[实用新型]一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置

说明书

本实用新型公开了一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，属于生物质资源利用技术领域。该装置包括微波连续调频电源、微波谐振腔、石英管反应器和产物处理装置；微波谐振腔上设有微波馈口，微波连续调频电源与微波馈口连接；石英管反应器与惰性气体源连接，石英管反应器上连接有生物质进料斗，中部设有催化剂填充筛网隔垫；石英管反应器上方设有红外热成像仪，催化剂填充筛网隔垫处设有红外测温仪；产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，冷凝系统设于石英管反应器的出口处，集气袋设于冷凝系统的出口处。本实用新型通过匹配微波发射频率与生物质三大组分及催化剂的本征共振频率，达到降低生物质裂解活化能、实现定向解聚。

技术领域

本实用新型属于生物质资源利用技术领域，具体涉及一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置。

背景技术

木质纤维类生物质是化石能源的理想替代资源。我国作为农业大国，具有丰富的农林生物质资源。根据2017年《世界能源展望-中国特别报告》测算，我国每年可产生3亿吨农作物秸秆废弃物和3亿吨林业废弃物。因此，充分利用农林生物质资源，是缓解我国对石化能源依赖的一条可行途径。随着化石能源的日益枯竭，必将影响我国能源及精细化学品的生产与应用，进而对人们的日常生活造成严重影响。而生物质作为化石能源的理想替代资源，高效利用丰富的木质纤维资源，对我国的可持续发展具有重要意义。

木质纤维转化技术主要包括热化学转化法及生物化学法等。目前，生物质热化学转化多数通过传统电加热方式供热，具有加热能耗高、加热速度慢、加热时间长、控温不稳定等缺点。而木质纤维是由纤维素、半纤维素、木质素通过C-O键、C-C键等连接组成的复杂大分子，在其高值化利用过程中，因为传统加热方式的不均匀性、控温困难等缺陷，很难实现木质纤维大分子中C-O键、C-C键的选择性断裂。而微波加热具有加热能耗低、加热速度快、加热均匀等优点，因此，微波加热在木质纤维生物质利用方面得到了广泛的关注。然而，值得指出的是，尽管与传统加热方式相比，微波加热在木质纤维液化、热解、气化等多个方面均表现出较好的利用前景。但是，目前微波加热一般多采用2.45GHz的固定频率，主要原因在于该微波发射频率与水分子的本征共振频率一致，从而能实现水分子的“共振”以达到较好的加热效果。由于木质纤维生物质由纤维素、半纤维素及木质素组成，其本征频率与水分子不同，因而常规微波加热可能无法实现三组分分子的“共振”断键，并且催化剂也由不同的活性组分及载体构成，其本征频率也与水分子不同，因此，如何实现对具有不同本征共振频率的生物质组分或催化剂活性组成进行“共振”，从而达到生物质定向解聚的目标成为需要解决的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，与传统2.45GHz固定发射频率的微波辅助生物质热解装置相比，本实用新型微波反应器的发射频率可与生物质纤维素、半纤维素及木质素三组分分子的本征共振频率相匹配，以达到降低生物质裂解活化能、实现生物质三大组分的定向解聚。

技术方案：为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，包括微波连续调频电源、微波谐振腔、石英管反应器和产物处理装置；所述微波谐振腔上设有微波馈口，所述微波连续调频电源与微波馈口连接；所述石英管反应器设于微波谐振腔中，石英管反应器与惰性气体源连接，所述石英管反应器上连接有生物质进料斗，中部设有催化剂填充筛网隔垫；所述石英管反应器上方设有红外热成像仪，用于实时监测催化剂床层的横截面温度场分布情况；催化剂填充筛网隔垫处设有红外测温仪，用于检测催化剂床层沿石英管反应器轴向截面的温度情况；所述产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，所述冷凝系统设于石英管反应器的出口处，所述集气袋设于冷凝系统的出口处，反应后的可冷凝产物组分经冷凝系统凝成液态生物油，不可冷凝部分则收集至集气袋中。

所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述产物处理装置还包括在线检测系统，所述在线检测系统设于石英管反应器出口与冷凝系统之间。

所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述红外测温仪为非接触式。