一种有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统

1.本发明属于固体废弃物高效转化技术领域，具体涉及一种有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统。
2.

背景技术：

3.有机固体废弃物的处理是我国社会经济发展中必须面对的问题，利用现代技术实现有机固体废弃物的高效能源转化是缓解经济发展与化石能源消耗、环境污染之间矛盾的重要途径，符合国家重大战略需求，顺应经济社会可持续发展趋势。全球变暖是人类面对的一个重大的问题，其中低碳可持续发展是应对全球变暖的基本途径，发展清洁能源是重中之重。能源是人类生产和发展的最主要的资源之一，随着人口的增长和消费观念的提升，我国能源的使用量也在逐渐增长，国家统计局发布，2021年我国能源消费总量52.4亿标准煤，比2020年增长5.2%，其中，化石能源的使用仍是我国能源消费的最重要部分。通过热化学转化技术将有机固体废弃物转化为燃料及化学品等是缓解化石能源消耗和减少环境污染的重要途径。
4.根据有机固体废弃物中的化学组成成分，通过热转化技术将其转化为气体燃料、液体燃料和高附加值化学产品，可代替煤炭、石油、天然气等化石燃料。例如，热解技术可将有机固体物在特定温度和隔绝氧气的条件下快速热解形成气体、液体和固体产物（徐勇庆;罗聪;郑瑛;鲁博文;许洋;李小姗;张立麒;赵海波. 一种连续热解生物质炭气油多联产系统. 发明专利, 中国, zl201811125700.8.李安泰; 李松岩.生物质热解炭气油液的生产方法.发明专利, 中国, zl201710368574.8.）。有机固体物热转化后的产物具有较高的温度，难以直接收集相关成分，另外造成相关成分检测的不准确，因此需要对热转化产物进行冷却处理，进而分开得到液相产物、气相产物等（金兆迪; 张哲娜; 丛培超; 孙启刚; 谢金坤; 牛玉国.热解气冷凝协同处理含液油泥的装置.发明专利, 中国, zl202023343647.4.）。目前，有机固体物热转化的液相产物检测方法有两种，一种是在线检测的方式（zheng y, tao l, yang x, huang y, liu c, zheng z. study of the thermal be
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havior, kinetics, and product characterization of biomass and low-density polyethylene co-pyrolysis by thermogravimetric analysis and pyrolysis
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gc/ms. j anal appl pyrolysis 2018; 133 :185
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97.），一种是收集储存后再检测（jin q, wang x, li s, mikul ˇ
ci
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c h, be
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c t, deng s, et al. synergistic effects during co-pyrolysis of biomass and plastic: gas, tar, soot, char products and thermogravimetric study. j energy inst 2019; 92 :108
–
17.）。在线检测方法是实时反映热解状态与热解产物的重要方法，然而目前液相产物的在线获取还缺少简单便捷的方法，一般在热裂解气相色谱质谱联用技术（py-gc/ms）中进行，热裂解反应器的价格很高，且与实际的热解设备有一定的差别。热解设备中液相产物检测过程中需对液相产物进行冷却处理，利用传统方法液相产物往往在热转化反应结束后才能
获得（zhang h, xiao r, nie j, jin b, shao s, xiao g. catalytic pyrolysis of black
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liquor lignin by co-feeding with different plastics in a fluidized bed reactor. bioresour technol 2015; 192 :68
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74.）。然而随着热解技术的进步，热解产物需要在线实时获得，以掌握热解特性规律和产物演化规律。目前气相产物已实现了在线获取和检测（wang z, liu x, burra kg, li j, zhang m, lei t, et al. towards enhanced catalytic reactivity in co
2-assisted gasification of polypropylene. fuel 2021;284:119076.），然而液相产物的获取还未找到简便方法，可连续进行、快速方便获取液相产物的有机固体物热转化液相产物在线获取系统还未见公开或报道。
5.

