[發明專利]一種微波熱重反應及熱解產物分階段收集分析系統及方法

有效

• 申請號: 202110344116.7
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113083190B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 齊紅媛;蔣華義;王玉龍;游琰真;武哲
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;B01J4/00
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

本發明涉及一種微波熱重反應及熱解產物分階段收集分析系統及方法，屬于微波熱解技術及熱解機理特性分析研究領域。該系統包括微波熱解裝置、冷凝裝置和熱解產物收集裝置三部分。微波熱解裝置中特別用到耐高溫的卡扣連接實驗裝置，無需固定器；溫度監測采用紅外測溫，可直接測量反應過程中物料溫度隨時間的變化值；質量稱重可以從反應裝置上端實時精確地采集質量隨溫度和時間的變化值。熱解產物收集裝置可實現多個反應階段的收集以及氣液反應產物的分離。本發明提供的裝置結構簡單，操作方便，適用性強，造價低廉，采用本發明并結合微波熱重分階段收集的熱解產物進行動力學分析，可以更深入地分析微波熱解含油污泥的過程機理。

技術領域

本發明專利屬于微波熱解技術及熱解機理特性分析研究領域，尤其涉及一種微波熱重反應及熱解產物分階段收集分析系統及方法。

背景技術

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，通常也稱為“超高頻電磁波”，微波是一種能量形式，但在介質中可以轉化為熱量，在使用微波加熱物料時，其原理是通過被加熱體內部偶極分子高頻往復運動，產生“內摩擦熱”而使被加熱物料溫度升高。基于微波這種特性，微波熱解含油污泥技術受到人們的廣泛關注。含油污泥一般具有含油量高、粘度大、顆粒細、脫水難等特點，這不僅影響輸送原油的質量，還導致注水水質和污水難以達標外排，易造成環境污染。與傳統熱解相比，微波熱解具有獨特的傳熱傳質規律和更好的加熱均勻性，不僅可以使含油污泥熱解時的溫度、熱解過程及預期最終產物的調控變得容易，還能夠節省大量時間和能源，有利于含油污泥的進一步處理和利用。

在研究微波熱解物料反應過程中，物料溫度隨反應時間的變化規律以及物料質量隨反應時間和溫度的變化規律對于劃分物料微波熱解過程的主要階段至關重要，是探究微波熱解含油污泥反應動力學的前提條件。但傳統的熱重分析儀并不是在微波熱解條件下進行的，且物料使用量較少難以代表物料實際情況。盡管少數微波熱重分析儀采用紅外測量物料周圍氣氛溫度代表物料實際溫度，但存在溫度控制和測量不準確，且無法實時采集熱解物料質量隨時間的變化值。此外，微波熱解產物的分階段收集和分析對于揭示微波熱解含油污泥的過程機理也非常重要。然而常規的熱解產物收集裝置大多按照劃分的階段分次開展實驗并進行階段產物的收集，難以一次實驗獲得不同階段的熱解產物，這不僅增加實驗量和實驗成本，而且得到的實驗結果可比性有待商榷。因此亟需設計和開發一套微波熱重分析及熱解產物分階段收集分析系統，提高微波熱解含油污泥的溫度和質量精確度，減少熱解產物分階段收集的實驗誤差，這對于進一步開展微波熱解含油污泥的動力學模擬，從而深入剖析微波熱解含油污泥的過程機理至關重要。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明專利提供一種微波熱重反應及熱解產物分階段收集裝置，可以使得系統結構更加合理，測量更精準、操作更方便；同時提供一種微波熱解過程的機理分析方法，為工程化應用提供理論依據。

技術方案：本發明提出一種微波熱重反應及熱解產物分階段收集分析系統，所述分析系統包括反應物熱解裝置、冷凝裝置和反應產物收集裝置三部分。

反應物熱解裝置包括微波加熱腔1、石英燒瓶反應器2、第一石英管3、第二石英管4、紅外溫度傳感器5、石英直角彎管6、聚四氟乙烯卡扣7、稱重傳感器8、觸摸顯示屏9、控制電路、附屬部分、高速攝像機13；控制電路包括A/D轉換，信號放大器，單片機，D/A轉換器；附屬部分包括第一支架10，第二支架11，螺紋固定器12；

所述石英燒瓶反應器2位于微波加熱腔1內，所述微波加熱腔1的上壁正中間開設有兩個圓孔，左邊圓形的開孔用于放置伸入微波加熱腔1內的第二石英管4，第二石英管4內插入紅外溫度傳感器5，第二石英管4與石英燒瓶反應器2的左端口中套入的第一石英管3隔空對接，使得第一石英管3與第二石英管4的中垂線在同一條直線上，紅外溫度傳感器5直接測量反應過程中物料的溫度變化值，將溫度傳感信號通過信號放大電路、A/D轉換傳送至單片機；