出现催化剂未达到最适宜的温度时生物质原料已经开始热解， 难以充分发挥催化剂催化效率；

二、生物质在催化热解过程中会产生液态或胶状中间体，这种中间体 会覆盖催化剂表面的活性位点，导致催化剂逐渐失活；

三、由于生物质与催化剂混合在一起加热，无法对生物质热解炭 (bio-char)以及残留在失活催化剂内的焦炭(coke)进行分离并快速降温， 进而难以准确分析两种不同类型的焦炭。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种燃料热解和催化分 离，分离加热，加热单元能够与反应器快速分离，适合基础实验研究的双 极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种双极微型固定床反应器结合光电离质谱在线检测系统，包括双极 微型固定床反应器、离线冷却装置和在线检测装置，所述双极微型固定床 反应器分别连接离线冷却装置和在线检测装置，双极微型固定床反应器通 过传输线连接离线冷却装置；

双极微型固定床反应器对固态燃料样品进行催化热解，产出的热解气 体进入在线监测装置进行在线监测或进入离线冷却装置进行收集。

作为本发明的进一步优化方案，所述传输线的材料为毛细管，毛细管 的外部依次设置有铜管和厚保温层，铜管保护毛细管不易折断，铜管的外 径为6mm。