一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置制造方法
【专利摘要】一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置，包括微波腔体、微波发生器、质量测定系统，温度测定的系统、PLC实时数据采集控制系统、实时显示腔体内物料图像系统、后台计算机组态软件采集与控制系统、冷凝系统、负压系统。本实用新型提供的装置自动化程度高，操作简便，采用本实用新型可以获得多种反应物在最佳的微波条件下裂解得到高品质的烃类燃料和绿色化学品等，反应物具有工业化应用前景。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于生物质能源和油脂化工能源领域。 一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置
【背景技术】
[0002] 传统裂解油料作物反应体系中物料各部位之间的温差极大，热传过程中更不存 在对极性官能团优先供热的物质基础，因此传统裂解过程中化学键的断裂次序表现为随 机性和不可控性，导致裂解产物非常复杂，特别是含氧化合物数量居高不下微波辅助裂解 (Microwave Assisted Pyrolysis,MAP)能显著提高生物质裂解的催化定向性，从而使得裂 解产物表现出良好的选择性。
[0003] 微波裂解反应器是生物质裂解制备绿色化学品技术的关键，虽然微波裂解技术已 经取得了很大的进展，但是微波裂解炉这一方面的研究还不够。微波裂解炉经过几代的发 展已经融合了加热迅速、均匀性好、便于操作控制等优点，但是始终没有实现单位质量反应 物吸收微波可控的裂解工艺，一般情况下，微波裂解过程中反应物随着裂解反应的进行质 量而不断减小，但是微波输出功率却没有变化，因此造成反应后期单位质量的反应物吸收 微波过多，温度急剧上升，进而发生焦化反应，影响绿色化学品的品质；另外，没有被反应物 吸收的多余微波可能影响磁控管，造成使用寿命减少。
[0004] 此外，微波特殊的加热机理与传统的热传导加热有很大区别，因此研究反应物在 微波加热的条件下反应和失重的规律是很有必要的，特别是对于尺寸较大，不易粉碎的反 应物。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于弥补现有微波裂解炉不能实现单位质量反应物吸收微波 可控的不足，提出一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置。
[0006] 本实用新型是通过以下技术方案实现的。
[0007] 本实用新型是基于以下考虑的：随反应物质量减小或反应时间的延长，通过自动 控制降低微波功率，保证反应物在整个裂解过程中单位质量微波输出能量保持恒定。
[0008] 本实用新型所述的一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置包括地脚 调平衡（1)，密封箱（2)，精密天平（3)，聚四氟乙烯质量传感器（4)，微波发生器（5)，石英 反应器（6)，不锈钢板（7)，硅酸铝纤维板（8)，进气口（9)，出气口（10)，微波裂解仪开关 (11 )，LED显示触摸控制屏（12)，裂解腔体（13)，非接触红外测温仪（14)，摄像头（15)，储 气钢瓶（16)，流量计（17)，计算机（18)，冷却水循环系统（19)，冷凝器（20)，液体收集罐 (21)，抽气泵（22)。
[0009] 地脚调平衡（1)安装在炉体底盘四个下角，位于炉体上部的裂解腔体（13)分为内 外两层，内层为硅酸铝纤维板（8)，外层为不锈钢板（7);裂解腔体（13)左右两侧设有微波 发生器（5)，正面右上角设有微波裂解仪开关（11)和LED显示触摸控制屏（12);其内部装 有摄像头（15);精密天平（3)位于炉体下部的密封箱（2)中，并通过聚四氟乙烯质量传感器 (4)与位于裂解腔体（13)内的秤盘连接；石英反应器（6)放置在秤盘上，反应物放置于石英 反应器（6)中；非接触红外测温仪（14)位于石英反应器（6)上方；裂解腔体（13)的两侧分 别设有进气口（9)和出气口（10)，石英反应器（6)通过硅胶管穿过进气口（9)连接到储气钢 瓶（16)，通过另一硅胶管穿过出气口（10)连接到冷凝器（20);冷凝器（20)的另一端依次与 液体收集罐（21)、抽气泵（22)连接，冷凝器（20)同时连接到冷却水循环系统（19);储气钢 瓶（16)装有流量计（17)和阀门。计算机（18)通过数据输出线连接到LED显示触摸控制屏 (12)。