技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统，其特征在于，系统包括导管、冷凝器、三角瓶、液相产物在线取样皿、旁通侧路、液相产物在线取样口。其中导管上端连接热转化反应器，下端连接冷凝器；冷凝器上端连接导管，下端连接三角瓶，冷凝器分支处连接旁通侧路；冷凝器中间为冷凝管，冷凝管外部包裹冷却水外套；三角瓶内对应瓶口的位置设置有液相产物在线取样皿，三角瓶侧壁设置有液相产物在线取样口，其上设置密封的可更换的橡胶塞；旁通侧路分为主路排空管和侧路排空管。
7.优选的，导管的外层设置有保护层；冷却水外套的冷却水进出口在同一侧或两侧，下端为冷却水进口，上端为冷却水出口，冷凝管内管含有三个可拆卸接口，分别连接导管、三角瓶和旁通侧路，优选地冷凝管下端为倾斜的漏斗形。
8.优选的，液相产物收集三角瓶的瓶口正下方附近设置有液相产物在线取样皿。
9.优选的，旁通侧路的出口分为排空主路和排空侧路，排空主路为不凝气体主要排空出口，排空侧路用于连接色谱和检测不凝气体成分。
10.优选的，还包括液相产物取样器，更具体地，其为注射器装置，三角瓶壁一侧上设置密封的橡胶塞，取样器针头可穿过橡胶塞取样，橡胶塞可多次使用和更换，保持密闭性良好。
11.优选的，在冷凝管与主路排空管连接处设置有导流片，导流片在冷凝管轴线垂直方向的投影长度为冷凝管直径45%-55%，优选为50%，导流片延伸方向与冷凝管轴线平行方向的角度为呈140
°‑
160
°
，优选为150
°
。
12.优选的，冷凝管、冷却水外套、冷却水进口、冷却水出口、导流片等共同组成冷凝器。
13.其中，本发明的冷凝管为有机固体物热转化液相产物在线获取系统的中心装置，其中冷凝管的内管含有三个可拆卸接口，分别连接导管、三角瓶和旁通排空管。优选地，冷凝管是选用一种导热性好的不锈钢材质制成，在冷却的过程中，能够快速的将有机固体物热转化液相产物，因而能够到的更多液相产物，提高其转化的效率。
14.与普通的三角瓶相比，本发明中的三角瓶主要有两大特点，一是三角瓶壁一侧上设置密封的橡胶塞，橡胶塞可多次使用和更换，保持密闭性良好，取样器针头可穿过橡胶塞取样，并且不会导致装置漏气；二是液相产物收集三角瓶的瓶口正下方附近设置有液相产
物在线取样皿，能够随时用取样器提取到实时产生的液相产物，使其得到更好的检测效果。
15.此外，旁通侧路出口处分为排空主路和排空侧路两个出口，前者排空主路为不凝气体主路排出口，排空侧路用于检测不凝气体的成分。在冷凝管与旁通排空主管连接处设置有导流片，导流片在冷凝管轴线垂直方向的投影长度为冷凝管直径50%（见示意图中的虚线放大部分），导流片延伸方向与冷凝管轴线平行方向的角度为呈150
°
，其目的主要是使得液相产物能顺利地流入三角瓶中；并且防止其进入到旁通侧路排空管而导致其液体挂到其壁上，导致旁通排空管堵塞进而引起检测效果降低。三个可拆卸接口能够很好的连接导管、三角瓶和旁通排空管，并且能够很好的保持装置的气密性。
16.本发明的有机固体物热转化液相产物在线获取系统，其具体的操作如下：有机固体物热解产物从连接反应器的导管流入冷凝器；冷却水从下口稳定流入却水外套，冷却水从上口稳定流出却水外套；热解产物在冷凝器中冷凝为液相产物，冷凝后的液相产物在重力作用下经过冷凝管内壁及导流片流入收集皿，收集皿满后流入三角瓶；液相产物取样器通过三角瓶侧壁上的橡胶塞进入三角瓶，从收集皿中实时取样，然后送往液相产物检测装置；冷却后的不凝气体进入旁通侧路，大部分不凝气体通过排空主路排空，小部分不凝气体通过排空侧路通向气体检测装置。
17.本发明与现有技术相比，具有如下优点：针对现有有机固体物热转化过程中的液相产物冷却、收集、检测不足及需求，本发明提供一种有机固体物热转化液相产物在线获取系统，具有结构简单，操作容易，收集和检测方便，可实现液相产物的实时获取，提高了检测效率，主要装置具有可拆卸性，可方便进行清洗，去除不必要的残留物，进而满足液相产物在线检测的连续性和精确性，提高液相产物的检测效率。
