一种热解反应装置及其热解方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于有机物热解技术领域，具体涉及一种热解反应装置及其热解方法。本发明专利技术的热解反应装置包括用于热解反应的管式反应组件和加热组件，所述用于热解反应的管式反应组件包括沿载气流动方向顺次连通的过渡区、反应区和热解气输送区，其中，反应区包括球形反应腔和与其两侧相通的直管反应区，所述球形反应腔的内径D与直管反应区的内径d比为8－20：1；可以增加待热解物质在反应区的停留时间，并准确控制，增加载气和待热解物质混合均匀程度，减少因反应系统的不准确因素对最终有机物热解路径解析的影响。

A Pyrolysis Reactor and Its Pyrolysis Method

The invention belongs to the technical field of organic pyrolysis, in particular to a pyrolysis reaction device and a pyrolysis method thereof. The pyrolysis reaction device comprises a tubular reaction component and a heating component for pyrolysis reaction. The tubular reaction component for pyrolysis reaction comprises a transition zone, a reaction zone and a pyrolysis gas conveying zone connected sequentially along the direction of the flow of carrier gas. The reaction zone comprises a spherical reaction chamber and a straight tube reaction zone connected to both sides of the reaction chamber, and the inner diameter D of the spherical reaction chamber is opposite to the straight tube. The internal diameter D ratio of the reaction zone is 8-20:1, which can increase the residence time of the pyrolytic substances in the reaction zone and control accurately, increase the uniformity of the mixture of carrier gas and pyrolytic substances, and reduce the influence of the inaccurate factors of the reaction system on the final pyrolysis path analysis of organic substances.

