一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置；包括：微波辐射腔；微波吸收剂负载槽；置于微波辐射腔与微波吸收剂负载槽之间的石英管反应腔；微波辐射腔内的中部以及对应位置的微波吸收剂负载槽的下方设有由磁控管构成的微波发生器；红外测温探头群分别设置在磁控管的两端；微波辐射腔的两端分别连接第一、第二三通阀门；其中第一三通阀门的A端口连通环境大气；第二三通阀门的B端口连通微波辐射腔保护气充气装置；所述第二三通阀门的A端口通过管路连通第一三通阀门的B端口，在管路上依次串联有保护气冷却装置、保护气循环风机。本装置可广泛适用于实验室生物质化学链气化实验研究，具有积极应用价值。

Microwave based dual source heat coupled chemical chain gasification method and device thereof

The invention discloses a dual heat coupling chemical looping gasification method and device based on microwave; including: microwave radiation cavity; microwave absorbents in the tank; microwave radiation cavity and the microwave absorbing load groove between the quartz tube reactor; microwave radiation cavity of the central and the corresponding position of the microwave absorbing groove is arranged under the microwave generator load by a magnetron; infrared temperature measurement probe are respectively arranged at both ends of the magnetron group; both ends of the microwave radiation cavity are respectively connected with the first and the two or three valve; the 13 valve A port connected atmosphere; the two or three valve port connected B microwave radiation cavity gas protection device; the article two or three the A port is communicated with the first valve three way valve through a pipeline B port in the pipeline is connected with the protective gas cooling device, gas circulation in turn Fan\u3002 The device can be widely applied to the experimental research of biomass chemical chain gasification in laboratory, and has positive application value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置
本专利技术涉及生物质化学链气化实验装置，尤其涉及一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置。
技术介绍
