[发明专利]生物质燃烧气溶胶制备与检测一体装置及其方法

说明书

本发明公开一种生物质燃烧气溶胶制备与检测一体装置，包括依次连接的微型流化床反应器、传输线、以及在线检测装置。所述微型流化床反应器包括热解反应器与热解炉；所述热解反应器装置包括热电偶、导入管、石英砂；所述在线检测装置为光电离在线质谱；所述光电离质谱包括激光解析系统、激光电离器和光能电离器。本发明有利于保留气溶胶颗粒的原始状态，固定式微型流化床反应器由于其具有较高的、稳定的热传导效率，可以实现生物质的快速热解。对研究气溶胶颗粒的形成机理更加有利。

技术领域

本发明涉及一种生物质燃烧过程中产生的气溶胶产物的制备与在线检测研究领域，特别涉及一种生物质燃烧气溶胶制备与检测一体装置及其方法。

背景技术

森林火灾位居破坏森林的三大自然灾害之首，每年都会给林业生产带来严重损失，影响着森林资源的保护和发展。由于森林火灾突发性强、破坏性大、扑救极为困难等特点，一旦爆发，便会造成重大的人员伤亡、财产损失和环境污染。森林火灾产生的黑炭等气溶胶会对太阳辐射有着较强的吸收，引起空气质量严重下降，从而对气象造成严重影响。随着人类科学技术的发展，为了进一步了解林火的燃烧机理，前人已经做了大量的研究，因其复杂的物理化学燃烧特性，大部分实验和理论研究中使用了大量的假设(如无限快化学反应速率假设、固体热薄型假设以及无限宽假设)，主要从宏观层面(空气卷吸和热反馈)进行分析。森林火灾中的可燃物(木头、干草)多属于生物质一类，对生物质燃烧进行机理研究，有助于森林火灾的认识和防控。

气溶胶又称气胶、烟雾质，是指固体或液体微粒均匀地悬浮于气体介质中形成的分散体系。由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小，因而它们不像气态分子那样服从气体分子运动规律，但也不会像粗尘颗粒那样受地心引力作用而沉降，具有胶体性质，故称为气溶胶。

生物质为固体可燃物，受热后温度升高，达到一定温度时开始发生热解反应并且释放出可燃气体和气溶胶等有害物质。当可燃气体遇到明火或者其温度、浓度等达到自燃临界条件时，热解气体和固体可燃物开始着火。其中，森林火灾过程中伴生的烟尘，包含了大量烟尘气溶胶粒子，气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。据报道，与气溶胶有关的东南亚森林火灾等引发的大气雾霾在南亚每年就可导致50万人寿命缩短。目前，国际上对于生物质燃烧排放物还处于探究阶段，生物质燃烧过程中排放的气态和颗粒态等物质作为污染源之一，对生态环境污染产生重要影响，除了直接排放气态和颗粒态物质外，还会产生次生污染物，生成二次气溶胶。

前人对于生物质燃烧的研究主要集中在火焰形态及热辐射等，很少涉及生物质热解和点火机制，以及气溶胶生成机理进行研究。近年来气溶胶及其气候和环境效应研究已成为当前国际大气化学、燃烧化学研究的热点之一。生物质燃烧作为产生有机气溶胶的主要来源之一，在其中发挥了不可忽视的作用，所以目前对气溶胶产生机理的研究刻不容缓。

通过对生物质热解与燃烧产物的中间体检测，进而了解生物质的燃烧机理与气溶胶产物的有害成分，实现对火灾过程中生物质燃烧从微观层面到宏观层面更全面的认识，进而有效地降低森林火灾发生的可能性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物质燃烧气溶胶制备与检测一体装置及其方法。

本发明为解决现有技术中的部分难题，采用的技术方案是生物质燃烧气溶胶制备与检测一体装置，包括依次连接的微型流化床反应器、传输线、以及在线检测装置。

所述微型流化床反应器包括热解反应器与热解炉；所述热解反应器装置包括热电偶、导入管、石英砂；所述在线检测装置为光电离在线质谱；所述光电离质谱包括激光解析系统、激光电离器和光能电离器。

所述微型流化床反应器采用固定式设计，反应器中放置有定量的石英砂。

热电偶穿过直通时通过氟橡胶圈进行密封，石英砂高于反应器底部3cm，厚度为3mm。