[0010] 本实用新型所述的秤盘为涂有硅酸铝的圆形聚四氟乙烯材料。
[0011] 本实用新型所述的聚四氟乙烯质量传感器（4)采用上压式，准确度为O.Olg，称量 范围0-1000g，能够放置石英反应器（6)。微波随着试验质量的减小自动降低微波功率（降 低微波功率不得小于0. 1W)。时间控制系统范围ls-99h，随着设备工作时间的延长自动降 低微波功率(降低微波功率不得小于0. 1W)。
[0012] 本实用新型所述的微波发生器（5)，其微波功率0-3K连续无级可调，微波腔体内 可放置玻璃反应器，非接触红外测温仪（14)实时监测微波腔体温度0-1200°C，物料加热到 高温状态时，温度控制范围上、下限之差不小于50°C。
[0013] 冷凝器（20)温度通过冷却水循环系统（20) -5°C -5°C之间可调。
[0014] 负压系统可通过抽气泵（22)调节。
[0015] LED显示触摸控制屏（12)采用PLC进行时间、重量、温度设定控制和微波功率调 节，触摸屏作为人机操作界面并显示；裂解腔体（13)内部装有摄像头（15)，实时显示腔体 内物料图像，通过数字硬盘录像机对实时物料图像进行数字处理和硬盘存储，图像存储量 大于1500小时；后台计算机（18)控制数据通信系统采集和记录温度、微波功率、时间、重 量、图像等实时数据。具备数据列表，直观曲线显示，实时数据显示，历史数据显示，硬盘存 储功能。
[0016] 本实用新型的目的在于弥补现有微波裂解炉不能实现单位质量反应物吸收微波 可控的不足，提供能够随着反应过程中供试反应物质量减小和时间的延长而可程序化自动 降低微波功率，保证反应物在整个裂解过程中单位质量微波输出能量暴露保持恒定。减少 了传统的微波裂解设备在裂解后期反应物质量变小却在高功率微波辐射下发生的焦化反 应，保证反应物裂解液体的高品质。微波输出功率可以设定与质量、时间、温度测定系统联 动。质量测定系统实施监测反应物的变化；温度测定系统使用非接触红外测温仪实时监测 微波腔体温度。微波裂解气氛可以为惰性气氛或还原性气氛，后台计算机采集和记录温度、 微波功率、时间、重量、图像等实时数据。采用本实用新型可以获得多种反应物在最佳的微 波条件下裂解得到高品质的烃类燃料和绿色化学品等。本实用新型提供的装置自动化程度 高，操作简便，可以进一步改装为工业化应用的连续式生产设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 附图1为本实用新型结构示意图。其中，1为地脚调平衡，2为密封箱，3为精密天 平，4聚四氟乙烯质量传感器，5为微波发生器，6为石英反应器，7为硅酸铝纤维板，8为不锈 钢板，9为进气口，10为出气口，11为微波裂解仪开关，12为LED显示触摸控制屏，13为裂解 腔体，14为非接触红外测温仪，15为摄像头，16为储气钢瓶，17为流量计，18为计算机，19 为冷却水循环系统，20为冷凝器，21为液体收集罐，22为抽气泵。
【具体实施方式】
[0018] 本实用新型将通过以下实施例作进一步说明。
[0019] 实施例1。
[0020] 将500g干燥的光皮树油皂化物加入石英反应器（6)，石英反应器（6)分别连接到 储气钢瓶（16)和冷凝器（20)，调节储气(惰性气体或还原性气体）钢瓶（16)的流量计（17) 到最大开度，打开储气钢瓶（16)的开关，调节阀门到适当开度，冲刷反应系统2分钟。调节 冷却水循环系统（20)的温度为0°C，调节抽气泵（22)负压系统调至0. 2bar。关闭裂解炉 门，打开微波裂解仪开关（11 )，通过LED显示触摸控制屏（12)选择重量控制模式，调节功率 为1500W，设置功率-重量自动调节程序为3W/g (反应物质量每减少lg微波输出功率降低 3W)，反应时间15min，打开启动开关，裂解开始，后台计算机（19)采集和记录温度、微波功 率、时间、重量、图像等实时数据。裂解结束，液体收集罐（21)收集裂解液体420g，液体产物 经过精馏得到汽油140 g、柴油200g、煤油80g。
[0021] 实施例2。
[0022] 将500g干燥的乌桕酯油皂化物加入石英反应器（6)，石英反应器（6)分别连接到 储气钢瓶（16)和冷凝器（20)，调节储气(惰性气体或还原性气体）钢瓶（16)的流量计（17) 到最大开度，打开储气钢瓶（16)的开关，调节阀门到适当开度，冲刷反应系统2分钟。调节 冷却水循环系统（20)的温度为0°C，调节抽气泵（22)负压系统调至0. 2bar。关闭裂解炉 门，打开微波裂解仪开关（11 )，通过LED显示触摸控制屏（12)选择重量控制模式，调节功率 为1500W，设置功率-重量自动调节程序为4W/g (反应物质量每减少lg微波输出功率降低 4W)，反应时间15min，打开启动开关，裂解开始，后台计算机（19)采集和记录温度、微波功 率、时间、重量、图像等实时数据。裂解结束，液体收集罐（21)收集裂解液体400g，液体产物 经过精馏得到汽油60 g、柴油180g、煤油160g。