在众多生物质能源化利用技术中，化学链气化(ChemicalLoopingGasification，CLG)作为一种新颖的气化技术，通过氧载体中的晶格氧替代常规气化反应的介质，向燃料提供气化反应所需要的氧元素并通过控制晶格氧与燃料的热值比来获得以H2和CO为主要组分的合成气。国际上，针对生物质化学链气化的研究大多依赖于借鉴煤化学链气化的研究经验。为获得较高热值的合成气，使得气化条件较为严苛，通常需要高温高压，这会对气化反应的能量输入提出很高的要求。如何建立一种高效，快速的气化反应装置是化学链气化技术工业应用面临的难题。微波具有波长短(1m～1mm)频率高(300MHZ～300GHZ)、量子特性等明显特征。微波技术广泛应用于雷达、导航、多路通讯、遥感及电视等方面。20世纪60年代开始，人们逐渐将微波加热技术应用于纸类、木材、树脂挤出等物理加工过程。近年，微波钼工业的生产过程中导入微波加热技术，不仅可有效提高反应转化率、选择性，而且体现出节能环保等诸多优点，其作为实现绿色工艺的手段之一而到人们的广泛重视。根据以往的生物质微波热解/气化研究，由于大多数生物质本身的弱微波吸收特性，微波加热无法有效地实现生物质的直接加热。通常的做法是将微波吸收剂混入生物质中，以提升微波加热效率。但这又会引发反应物过于复杂，难以对反应过程及反应产物进行有效控制。为解决生物质化学链气化技术中面临的技术难题，本专利技术提出了一种生物质化学链气化实验装置及其方法,尤其涉及一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法及其装置。解决传统做法容易引发反应物过于复杂，难以对反应过程及反应产物进行有效控制的技术问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于微波的双源热耦合化学链气化装置，包括如下部件：微波辐射腔13；填充有微波吸收剂的微波吸收剂负载槽10；置于微波辐射腔13与微波吸收剂负载槽10之间的石英管反应腔9；石英管反应腔9由电机11驱动其旋转；所述微波辐射腔13内的中部以及对应位置的微波吸收剂负载槽10的下方设有由磁控管7构成的微波发生器；所述红外测温探头群8分别设置在磁控管7的两端；所述微波辐射腔13的两端分别连接第一三通阀门4-1和第二三通阀门4-2；其中，第一三通阀门4-1的A端口连通环境大气；第二三通阀门4-2的B端口连通微波辐射腔保护气充气装置1；所述第二三通阀门4-2的A端口通过管路连通第一三通阀门4-1的B端口，在管路上依次串联有保护气冷却装置2、保护气循环风机3。所述石英管反应腔9的两端口处分别设置有微波抑制器6；第一三通阀门4-1向左拨，微波辐射腔13与环境大气接通；第二三通阀门4-2向右拨，联通微波辐射腔保护气充气装置1与微波辐射腔13，对微波辐射腔13进行充气；第二三通阀门4-2向左拨，第一三通阀门4-1向右拨，使微波辐射腔13、保护气循环风机3、保护气冷却装置2形成闭合回路。所述第一三通阀门4-1与微波辐射腔13之间的连接管路上设有气压及氧浓度检测表5。所述微波辐射腔13还设有辐射腔锁12。一种基于微波的双源热耦合化学链气化方法，其包括如下步骤：步骤一：将物料置于石英管反应腔9中部，并将其左右两端分别接入惰性载气及产物收集装置，先进行预吹扫以清空石英管反应腔9内空气，并在气化过程全程保持载气供给直至反应结束；步骤二：第一三通阀门4-1向左拨，使微波辐射腔13与环境大气接通，同时第二三通阀门4-2向右拨，联通微波辐射腔保护气充气装置1与微波辐射腔13；对微波辐射腔13进行充气，并关注气压及氧浓度检测表5显示的氧气水平与内部保护气压力；当氧浓度低于0.1％时，将第二三通阀门4-2向左拨，第一三通阀门4-1向右拨，使微波辐射腔13、气压及氧浓度检测表5、保护气循环风机3、保护气冷却装置2形成闭合回路；启动保护气循环风机3和保护气冷却装置2，使惰性气体在闭合回路内循环；整个反应过程需要维持微波辐射腔13的正压，若气压及氧浓度检测表5显示压力小于一个大气压时，应及时启动微波辐射腔保护气充气装置1来补充保护气；步骤三：启动电机11，使石英管反应腔9维持缓速旋转状态；接着启动磁控管7，通过计算机控制其输入功率与频率；物料表面温度由红外测温探头群8进行物料表面温度监测，温度数据由计算机采集存储；微波吸收剂负载槽10内的温度由贴片式热电偶进行温度监测，温度数据同样由计算机采集存储；反应结束，关闭磁控管7，解除微波辐射腔13辐射腔正压，打开辐射腔锁12，取出石英管反应腔9清洗。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：相比传统的电炉加热，双源热耦合化学链气化装置即包含了与传统电炉相似的加热方式(微波吸收剂的传导、对流和表面辐射)，又包含了微波的电磁辐射体加热，即保证了生物质气化所需要的温度条件，又引入了微波辐射能的作用，使得整个气化过程更加稳定、高效、快速、安全。具体表现为：(1)微波转化为热能的效率更高，更为直接，实现同样的气化条件，其输入的电能大大降低；(2)通过微波吸收剂吸收微波升温，形成一个稳定高温，保证了气化过程所需要的稳定高温；(3)微波辐射可直接照射在物料上实现体加热，配合微波吸收剂形成的稳定高温加热，形成双源热耦合强化加热方式；(4)反应腔在整个反应过程中不断旋转，可保证物料的充分混合和受热，同时缓解气化过程中产生的氧载体与生物质灰分烧结；(5)常规热电偶和单红外测温存在诸多问题，采用红外测温探头群组进行非接触式测温，可避免测温探头对磁场的影响，并有效实现从低温到高温大跨度的测温范围，降低了设备制造的复杂程度。