微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法，包括：微波熱解裝置、微波衰減通道、測(cè)溫控溫裝置；微波熱解裝置內(nèi)部設(shè)有熱解區(qū)域；微波衰減通道一端位于微波熱解裝置內(nèi)，另一端自微波熱解裝置延伸至微波熱解裝置一側(cè)的外部；測(cè)溫控溫裝置包括測(cè)溫儀器及控溫儀器；測(cè)溫儀器位于微波衰減通道遠(yuǎn)離微波熱解裝置的一端附近；控溫儀器與測(cè)溫儀器及所述微波熱解裝置相連通；測(cè)溫儀器的中心、微波衰減通道的中心及熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，微波利用率高，操作方便，安全可靠，可及時(shí)調(diào)節(jié)微波激發(fā)功率，使熱解區(qū)域處于更為穩(wěn)定的熱解溫度區(qū)間，防止局部熱點(diǎn)和飛溫的現(xiàn)象發(fā)生，有效優(yōu)化產(chǎn)物分布。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)溫及溫控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波加熱屬于內(nèi)部加熱方式，要求物料中至少有一種組分能夠和微波發(fā)生強(qiáng)親合，即微波吸收體，以得到比常規(guī)加熱高出許多的加熱速率。與常規(guī)加熱相比，它具有快速加熱和選擇性加熱的特點(diǎn)，使得電磁波能直接作用于材料分子，轉(zhuǎn)換為熱能，實(shí)現(xiàn)物料內(nèi)外同時(shí)加熱，而物料內(nèi)部因?yàn)樯崾艿骄窒?，外部?huì)因?yàn)榕c周?chē)矬w溫度差而損失熱量，使得內(nèi)部溫度高于外部，出現(xiàn)溫度梯度，內(nèi)部最快可在幾秒鐘之內(nèi)即達(dá)到所需溫度。但是因?yàn)椴煌牧蠈?duì)微波的介電損耗和損耗正切都是不同的，如碳和熱解過(guò)程產(chǎn)生的生物炭是良好的微波吸收劑，能夠被選擇性加熱，且碳層表面在微波照射下能夠生成穩(wěn)定微波等離子體區(qū)，形成局部熱點(diǎn)；而純生物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)化微波的能力很差。所以微波加熱可以對(duì)混合物料達(dá)到選擇性加熱的效果，使得容器和加熱物質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)較大的溫差，繼而出現(xiàn)飛溫和局部熱點(diǎn)現(xiàn)象。
[0003]目前微波反應(yīng)器溫度捕獲和控制系統(tǒng)基本采用局部紅外成像或定點(diǎn)特制熱電偶測(cè)溫法，對(duì)于測(cè)試區(qū)域外的樣品熱解溫度難以捕捉，從而難以掌握熱解過(guò)程中物料全域的溫度分布和熱解情況。這使得微波熱解過(guò)程中容易出現(xiàn)局部熱點(diǎn)和飛溫現(xiàn)象，造成微波能量的不合理利用以及產(chǎn)物畸形分布。
[0004]朱華承等人在研究微波干燥土豆的案例中，采用聚四氟乙烯包裹微型紅外成像儀，探入微波腔體內(nèi)部，成功獲取了直徑Icm 土豆球微波干燥過(guò)程中的溫度分布。但是該方法測(cè)得的樣品溫度范圍和體積大小較小，不適合推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用局部紅外成像或定點(diǎn)特制熱電偶測(cè)溫法對(duì)微波反應(yīng)器進(jìn)行溫度捕獲或控制時(shí)存在的對(duì)于測(cè)試區(qū)域外的樣品熱解溫度難以捕捉，從而難以掌握熱解過(guò)程中物料全域的溫度分布和熱解情況，使得微波熱解過(guò)程中容易出現(xiàn)局部熱點(diǎn)和飛溫現(xiàn)象，造成微波能量的不合理利用以及產(chǎn)物畸形分布的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括:微波熱解裝置、微波衰減通道、測(cè)溫控溫裝置;微波熱解裝置內(nèi)部設(shè)有熱解區(qū)域，適于生物質(zhì)樣品的熱解;所述微波衰減通道一端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，另一端自所述微波熱解裝置延伸至所述微波熱解裝置一側(cè)的外部，適于在所述微波熱解裝置工作時(shí)抑制微波的逸出；所述測(cè)溫控溫裝置包括測(cè)溫儀器及控溫儀器;所述測(cè)溫儀器位于所述微波衰減通道遠(yuǎn)離所述微波熱解裝置的一端附近，適于測(cè)量所述熱解區(qū)域的溫度;所述控溫儀器與所述測(cè)溫儀器及所述微波熱解裝置相連通，適于依據(jù)所述測(cè)溫儀器測(cè)量的所述熱解區(qū)域的溫度及時(shí)調(diào)整所述微波熱解裝置的微波激發(fā)功率及熱解溫度;所述測(cè)溫儀器的中心、所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。