[0023] 实施例3。
[0024] 将200g干燥甘蔗渣（10%磷酸处理后）加入石英反应器（6)，石英反应器（6)分别 连接到储气钢瓶（16)和冷凝器（20)，调节储气(惰性气体或还原性气体）钢瓶（16)的流量 计（17)到最大开度，打开储气钢瓶（16)的开关，调节阀门到适当开度，冲刷反应系统2分 钟。调节冷却水循环系统（20)的温度为0°C，调节抽气泵（22)负压系统调至0.2bar。关闭 裂解炉门，打开微波裂解仪开关（11 )，通过LED显示触摸控制屏（12)选择重量控制模式，调 节功率为2000W，设置功率-重量自动调节程序为10W/g (反应物质量每减少lg微波输出功 率降低10W)，反应时间20min，打开启动开关，裂解开始，后台计算机（19)采集和记录温度、 微波功率、时间、重量、图像等实时数据。裂解结束，收集裂解液体95g，蔗渣焦炭70g，液体 产物经过精馏得到水相55g (主要成分为醋酸)、油相40g (主要成分为糠醛)。
[0025] 实施例4。
[0026] 将200g干燥竹废料（4%磷酸，8%MgCl2处理后）加入石英反应器（6)，石英反应器 (6 )分别连接到储气钢瓶（16 )和冷凝器（20 )，调节储气(惰性气体或还原性气体)钢瓶（16 ) 的流量计（17)到最大开度，打开储气钢瓶（16)的开关，调节阀门到适当开度，冲刷反应系 统2分钟。调节冷却水循环系统（20)的温度为0°C，调节抽气泵（22)负压系统调至0.2bar。 关闭裂解炉门，打开微波裂解仪开关（11 )，通过LED显示触摸控制屏（12)选择重量控制模 式，调节功率为1800W，设置功率-重量自动调节程序为9W/g (反应物质量每减少lg，微波 输出功率降低9W)，反应时间25min，打开启动开关，裂解开始，后台计算机（19)采集和记录 温度、微波功率、时间、重量、图像等实时数据。裂解结束，收集裂解液体85g，竹焦炭80g，液 体产物经过精馏得到水相40g (主要成分为醋酸)、油相45g (主要成分为糠醛)。
【权利要求】
1. 一种单位质量反应物微波输出能量可控的裂解装置，其特征是包括地脚调平衡 (1)，密封箱（2)，精密天平（3)，聚四氟乙烯质量传感器（4)，微波发生器（5)，石英反应 器（6)，不锈钢板（7)，硅酸铝纤维板（8)，进气口（9)，出气口（10)，微波裂解仪开关（11)， LED显示触摸控制屏（12)，裂解腔体（13)，非接触红外测温仪（14)，摄像头（15)，储气钢瓶 (16)，流量计（17)，计算机（18)，冷却水循环系统（19)，冷凝器（20)，液体收集罐（21)，抽气 泵（22);地脚调平衡（1)安装在炉体底盘四个下角，位于炉体上部的裂解腔体（13)分为内 外两层，内层为硅酸铝纤维板（8)，外层为不锈钢板（7);裂解腔体（13)左右两侧设有微波 发生器（5)，正面右上角设有微波裂解仪开关（11)和LED显示触摸控制屏（12);其内部装 有摄像头（15);精密天平（3)位于炉体下部的密封箱（2)中，并通过聚四氟乙烯质量传感器 (4)与位于裂解腔体（13)内的秤盘连接；石英反应器（6)放置在秤盘上，反应物放置于石英 反应器（6)中；非接触红外测温仪（14)位于石英反应器（6)上方；裂解腔体（13)的两侧分 别设有进气口（9)和出气口（10)，石英反应器（6)通过硅胶管穿过进气口（9)连接到储气钢 瓶（16)，通过另一硅胶管穿过出气口（10)连接到冷凝器（20);冷凝器（20)的另一端依次与 液体收集罐（21)、抽气泵（22)连接，冷凝器（20)同时连接到冷却水循环系统（19);储气钢 瓶（16)装有流量计（17)和阀门；计算机（18)通过数据输出线连接到LED显示触摸控制屏 (12)。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的聚四氟乙烯质量传感器（4)采用上压 式。
【文档编号】B01J19/12GK203874768SQ201420024848
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】王允圃, 刘玉环, 阮榕生 申请人:南昌大学