(6)电机外围的微波屏蔽网可以对泄漏的微波进行阻截，其配合微波抑制器可形成应对微波泄漏的双层防护，有效防止微波泄漏；(7)本装置拆装清洗简单易行，且运行中所涉及的气体及液体均无毒无害，整个反应过程安全稳定，绿色环保。综上所述，本专利技术技术手段简便易行、高效快速、经济节能、安全稳定、绿色环保的优点，可广泛地适用于实验室生物质化学链气化实验研究，并具有进一步推广于工业应用的潜力。附图说明图1为本专利技术基于微波的双源热耦合化学链气化装置结构示意图。图2为图1局部剖视图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例如图1、2所示。本专利技术公开了一种基于微波的双源热耦合化学链气化装置，包括如下部件：微波辐射腔13；填充有微波吸收剂的微波吸收剂负载槽10；置于微波辐射腔13与微波吸收剂负载槽10之间的石英管反应腔9；石英管反应腔9由电机11驱动其旋转；电机11外周覆盖微波屏蔽网。所述微波辐射腔13内的中部以及对应位置的微波吸收剂负载槽10的下方设有由磁控管7构成的微波发生器；所述红外测温探头群8分别设置在磁控管7的两端；所述微波辐射腔13的两端分别连接第一三通阀门4-1和第二三通阀门4-2；其中，第一三通阀门4-1的A端口连通环境大气；第二三通阀门4-2的B端口连通微波辐射腔保护气(氩气、氮气)充气装置1；所述第二三通阀门4-2的A端口通过管路连通第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微波的双源热耦合化学链气化装置，其特征在于包括如下部件：微波辐射腔(13)；填充有微波吸收剂的微波吸收剂负载槽(10)；置于微波辐射腔(13)与微波吸收剂负载槽(10)之间的石英管反应腔(9)；石英管反应腔(9)由电机(11)驱动其旋转；所述微波辐射腔(13)内的中部以及对应位置的微波吸收剂负载槽(10)的下方设有由磁控管(7)构成的微波发生器；所述红外测温探头群(8)分别设置在磁控管(7)的两端；所述微波辐射腔(13)的两端分别连接第一三通阀门(4‑1)和第二三通阀门(4‑2)；其中，第一三通阀门(4‑1)的A端口连通环境大气；第二三通阀门(4‑2)的B端口连通微波辐射腔保护气充气装置(1)；所述第二三通阀门(4‑2)的A端口通过管路连通第一三通阀门(4‑1)的B端口，在管路上依次串联有保护气冷却装置(2)、保护气循环风机(3)。

【技术特征摘要】
1.一种基于微波的双源热耦合化学链气化装置，其特征在于包括如下部件：微波辐射腔(13)；填充有微波吸收剂的微波吸收剂负载槽(10)；置于微波辐射腔(13)与微波吸收剂负载槽(10)之间的石英管反应腔(9)；石英管反应腔(9)由电机(11)驱动其旋转；所述微波辐射腔(13)内的中部以及对应位置的微波吸收剂负载槽(10)的下方设有由磁控管(7)构成的微波发生器；所述红外测温探头群(8)分别设置在磁控管(7)的两端；所述微波辐射腔(13)的两端分别连接第一三通阀门(4-1)和第二三通阀门(4-2)；其中，第一三通阀门(4-1)的A端口连通环境大气；第二三通阀门(4-2)的B端口连通微波辐射腔保护气充气装置(1)；所述第二三通阀门(4-2)的A端口通过管路连通第一三通阀门(4-1)的B端口，在管路上依次串联有保护气冷却装置(2)、保护气循环风机(3)。2.根据权利要求1所述基于微波的双源热耦合化学链气化装置，其特征在于：所述石英管反应腔(9)的两端口处分别设置有微波抑制器(6)；第一三通阀门(4-1)向左拨，微波辐射腔(13)与环境大气接通；第二三通阀门(4-2)向右拨，联通微波辐射腔保护气充气装置(1)与微波辐射腔(13)，对微波辐射腔(13)进行充气；第二三通阀门(4-2)向左拨，第一三通阀门(4-1)向右拨，使微波辐射腔(13)、保护气循环风机(3)、保护气冷却装置(2)形成闭合回路。3.根据权利要求2所述基于微波的双源热耦合化学链气化装置，其特征在于：所述第一三通阀门(4-1)与微波辐射腔(13)之间的连接管路上设有气压及氧浓度检测表(5)。4.根据权利要求3所述基于微波的双源热耦合化学链气化装置，其特征在于：所述微波辐射腔(13)还设有辐射腔锁(12)。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖艳芬，林延，余昭胜，方诗雯，林有胜，范云龙，代民权，陈志杰，马晓茜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44