[0007]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述微波熱解裝置包括:微波發(fā)生器及反應(yīng)器;所述微波發(fā)生器包括功率選擇單元，所述功率選擇單元與所述控溫儀器相連通，適于在所述控溫儀器的控制下調(diào)節(jié)所述微波發(fā)生器的激發(fā)功率;所述反應(yīng)器位于所述微波發(fā)生器內(nèi)，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有樣品放置區(qū)域，適于盛放生物質(zhì)樣品；所述樣品放置區(qū)域位于所述熱解區(qū)域內(nèi)，且所述樣品放置區(qū)域的中心與所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。
[0008]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述測(cè)溫儀器為紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀的焦點(diǎn)與所述樣品放置區(qū)域的中心及所述微波衰減通道的中心位于同一水平線上。
[0009]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述紅外熱成像儀的測(cè)溫范圍為-20 °C?1000 °C ;所述紅外熱成像儀的測(cè)量距離為0.5m?1.0m。
[0010]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述微波衰減通道的長(zhǎng)度為0.5m?1.0m;所述微波衰減通道的徑向?qū)挾刃∮谖⒉úㄩL(zhǎng)的2/7。
[0011]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)還包括:載氣裝置及揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置;所述載氣裝置的輸出端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于在所述微波熱解裝置熱解過(guò)程中向所述微波熱解裝置內(nèi)輸入載氣，以將熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物自所述微波熱解裝置帶離至所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置;所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置的輸入端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于收集所述微波熱解裝置熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物。
[0012]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述載氣裝置包括:載氣瓶、第一輸送管路、氣體閥及氣體流量控制器;所述第一輸送管路一端與所述載氣瓶相連通，另一端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于將所述載氣瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)的載氣輸送至所述微波熱解裝置內(nèi)；所述氣體閥位于所述載氣瓶及所述微波熱解裝置之間的所述第一輸送管路上，適于控制所述第一輸送管路的導(dǎo)通與關(guān)閉；所述氣體流量控制器位于所述載氣瓶及所述微波熱解裝置之間的所述第一輸送管路上，適于調(diào)節(jié)所述第一輸送管路內(nèi)的載氣流量。
[0013]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置包括:冷凝器、洗氣脫雜器、氣體收集器及第二輸送管路;所述冷凝器、所述洗氣脫雜器及所述氣體收集器依次經(jīng)由所述第二輸送管路相連通，且所述冷凝器經(jīng)由所述第二輸送管路與所述微波熱解裝置內(nèi)部相連通。
[0014]本發(fā)明還提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，所述監(jiān)測(cè)調(diào)控方法包括以下步驟:
[0015]I)組建如上述任一方案中所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)；
[0016]2)制備生物質(zhì)樣品，將所述生物質(zhì)樣品置于所述微波熱解裝置內(nèi)，且所述生物質(zhì)樣品的中心與所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上；
[0017]3)依次啟動(dòng)所述測(cè)溫控溫裝置及所述微波熱解裝置;所述微波熱解裝置加熱至所述生物質(zhì)樣品所需的熱解溫度，并保持一定的熱解時(shí)間使所述生物質(zhì)樣品完全熱解;所述測(cè)溫控溫裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控所述熱解區(qū)域全域的溫度分布，并依據(jù)所述熱解區(qū)域全域溫度分布情況及時(shí)調(diào)節(jié)所述熱解溫度。
