一种微波反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微波反应装置，所述装置包括反应腔、微波源和微波馈送装置，所述反应腔的一端设置进料斗，进料斗下方设置进料输送装置，反应腔的另一端设置有固体出料口和气体出口，所述反应腔内部轴向方向上设置进料推动螺旋组件，所述微波源为磁控管，所述微波馈送装置为矩形波导，所述矩形波导的馈口位于反应腔的外壁上。本发明专利技术所述微波反应装置可以满足生物质转化、褐煤清洁利用及其它相关能源化工领域里对反应设备大型化、工业化、高微波功率的需求。

A microwave reaction device

The invention discloses a microwave reaction device, the device includes a reaction chamber, a microwave source and microwave feeding device, one end of the reaction chamber is provided with a feed hopper, a feed hopper is arranged under the feeding device, the other end of the reaction chamber is provided with a solid outlet and the gas outlet of the reaction chamber axial the direction is arranged on the feeding auger component, the microwave source for the magnetron, the microwave feeding device is a rectangular waveguide, the rectangular waveguide feed port is located in the outer wall of the reaction chamber. The microwave reaction device of the invention can meet the needs of large-scale transformation, industrialization and high microwave power in the field of biomass conversion, lignite clean utilization and other related energy and chemical industries.

【技术实现步骤摘要】
一种微波反应装置
本专利技术属于能源化工领域，具体地说涉及可连续处理固体物料的微波反应装置。
技术介绍
随着以石化燃料为主的传统能源如煤炭、石油等的日趋紧缺及其利用过程中产生的一系列环境问题，世界各国都在积极探索利用可再生能源的开发利用。经过三十多年的经济飞跃式发展，我国已经成为能源消费大国，原油、天然气气的对外依存度分别达到60%和32%，国家能源安全面临严重挑战。同时化石能源资源的开发利用过程对生态环境造成的巨大压力，严重制约着经济和社会的可持续发展。开发清洁的可再生能源已成为我国能源领域的一个紧迫课题之一。生物质作为地球上最丰富的可再生能源，引起了人们越来越多的关注。生物质能源具有可再生和环境友好等双重属性，是国家重点鼓励发展领域。中国政府颁布了一系列行政法规，用于大力推广可再生能源的开发。目前国内已经成功地开发了一些小型生物质气化系统，主要是固定床气化炉。由于这种气化炉需要依靠空气为气化介质和氧化剂，大量氮气混入合成气中引起稀释效应，此工艺的主要缺点为：合成气热值偏低（约为4~5MJ/m3），以间歇方式操作，运行不稳定，燃气中焦油含量高，造成严重的系统堵塞和腐蚀的现象。微波辅助生物质热裂解制气是近年来开发出来的一项新技术，利用微波的穿透性实现生物质的“内热式”、“体积整体”加热，无需空气充当气化介质或氧化剂，以此技术获得的合成气热值高、并可实现小型装置的连续操作。微波辅助生物质气化技术不但可以生产出高质量的合成气，而且还可以解决热集成、焦油、气体净化等方面的问题，减化整体工程设计，节省投资。我国能源资源的基本特点是“富煤、缺油、少气”，在已探明的化石能源储量中，煤炭占94.3%，石油天然气仅占5.7%。煤炭是我国的主要能源，长期以来占一次能源消费总量的70%左右，并且在未来相当长的时期内，仍将在我国的能源结构中占主导地位。目前，我国煤炭探明资源储量10201.5亿吨，其中褐煤预测资源量1903亿吨，占全国煤炭预测量的41.18%。由于褐煤水分高（20%～50%）、挥发分高（45%～55%）、热值低、易风化和自燃，单位能量运输成本高，不利于长距离输送和贮存，只能就地加工转化。目前国内外产出的褐煤主要是在坑口电站用于燃烧发电，褐煤直接燃烧热效率较低，且温室气体排放量很大，环境污染严重。因而，开发褐煤清洁利用与高效转化技术已成为我国能源发展的重要课题。低温干馏技术作为煤炭清洁高效和梯级利用的核心技术，已经得到国内外广泛关注。褐煤低温干馏技术充分利用煤分子结构中含氢的潜在优势及丰富的芳香结构，有效降低褐煤中的水分含量和挥发分含量，提高发热量、能量密度和燃烧效率，消除了褐煤自燃的安全隐患。同时，褐煤干馏过程中可副产品低温煤焦油、煤气等高附加值产品，对于缓解国内石油供需矛盾，保障国家能源安全具有重要的战略意义。国内外学者针对褐煤低温干馏技术开展了大量研究，开发了各具特色的热解工艺。褐煤干馏工艺按加热方式的不同可分为外热式和内热式两类。外热式干馏工艺通过炉墙将热量间接传递给原料煤，热效率低，加热不均匀，挥发产物的二次分解严重。传统的内热式干馏工艺虽然克服了上述缺点，根据热载体类型不同，内热式分为气体热载体和固体热载体热解工艺。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧产生的热烟气作为热载体，通过高温气体将原料煤加热到热解温度，其传热方式主要以气体和固体颗粒之间对流换热为主。气体热载体工艺存在合成气将大量粉尘带入焦油中和煤气热值低（氮气混入煤气中）等缺点。与气体热载体热解工艺相比，固体热载体热解避免了煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，同时降低了冷却系统的负荷。将微波加热技术应用到生物质气化和褐煤干馏领域中能够有效解决常规加热方式加热速率慢、换热效率低、加热不均匀、焦油产率低等不足，具有良好的发展前景。微波干馏的原理是通过微波对极性分子的微波振荡使物料得以加热，因此其对固体物料的加热即不需要热载体，也不需要对固体颗粒进行深度破碎，且在相同干馏油收率的条件下干馏温度较传统的方式可以低100～200℃，充分体现了微波加热的“非热效应”。这些特点使其具有能耗低、物耗低、环境友好等特点，值得加大研究开发的力度。JoseM.Bermúdez等人在微波辅助气化（MIP）微藻（RSCAdvances,2014,4(72),38144-38151）的实验中发现：微波辅助气化可以大幅提高合成气的H2/CO比和气化产率。例如在同样的800°C条件下，常规气化（CP）的产气率是22.1%，而以微波辅助气化（MIP）获得的产气率则是65.7%，微波加热的“非热效应”在这里得到很好的验证。目前我国民用和工业用磁控管的常用频率是2450MHz，属于S波段，波长为12.2厘米。通常由于微波波长与物体几何尺寸的共度性，因此在S波段的微波单模腔的几何尺寸和容积都较小，这种小容积的炉腔无法满足工业大型化应用的需求。这就决定了无论是家用微波炉还是工业微波炉都不得不采用过模状态的多模电磁谐振腔，从物理学和电磁学的理论知道，任何一个谐振腔内，在过模状态下，其中可能存在的谐振模式数目是与该腔体的体积成正比的。换句话说，体积越大，其中可能存在的模式数目就越多，微波腔内的电场分布就会更加均匀，这就是为什么人们总是希望去设计一个腔体体积较大的炉腔去改善炉腔内电场分布的均匀性。但片面追求增大体积却会使微波功率一定情况下的功率密度就会下降，在这种情况下只有增大体积的同时增强微波电磁场密度才是唯一出路。专利号为CN200620029596的中国专利公布了一种新型的微波连续反应设备可以用于制备离子液体，其微波装置是以海尔家用微波炉（MF-2070EGZ型）改装而成，添加机械泵使之能够连续操作，但是单个的常规家用磁控管微波可以提供大约1kW的功率，显然不能满足微波功反应装置大型化的要求。专利号为CN200620062178的中国专利公布了一种微波连续干燥生产线，用于陶瓷制品加热干燥。干燥生产线由微波加热箱、微波加热源和输送陶瓷制品的传送带组成。传送装置由不吸收微波能、耐高温、高强度、耐磨损的材料构成，如聚四氟乙烯材料编织网带等。此装置是针对陶瓷制品干燥而设计的，用大量的小功率磁控管加热箱在传送带上串联叠加而成，优点是设计简单，不考虑非相干功率合成，缺点是占地面积大，能量密度小，只适合低温干燥。高温气化时传送带的材料选择和设计是难点之一。专利号为CN201510831109.4的中国专利公布了一种管道式工业微波加热装置。竖式110mm直径管状微波装置由8个喇叭式馈入装置以等间距离、等夹角间（45°）分布管道四周。总合成功率为80kW，当1m长的管道填满褐煤可在一定时间里可把褐煤加热到数百度，微波利用率较高，但这种加合功率的方法管径、波源总数目都受限，功率合成度、处理物料量受到限制。生物质气化和褐煤干馏所需温度和工业化处理量，就要求功率的合成程度更高。多波源合成时要采用可靠的反应器设计确保：（1）相邻微波馈入口的微波能形成有效相互叠加而不是相互抵消，从而提高微波源的使用效率；（2）避免从一个馈口产生的微波进入另一个馈口或打弧导致微波源损坏和烧毁。同时，由于微波波长相对较短，且固体材料内部几乎不存在自然对流，同时微波透射入固体材料时，其趋肤深度远小于材料的尺寸，造成了微波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波反应装置，所述反应装置包括反应腔、微波源和微波馈送装置；所述反应腔的一端设置进料斗，进料斗下方设置进料输送装置，反应腔的另一端设置有固体出料口和气体出口，所述反应腔内部轴向方向上设置进料推动螺旋组件，所述微波源为磁控管，所述微波馈送装置为矩形波导，所述矩形波导的馈口位于反应腔的外壁上，所述矩形波导的馈口的截面有长边和短边，相邻矩形波导的馈口的长边相互垂直排布，相邻两个矩形波导在轴向方向上的间距为与微波源特征频率相对应波长的一半的整数倍。