18.附图说明
19.图1为本发明具体实施方式中有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统的示意图。图中标注为：导管1，冷凝管2，三角瓶3，旁通排空管4，液相产物取样器5，反应器出口6，导管保温层7，冷却水外套8，冷却水出口9，冷却水进口10，导流片11，液相产物在线取样皿12，橡胶塞13，可拆卸接口一14-1，可拆卸接口二14-2，可拆卸接口一14-3，旁通排空侧管15，旁通排空主管16，导流片在冷凝管轴线垂直方向的投影长度为l。导流片延伸方向与冷凝管轴线平行方向的角度为α。
20.具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.实施例一：如图1所示，该有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统主要包括导管1、冷凝管2、三角瓶3、液相产物取样器5、旁通排空管4、旁通排空侧管15、旁通排空主管16，接口
14为可拆卸接口。热解产物从热转化反应器出口6进入导管1，导管1中的热解产物在推力的作用下经过可拆卸接口14-1流入冷凝管2；冷却水从冷却水进口10稳定流入，从冷却水出口9稳定流出；冷却后的液相产物经过冷却管2内壁及导流片11下流，通过可拆卸接口14-2流入三角瓶3瓶口正下方附近的液相产物在线取样皿12，进而流入三角瓶3中；利用液相产物取样器5，通过在三角瓶3上的在线取样口（其中设置密封的橡胶塞13），抽取液相产物在线取样皿12中的液相产物用于实时检测，抽取后的橡胶塞保持密闭；经过冷凝管后的一部分不凝气体经过可拆卸接口14-3进入旁通排空管4，一部分不凝气体进入旁通排空侧管15通向气体检测设备，大部分不凝气体从旁通排空主管16排出；导管1与冷凝管2通过可拆卸接口14-1连接，冷凝管2与三角瓶3通过可拆卸接口14-2连接，冷凝管2与旁通排空管4通过可拆卸接口14-3连接。
23.其中，在冷凝管2与旁通排空主管16连接处设置有导流片11，导流片在冷凝管轴线垂直方向的投影长度为冷凝管上直径的50%，导流片延伸方向与冷凝管轴线平行方向的角度倾斜呈150
°
。
24.实施例二：利用实施例一的有机固体物热转化过程液相产物在线获取系统的方法描述如下。主要包括（1）挥发分的高效冷凝；（2）液相产物的实时收集和获取；（3）不凝气体的检测和排空3个主要环节。具体如下：（1）挥发分的高效冷凝环节：有机固体物在热转化反应器（600℃-900℃）中产生的挥发分（热解产物）从反应器出口6进入导管1，导管1中的挥发分流入冷凝管2，挥发分中的长链碳氢氧化合物会在冷凝器中冷却为液相产物，液相产物经过冷却管2内壁及导流片11下流，进而流入三角瓶3瓶口正下方附近的液相产物在线取样皿12，液相产物在线取样皿12溢满后会流入三角瓶3中。
25.（2）液相产物的实时收集和获取环节：利用液相产物取样器5针头，刺穿三角瓶3上的橡皮塞13，进而到达在线取样皿12，利用液相产物取样器5抽取液相产物样品，取样后放入对应的标记瓶子（从有机固体物放入反应器开始计时，不同时间产生的液相产物进行标记），抽取后的橡胶塞可继续保持密闭。
26.（3）不凝气体的检测和排空环节：经过冷凝管器后的一部分不凝气体，主要为氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烷等，进入旁通排空管4，一小部分不凝气体进入旁通排空侧管15通向气体检测设备，如在线气相色谱，大部分不凝气体从旁通排空主管16排出，可排放到尾气处理装置。
27.以废旧轮胎为例，co2氛围、900℃条件下，不同时刻热转化产生不凝气体成分如下：