[0018]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟I)之前還包括模擬微波熱解裝置及微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布的步驟，以確保后續(xù)組建的系統(tǒng)中所述微波衰減通道可以有效阻止微波逸出。
[0019]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的一種優(yōu)選方案，使用COMSOL多物理場(chǎng)有限元仿真軟件模擬所述微波熱解裝置及所述微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布。
[0020]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，制備生物質(zhì)樣品包括以下步驟:
[0021 ] 21)提供生物質(zhì)原料，將所述生物質(zhì)原料粉碎后干燥；
[0022]22)將粉碎干燥后的所述生物質(zhì)原料與生物炭按照所需的比例混合得到所述生物質(zhì)樣品。
[0023]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的一種優(yōu)選方案，所述生物質(zhì)原料為稻草秸桿、木肩或褐煤中一種或多種組合;所述生物炭為活性炭。
[0024]作為本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的一種優(yōu)選方案，所述熱解溫度為200°C?500°C，所述熱解時(shí)間為15min?40min。
[0025]如上所述，本發(fā)明提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:
[0026]I)本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)利用衰減通道，抑制了微波逸出，同時(shí)為實(shí)時(shí)觀測(cè)微波熱解生物質(zhì)過(guò)程中的溫度分布提供了良好的窗口；
[0027]2)與以往的光纖、熱電偶和紅外定點(diǎn)測(cè)溫相比，本發(fā)明微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)采用的測(cè)溫方法不僅可以測(cè)量微波熱解生物質(zhì)過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度，而且可以獲取熱解區(qū)域的全局溫度并分析得到最高溫度；
[0028]3)本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)通過(guò)將測(cè)溫系統(tǒng)和微波控制系統(tǒng)嫁接在一起，有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切換微波功率，實(shí)現(xiàn)微波熱解過(guò)程中的溫度的準(zhǔn)確調(diào)控，促進(jìn)熱解區(qū)域溫度的均勻分布。
[0029]4)本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，微波利用率高，操作方便，安全可靠，可及時(shí)調(diào)節(jié)微波激發(fā)功率，使熱解區(qū)域處于更為穩(wěn)定的熱解溫度區(qū)間，防止局部熱點(diǎn)和飛溫的現(xiàn)象發(fā)生，有效優(yōu)化產(chǎn)物分布。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1至圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的不同示例中的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的框圖。
[0031]圖4顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中提供的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法的流程圖。
[0032]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0033]I 微波熱解裝置
[0034]11微波發(fā)生器
[0035]111功率選擇單元
[0036]12反應(yīng)器
[0037]2微波衰減通道
[0038]3測(cè)溫控溫裝置
[0039]31測(cè)溫儀器
[0040]32控溫儀器[0041 ]4載氣裝置
[0042]41載氣瓶
[0043]42第一輸送管路
[0044]43氣體閥
[0045]44氣體流量控制器
[0046]5揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置
[0047]51冷凝器
[0048]511焦油收集器
[0049]52洗氣脫雜器
[0050]53氣體收集器[0051 ]54第二輸送管路
[0052]6生物質(zhì)樣品
[0053]7微波
【具體實(shí)施方式】
