本发明专利技术公开了一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置及其使用方法，属于生物质资源利用技术领域。该装置包括微波连续调频电源、微波谐振腔、石英管反应器和产物处理装置；微波谐振腔上设有微波馈口，微波连续调频电源与微波馈口连接；石英管反应器与惰性气体源连接，石英管反应器上连接有生物质进料斗，中部设有催化剂填充筛网隔垫，上方设有红外热成像仪，催化剂填充筛网隔垫处设有红外测温仪；产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，冷凝系统设于石英管反应器的出口处，集气袋设于冷凝系统的出口处。本发明专利技术通过匹配微波发射频率与生物质三大组分及催化剂的本征共振频率，达到降低生物质裂解活化能、实现定向解聚的目标。
A microwave continuous frequency modulation coordinated biomass directional depolymerization device and its application method
【技术实现步骤摘要】
一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置及其使用方法
本专利技术属于生物质资源利用
，具体涉及一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置及其使用方法。
技术介绍
木质纤维类生物质是化石能源的理想替代资源。我国作为农业大国，具有丰富的农林生物质资源。根据2017年《世界能源展望-中国特别报告》测算，我国每年可产生3亿吨农作物秸秆废弃物和3亿吨林业废弃物。因此，充分利用农林生物质资源，是缓解我国对石化能源依赖的一条可行途径。随着化石能源的日益枯竭，必将影响我国能源及精细化学品的生产与应用，进而对人们的日常生活造成严重影响。而生物质作为化石能源的理想替代资源，高效利用丰富的木质纤维资源，对我国的可持续发展具有重要意义。木质纤维转化技术主要包括热化学转化法及生物化学法等。目前，生物质热化学转化多数通过传统电加热方式供热，具有加热能耗高、加热速度慢、加热时间长、控温不稳定等缺点。而木质纤维是由纤维素、半纤维素、木质素通过C-O键、C-C键等连接组成的复杂大分子，在其高值化利用过程中，因为传统加热方式的不均匀性、控温困难等缺陷，很难实现木质纤维大分子中C-O键、C-C键的选择性断裂。而微波加热具有加热能耗低、加热速度快、加热均匀等优点，因此，微波加热在木质纤维生物质利用方面得到了广泛的关注。然而，值得指出的是，尽管与传统加热方式相比，微波加热在木质纤维液化、热解、气化等多个方面均表现出较好的利用前景。但是，目前微波加热一般多采用2.45GHz的固定频率，主要原因在于该微波发射频率与水分子的本征共振频率一致，从而能实现水分子的“共振”以达到较好的加热效果。由于木质纤维生物质由纤维素、半纤维素及木质素组成，其本征频率与水分子不同，因而常规微波加热可能无法实现三组分分子的“共振”断键，并且催化剂也由不同的活性组分及载体构成，其本征频率也与水分子不同，因此，如何实现对具有不同本征共振频率的生物质组分或催化剂活性组成进行“共振”，从而达到生物质定向解聚的目标成为需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，与传统2.45GHz固定发射频率的微波辅助生物质热解装置相比，本专利技术微波反应器的发射频率可与生物质纤维素、半纤维素及木质素三组分分子及催化剂的本征共振频率相匹配，以达到降低生物质裂解活化能、实现生物质三大组分的定向解聚的目标。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置的使用方法，装置结构简单，操作方便，可以实现生物质三大素的定向催化解聚。技术方案：为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，包括微波连续调频电源、微波谐振腔、石英管反应器和产物处理装置；所述微波谐振腔上设有微波馈口，所述微波连续调频电源与微波馈口连接；所述石英管反应器设于微波谐振腔中，石英管反应器与惰性气体源连接，所述石英管反应器上连接有生物质进料斗，中部设有催化剂填充筛网隔垫；所述石英管反应器上方设有红外热成像仪，用于实时监测催化剂床层的横截面温度场分布情况；催化剂填充筛网隔垫处设有红外测温仪，用于检测催化剂床层沿石英管反应器轴向截面的温度情况；所述产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，所述冷凝系统设于石英管反应器的出口处，所述集气袋设于冷凝系统的出口处，反应后的可冷凝产物组分经冷凝系统凝成液态生物油，不可冷凝部分则收集至集气袋中。所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述产物处理装置还包括在线检测系统，所述在线检测系统设于石英管反应器出口与冷凝系统之间。所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述红外测温仪为非接触式。所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述在线检测系统为气相-质谱联用仪。所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述微波连续调频电源由不同调频模块组成，微波发射频率在2.45～8GHz之间连续可调，输出功率在200～500W之间自由调整；频率调整幅度为0.1～1000MHz。所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，所述石英管反应器的内径为10mm。