本发明专利技术涉及一种内部冷却的微波短线调谐器组件，该组件具有短线柱，所述短线柱具有用于在运行时接收循环冷却流体的中空管道。用于热解反应器的微波短线调谐器组件被描述为包括至少一个伸入到波导管腔中的细长中空主体柱塞。所述柱塞的每个中空主体部分具有至少一个用于接收循环冷却流体的内部冷却管道并且适于在循环冷却流体进入柱塞、流经每个所述内部冷却管道和离开柱塞时被所述循环冷却流体冷却。每个柱塞具有用于调节柱塞在波导管腔内的位置的位置调节器件。的位置的位置调节器件。的位置的位置调节器件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微波热解系统的内部冷却的阻抗调谐器
[0001]本专利技术涉及热解领域，并且更具体地涉及用于微波热解系统的联接器。
技术介绍
[0002]诸如生物量和塑料等产品的热解通常在厌氧条件下，即在无氧的环境下通过添加热量在反应器中进行。通常有三种主要的反应产物：石油、天然气和炭黑。在大多数情况下，热解过程被调谐以最大化油产率，因为其作为化学品或燃料的来源通常具有最大的价值。
[0003]用于热解的常规加热源通常包括燃料气体的燃烧以产生火焰和热燃烧气体或电阻加热元件。在这种传统的热解系统中，反应器的外表面被加热，使得热量可以经由穿过包括侧壁或底部的反应器壁的热传导传递给待热解的产品。
[0004]然而，至少一些传统热解系统具有至少一些以下缺点。
[0005]至少一些传统热解系统提供低的油产率，因为待热解产品的加热速率相对较低，这导致低的油产率。这是因为产品的加热速率由容器壁的温度确定，即容器壁温度越高，产品加热速率越高。最大容器壁加热速率以及因此的产品的最终温度通常由容器的热惯性、热源功率、热损耗、容器壁合金的选择、表面积和传热系数决定。所有这些约束条件都限制了原料的加热速率。然而，选择能够承受高温的合金(比如Inconel
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(铬镍铁合金)或钛)会增加系统的资本成本。
[0006]此外，低最终产品温度(即低反应温度)导致低反应速率并且还影响反应动力学。此外，由于反应器壁被加热到高于待热解产品的温度，产品在其离开反应器壁时经历温度升高，这可能导致产品的降解。
[0007]为了克服传统热解系统的至少一些上述缺陷，已经开发了微波热解系统。这种微波热解系统使用微波加热放置到反应器中的待热解产品。
[0008]微波是电磁波：垂直于磁场的移动电场。用于加热应用的微波通常具有2.45GHz(15kW以下的低功率)和915MHz(高达100kW的高功率)的频率，这些频率是固定的并且由国际法规确定。
[0009]微波热解系统相对于传统热解系统的一些主要优点包括导致高产品产率的高加热速率、导致高反应速率并改善动力学的高反应区域温度、快速温度调节以及允许避免热解反应的产品的降解的低环境温度。
[0010]然而，微波热解系统确实存在一些问题。这些问题之一涉及到将微波功率输送到反应器的手段。电力输送的一个挑战在于高强度电场的存在和化学反应器中污染物的存在。
[0011]通常微波热解系统包括用于将微波生成器生成的微波传播到将发生热解的反应器的微波波导管。通常的波导管是矩形管，其尺寸是根据微波波长/频率设定的，并且微波反应器的内部尺寸通常大于波导管的内部尺寸。因此，波导管内部的微波功率密度(体积小)通常比微波反应器中的大。
[0012]在反应器和波导管内的固定位置，将经历随时间振荡的电势和磁位。如果势能增
加到介质击穿电压以上，就会形成电弧。电弧提高气体的温度并产生等离子体。等离子体是导电的，并且振荡电场维持电弧，该电弧向最高功率密度的方向，即向微波生成器的方向行进。当电弧向微波生成器行进时，它会损坏金属表面及其接触的边界，即电弧会在金属上产生尖锐的边缘。通过停止微波注入可以消除电弧。一旦微波注入恢复，由先前电弧产生的尖锐的边缘的存在产生高电场强度的点，这增加了超过介质击穿电压的风险并促进了另一电弧的产生。因此，电弧的产生继而导致电弧作用的更高的可能性。由于波导管内部的功率密度与微波反应器相比通常较高，波导管内部的电弧作用的风险高于在反应器中。因此，波导管环境必须控制得很好(清洁度、高击穿电压、无污染物、光滑表面、无尖锐的边缘等)。
[0013]热解通常伴随产生炭黑颗粒的副反应。这些颗粒是导电的、细小的固体颗粒。当悬浮在气体中时，炭黑颗粒的存在降低了气体击穿电压并促进了电弧作用。通过反应产生的其他气体和/或液体的存在也可能降低介质击穿电压。