【技术特征摘要】
1.一种微波反应装置，所述反应装置包括反应腔、微波源和微波馈送装置；所述反应腔的一端设置进料斗，进料斗下方设置进料输送装置，反应腔的另一端设置有固体出料口和气体出口，所述反应腔内部轴向方向上设置进料推动螺旋组件，所述微波源为磁控管，所述微波馈送装置为矩形波导，所述矩形波导的馈口位于反应腔的外壁上，所述矩形波导的馈口的截面有长边和短边，相邻矩形波导的馈口的长边相互垂直排布，相邻两个矩形波导在轴向方向上的间距为与微波源特征频率相对应波长的一半的整数倍。2.按照权利要求1所述的微波反应装置，其特征在于：所述进料输送装置为安装有电子计量设备的输送装置。3.按照权利要求1所述的微波反应装置，其特征在于：所述进料推动螺旋组件包括旋转轴和螺旋片，螺旋片缠绕固定在旋转轴上。4.按照权利要求3所述的微波反应装置，其特征在于：所述进料推动螺旋组件的螺旋片将反应腔的内部分割为若干个隔离腔，相邻两个隔离腔之间通过螺旋片隔离开来。5.按照权利要求3所述的微波反应装置，其特征在于：在被进料推动螺旋组件分割出的每个隔离腔的腔体外部至少设置两个以上的矩形波导。6.按照权利要求5所述的微波反应装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长安，张庆军，刘继华，张忠清，宋永一，王鑫，蔡海乐，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11