上述微波连续调频协同生物质定向解聚装置的使用方法，具体包括以下步骤：1)将催化剂均匀布置于催化剂填充筛网隔垫上，将生物质原料置于生物质进料系统中；开启惰性载气源对石英管反应器进行吹扫，并维持石英管反应器内惰性气体氛围；2)开启微波连续调频电源，频率连续变化的微波通过微波馈口进入微波谐振腔，布置于催化剂填充筛网隔垫上的催化剂床层，不断吸收不同频率的微波逐渐升温，一方面通过垂直布置于石英管顶部的热成像仪实时监测催化剂床层横截面的温度场变化，另一方面也通过非接触式红外测温仪实时监测催化剂沿石英管高度截面的温度，通过观察催化剂的温度，当达到反应温度时；进入步骤3)；3)开启生物质连续进料系统，将生物质原料均匀送入石英管反应器4内进行定向催化裂解反应；4)反应结束后，产物进入石英管反应器出口处的冷凝系统，气态产物中经冷凝系统冷凝后收集液态产品，不可冷凝的气态产物则被收集于集气袋中供后续离线分析。有益效果：与现有的技术相比，本专利技术的优点包括：(1)与传统2.45GHz固定发射频率的微波辅助生物质热解装置相比，本专利技术微波反应器的发射频率可与生物质纤维素、半纤维素及木质素三组分分子的本征共振频率相匹配，以达到降低生物质裂解活化能、实现生物质三大组分的定向解聚。(2)本专利技术连续变频的微波发射频率可实现激发更多催化剂活性组分的共振热点，达到选择性催化的目的。附图说明图1是微波连续调频协同生物质定向解聚装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图及具体的实施实例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施实例仅用于说明本专利技术专利而不用于限定本专利技术专利的范围，在阅读了本专利技术专利后，本领域技术人员对本专利技术专利的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例1一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，如图1所示。由图1可知，该装置包括微波连续调频电源1、微波谐振腔3、石英管反应器4和产物处理装置；微波谐振腔3上设有微波馈口2，微波连续调频电源1与微波馈口2连接，微波连续调频电源1由不同调频模块组成，微波发射频率在2.45～8GHz之间连续可调，输出功率在200～500W之间自由调整；频率调整幅度为0.1～1000MHz；石英管反应器4设于微波谐振腔3中，石英管反应器4上设有进料管道，进料管道的一端与石英管反应器4连接，另一端设有生物质进料斗7，中部设有催化剂填充筛网隔垫5；石英管反应器4与惰性气体源连接，石英管反应器4上方设有红外热成像仪6，两者之间有一定距离，不接触，距离的大小能保证实时监测到催化剂床层的横截面温度场分布情况即可；催化剂填充筛网隔垫5处设有非接触式的红外测温仪8，用于检测催化剂床层沿石英管反应器轴向截面的温度情况；产物处理装置包括冷凝系统10、集气袋和在线检测系统9，在线检测系统为气相-质谱联用仪，冷凝系统10设于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，其特征在于，包括微波连续调频电源(1)、微波谐振腔(3)、石英管反应器(4)和产物处理装置；所述微波谐振腔(3)上设有微波馈口(2)，所述微波连续调频电源(1)与微波馈口(2)连接；所述石英管反应器(4)设于微波谐振腔(3)中，石英管反应器(4)与惰性气体源连接，所述石英管反应器(4)上连接有生物质进料斗(7)，中部设有催化剂填充筛网隔垫(5)；所述石英管反应器(4)上方设有红外热成像仪(6)，催化剂填充筛网隔垫(5)处设有红外测温仪(8)；所述产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，所述冷凝系统(10)设于石英管反应器(4)的出口处，所述集气袋设于冷凝系统(10)的出口处。/n
【技术特征摘要】
1.一种微波连续调频协同生物质定向解聚装置，其特征在于，包括微波连续调频电源(1)、微波谐振腔(3)、石英管反应器(4)和产物处理装置；所述微波谐振腔(3)上设有微波馈口(2)，所述微波连续调频电源(1)与微波馈口(2)连接；所述石英管反应器(4)设于微波谐振腔(3)中，石英管反应器(4)与惰性气体源连接，所述石英管反应器(4)上连接有生物质进料斗(7)，中部设有催化剂填充筛网隔垫(5)；所述石英管反应器(4)上方设有红外热成像仪(6)，催化剂填充筛网隔垫(5)处设有红外测温仪(8)；所述产物处理装置包括冷凝系统和集气袋，所述冷凝系统(10)设于石英管反应器(4)的出口处，所述集气袋设于冷凝系统(10)的出口处。
2.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，其特征在于，所述产物处理装置还包括在线检测系统(9)，所述在线检测系统(9)设于石英管反应器(4)出口与冷凝系统(10)之间。
3.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，其特征在于，所述红外测温仪(8)为非接触式。
4.根据权利要求2所述微波连续调频协同生物质定向解聚装置，其特征在于，所述在线检测系统(9)为气相-质谱联用仪。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋剑春，王佳，周铭昊，孙云娟，刘朋，王奎，叶俊，李静，夏海虹，徐俊明，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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