[0014]金属表面上的污染物沉积也可能导致热点和电弧作用。例如，在固定的炭黑颗粒中，振荡电场将感应出电流。由于炭黑颗粒的电阻不为零，炭黑颗粒由于电阻损耗而变热。因此，金属表面上可能会产生热点，这会导致表面损坏、表面熔化、尖锐的边缘和/或电弧作用。
[0015]传统的微波热解系统使用具有矩形横截面形状的微波波导管。在比如矩形微波波导管中，最高电场强度位于波导管的长边缘的中间。这对应于TE
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传输模式，其是矩形波导管的主要模式。在这种情况下，污染物的沉积可能导致金属上的热点、金属损坏、尖锐的边缘的产品和/或电弧作用。
[0016]此外，微波系统中的阻抗匹配通常需要最大化从微波生成器到反应器的传输功率并最小化反射功率。阻抗匹配通常使用虹膜或短线调谐器进行。虹膜是一个穿孔板，并且它的阻抗是根据孔的大小和几何结构。因为尺寸和几何结构都是固定的，所以虹膜的阻抗是固定的，并且在微波注入到反应器中期间可能不会实时改变。因此，虹膜是一种静态阻抗匹配系统。
[0017]短线调谐器是一种被构造为可调节的阻抗匹配系统。典型的短线调谐器由波导管区段组成，该波导管区段设置有柱形短线柱或柱塞，这些短线柱或柱塞沿着其长边缘垂直插入到波导管壁中。大多数传统的短线调谐器具有三个间隔开的通常设置在附接到波导管壁的外壳中的短线柱。插入到波导管中的深度可以变化，以改变调谐器的特性阻抗。大多数短线调谐器允许在微波注入期间实时改变每个单独短线柱的插入深度，从而调节阻抗匹配以最小化反射功率。因此，短线调谐器是一种动态阻抗匹配系统。
[0018]现有的短线调谐器设计用于匹配阻抗失配相对较低(电压驻波比(VSWR<10：1))的系统的阻抗。VSWR用于表征微波系统的阻抗失配：
[0019][0020]其中Γ是反射系数。
[0021]典型的短线调谐器可以覆盖史密斯圆图中大约一半的可完全匹配频谱。总的目标是使用短线调谐器使史密斯圆图读数在中间，这表示微波的低反射。
[0022]典型地，短线调谐器可以在波导管内的水平和/或竖直位置被手动移位，以便调谐阻抗匹配。微波调谐器通常使用千分尺托架驱动器以用于竖直位移。一般来说，短线柱是通
过螺杆驱动器来移位的。
[0023]自动短线调谐器经由通过计算机接口控制的致动器来操作短线柱的位移。
[0024]然而，当插入波导管内的微波场中时，短线柱受到电场和磁场的作用，这在短线柱表面上感应出电流。因为短线柱材料具有非零电阻(短线柱通常由铝或铜制成)，所以在短线柱上会发生电阻热损耗。在波导管壁上也会发生一些电阻损耗，但与短线柱上的损耗相比，这些损耗可以忽略不计。
[0025]由于短线柱上的那些电阻损耗，短线柱升温并且他们的运行温度升高。随着短线柱温度升高，短线柱经历热膨胀，从而其长度和直径增加。由于热膨胀，短线柱可能会在短线柱外壳内被挤压，并且螺杆驱动器可能不再移入和移出调谐器。然后，系统失去了其改变调谐器阻抗的能力。此外，迫使短线柱移动或移出可能会对短线柱、短线柱外壳、螺杆驱动器和/或致动器造成机械损坏。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于热解反应器的微波短线调谐器组件，包括：至少一个伸入到波导管腔中的细长中空主体柱塞；所述柱塞的每个所述中空主体具有至少一个用于接收循环冷却流体的内部冷却管道并适于在循环冷却流体进入所述柱塞、流经每个所述内部冷却管道和离开所述柱塞时被所述循环冷却流体冷却；以及每个所述柱塞具有用于调节所述柱塞在所述波导管腔内的位置的位置调节器件。2.根据权利要求1所述的微波短线调谐器组件，其中，所述循环冷却流体处于闭合回路中。3.根据权利要求1所述的微波短线调谐器组件，其中，所述循环冷却流体处于开放回路中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微波短线调谐器组件，其中，所述短线调谐器组件还包括用于监测和控制所述循环冷却流体的温度的器件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微波短线调谐器组件，其中，所述组件还包括用于监测和控制所述循环冷却流体的流动速率的器件。6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯林，
申请(专利权)人：派罗波有限公司，
类型：发明
国别省市：
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