【技术实现步骤摘要】
一种热解反应装置及其热解方法
本专利技术属于有机物热解
，具体涉及一种热解反应装置及其热解方法。
技术介绍
随着科技的发展和社会的进步，当前人们生活中的衣食住行，越来越离不开有机化学品，其中绝大多数均属于有机物。当这些生活用品被废弃，进入到垃圾中，随着垃圾的进一步处理，将会对环境带来潜在的危害。焚烧法是处理生活垃圾的主要方法，含有这些有机物的废弃物在燃烧过程中，将有可能释放很多有毒有害物质，从而对环境造成二次污染。很多学者在实验室条件下建立相应的装置，去研究这些有机物的高温降解机理，在这个过程中，温度、停留时间、氧气浓度等因素，均会对降解机理产生影响，因此如何精准的控制这些因素，成为了是否能够准确解析出化学品降解路径的主要瓶颈。研究污染物的热解路径常常需要在纯气相条件下进行，尽量避免表面反应、催化反应等其他因素的干扰，因此需要建立一个严谨的热解装置，这就要求热解过程中各项影响因素能够尽量精确。常见的热解装置为管式反应器，实验时，通过调整加热炉的温度，来实现有机物热解温度的调节。例如，中国专利CN104267140B公开了一种烟草热解燃烧反应器、分析系统及方法，所述的烟草热解燃烧反应器包括石英玻璃管、加热源、热电偶和温控系统。其中，所述石英玻璃管两端开口，用于盛放烟草样品，加热源能够对石英玻璃管内的烟草样品进行加热，热电偶与石英玻璃管相接触，并与温控系统相连，温控系统能够控制石英玻璃管内烟草样品的温度和温度的保持时间；此系统为烟草热解燃烧过程中主要烟气成分生成的机理研究提供了实验平台。但是，该类反应器存在至少以下两点问题：一方面是加热炉的温度恒定区域有限，各厂家生产的各类型号的加热炉其温度矫正曲线不一定相同，但无论是一段式的加热炉还是多段式加热炉，在加热到某一温度并稳定后，其加热炉两端和外部环境(室温25℃)之间，均会存在不同长度的一个温度过渡区，难以保证有机物在恒定温度的条件下进行热解，对解析有机物热解路径带来了干扰。另一方面，常用的热解反应器多为玻璃、陶瓷或石英制成的直管，能够直接放入到管式加热炉中。当有机物随载气进入到反应管时，将经过很长的过渡区，而在过渡区的停留时间过长导致在这一区域将发生副反应，从而影响最后对有机物热解路径的解析。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的热解装置过渡区比例高，实际热解反应时间不准确，对有机物热解路径解析影响大的缺陷，从而提供一种热解反应装置及其热解方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种用于热解反应的管式反应组件，包括沿载气流动方向顺次连通的过渡区、反应区和热解气输送区，其中，所述反应区包括球形反应腔和与其两侧相通的直管反应区，所述球形反应腔的内径D与直管反应区的内径d比为8－20：1；所述过渡区和热解气输送区均为直管结构，且分别与所述球形反应腔两侧的所述直管反应区相连接；所述反应区与所述过渡区的容积比大于10：1；所述过渡区靠近载气输入的一端连接有样品放置区，所述热解气输送区远离载气输入的一端连接吸附材料放置区。进一步地，所述直管反应区的内径不小于所述过渡区的内径。进一步地，所述直管反应区、所述过渡区和所述热解气输送区的内径一致。本专利技术还提供一种热解反应装置，包括上述用于热解反应的管式反应器和包覆于其外部的加热组件。进一步地，所述加热组件为管式加热炉。进一步地，所述的用于热解反应的管式反应器的过渡区还连接有进气管路，热解气输送区还连接有尾气排放管路。进一步地，所述加热组件至少包覆所述用于热解反应的管式反应器的样品放置区、过渡区、反应区、热解气输送区和吸附材料放置区。本专利技术还提供一种管式加热炉，包括上述用于热解反应的管式反应器或包括上述热解反应装置。本专利技术还提供上述热解反应装置的热解方法，包括以下步骤：1)获取热解反应装置在热解温度下的温度矫正曲线；2)将待热解有机物置于所述样品放置区，吸附材料置于所述吸附材料放置区；3)启动加热组件，并通入载气。进一步地，所述样品放置区的温度在100－150℃；所述吸附材料放置区的温度在150－200℃。进一步地，所述待热解有机物的挥发速率为0.001－0.1mol/min。进一步地，所述待热解有机物为多氯联苯、多环芳烃、二噁英中的一种。进一步地，所述吸附材料为XAD－2、XAD－4、XAD－7、XAD－8和活性炭中的一种。进一步地，用石英棉将待热解有机物固定在所述样品放置区。进一步地，用石英棉将吸附材料固定在所述吸附材料放置区。进一步地，所述载气为空气和惰性气体的混合气体。本专利技术还提供一种上述用于热解反应的管式反应组件或上述的热解反应装置或上述的管式加热炉或上述的固态有机物的热解方法在解析有机物热解路径方面的应用。本专利技术技术方案，具有如下优点：1、本专利技术提供了一种用于热解反应的管式反应组件，包括沿载气流动方向顺次连通的过渡区、反应区和热解气输送区，其中，所述反应区包括球形反应腔和与其两侧相通的直管反应区，反应区采用球形反应腔准确控制气体停留时间即实验中实际的热解反应时间，并且圆球形状最适宜于反应物与载气混合均匀，使得反应物气体浓度最大可能化的均一。从动力学上讲，球形(正圆)更容易使气体混合均匀；因此，本专利技术选择球形反应腔作为增加气体路径和精准控制气体停留时间的方式。所述球形反应腔的内径D与直管反应区的内径d比为8－20：1，在此比例范围内，即能保证增加在反应区的停留时间，也可以避免载体由直管反应区进入球形反应腔时气流扰动过大导致目标反应物与载气混合均匀到达稳定浓度所需的时间越长的现象。所述反应区与所述过渡区的容积比大于10：1，可以增加目标反应物随载气在反应区的停留时间，更大程度的接近理论停留时间。2、本专利技术提供了一种热解反应装置，可以增加有机物随载气在反应区的停留时间，更大程度的接近理论停留时间，可以极大程度的接近理论反应停留时间，降低其他区域对反应的影响，最大程度上减小因反应系统带来的不准确因素对最终有机物热解路径解析的影响。3、本专利技术还提供了一种热解方法，加热组件从启动到稳定状态需要一定的时间，将待热解有机物置于所述过渡区与待热解有机物挥发温度相同的区域，可以使得加热系统稳定后，有机物才开始挥发，减少了在过渡区的停留时间。将吸附材料置于所述热解气输送区与吸附材料对热解产物的吸附温度相同的区域，如果放置在温度过高的位置，产物被吸附后由于温度过高会进一步解吸附，吸附效果不理想，如果放置在温度过低的区域，产物在被吸附材料吸附之前易发生冷凝，放置在合适位置可以最大化提高吸附材料的吸附效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术用于热解反应的管式反应组件结构示意图；图2为本专利技术热解反应装置结构示意图；图3为本专利技术提供的管式加热炉的结构示意图；图4为实施例2热解反应装置的温度矫正曲线；图5为热解产物在不同反应器中生成浓度随温度的变化。附图标记说明：1－过渡区，2－球形反应腔，3－热解气输送区，4－直管反应区，5－样品放置区，6－吸附材料放置区，7－加热组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热解反应的管式反应组件，其特征在于，包括沿载气流动方向顺次连通的过渡区、反应区和热解气输送区，其中，所述反应区包括球形反应腔和与其两侧相通的直管反应区，所述球形反应腔的内径D与直管反应区的内径d比为8－20：1；所述过渡区和热解气输送区均为直管结构，且分别与所述球形反应腔两侧的所述直管反应区相连接；所述反应区与所述过渡区的容积比大于10：1；所述过渡区靠近载气输入的一端连接有样品放置区，所述热解气输送区远离载气输入的一端连接吸附材料放置区。

【技术特征摘要】
1.一种用于热解反应的管式反应组件，其特征在于，包括沿载气流动方向顺次连通的过渡区、反应区和热解气输送区，其中，所述反应区包括球形反应腔和与其两侧相通的直管反应区，所述球形反应腔的内径D与直管反应区的内径d比为8－20：1；所述过渡区和热解气输送区均为直管结构，且分别与所述球形反应腔两侧的所述直管反应区相连接；所述反应区与所述过渡区的容积比大于10：1；所述过渡区靠近载气输入的一端连接有样品放置区，所述热解气输送区远离载气输入的一端连接吸附材料放置区。2.根据权利要求1所述的用于热解反应的管式反应器，其特征在于，所述直管反应区、所述过渡区和所述热解气输送区的内径一致。3.一种热解反应装置，其特征在于，包括权利要求1或2所述的用于热解反应的管式反应器和包覆于其外部的加热组件。4.根据权利要求3所述的热解反应装置，其特征在于，所述的用于热解反应的管式反应器的过渡区还连接有进气管路，热解气输送区还连接有尾气排放管路。5.根据权利要求3或4所述的热解反应装置，其特征在于，所述加热组件至少包覆所述用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯嵩，徐建，郭昌胜，李雁，吕佳佩，张艳，党云博，张远，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11