[0054]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0055]請(qǐng)參閱圖1至圖4。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0056]實(shí)施例一
[0057]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括:微波熱解裝置1、微波衰減通道2、測(cè)溫控溫裝置3;微波熱解裝置2內(nèi)部設(shè)有熱解區(qū)域，適于生物質(zhì)樣品的熱解;所述微波衰減通道2一端位于所述微波熱解裝置I內(nèi)，另一端自所述微波熱解裝置I延伸至所述微波熱解裝置I一側(cè)的外部，適于在所述微波熱解裝置I工作時(shí)抑制微波7的逸出；所述測(cè)溫控溫裝置3包括測(cè)溫儀器31及控溫儀器32;所述測(cè)溫儀器31位于所述微波衰減通道2遠(yuǎn)離所述微波熱解裝置I的一端附近，適于測(cè)量所述熱解區(qū)域的溫度;所述控溫儀器32與所述測(cè)溫儀器31及所述微波熱解裝置I相連通，適于依據(jù)所述測(cè)溫儀器31測(cè)量的所述熱解區(qū)域的溫度及時(shí)調(diào)整所述微波熱解裝置I的微波激發(fā)功率及熱解溫度;所述測(cè)溫儀器31的中心、所述微波衰減通道2的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。
[0058]請(qǐng)參閱圖2，所述微波熱解裝置I包括:微波發(fā)生器11及反應(yīng)器12;所述微波發(fā)生器11包括功率選擇單元111，所述功率選擇單元111與所述控溫儀器32相連通，適于在所述控溫儀器32的控制下調(diào)節(jié)所述微波發(fā)生器11的激發(fā)功率;所述反應(yīng)器12位于所述微波發(fā)生器11內(nèi)，所述反應(yīng)器12內(nèi)設(shè)有樣品放置區(qū)域，適于盛放生物質(zhì)樣品6;所述樣品放置區(qū)域位于所述熱解區(qū)域內(nèi)，且所述樣品放置區(qū)域的中心與所述微波衰減通道2的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。
[0059]作為示例，所述微波衰減通道2可以為但不僅限于兩端貫通的空心筒狀結(jié)構(gòu);所述微波衰減通道2的材料可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述微波衰減通道2的材料可以為但不僅限于PC塑料。
[0060]作為示例，所述微波衰減通道2的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述微波衰減通道2的長(zhǎng)度為0.5m?1.0m;所述微波衰減通道2的徑向?qū)挾瓤梢愿鶕?jù)實(shí)際需要選定，但必須確保所述微波發(fā)生器11產(chǎn)生的微波盡量不外溢，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述微波衰減通道2的徑向?qū)挾刃∮谖⒉?的波長(zhǎng)的2/7。
[0061]作為示例，所述測(cè)溫儀器31可以為但不僅限于紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀的焦點(diǎn)與所述樣品放置區(qū)域的中心及所述微波衰減通道2的中心位于同一水平線上。
[0062]作為示例，所述紅外熱成像儀的測(cè)溫范圍為-20°C?1000°C;所述紅外熱成像儀的測(cè)量距離為0.5m?1.0m。
[0063]作為示例，所述反應(yīng)器12可以為但不僅限于石英反應(yīng)瓶。
[0064]作為示例，所述控溫儀器可以為但不僅限于電腦。
[0065]請(qǐng)參閱圖3，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)還包括:載氣裝置4及揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5;所述載氣裝置4的輸出端位于所述微波熱解裝置I內(nèi)，適于在所述微波熱解裝置I熱解過(guò)程中向所述微波熱解裝置I內(nèi)輸入載氣，以將熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物自所述微波熱解裝置I帶離至所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5;具體的，所述載氣裝置4的輸出端自所述反應(yīng)器12的頂部插入至所述反應(yīng)器12的內(nèi)部;所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5的輸入端位于所述微波熱解裝置I內(nèi)，適于收集所述微波熱解裝置I熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物;具體的，所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5的輸入端自所述反應(yīng)器12底部插入至所述反應(yīng)器12的內(nèi)部。
[0066]作為示例，所述載氣裝置4包括:載氣瓶41、第一輸送管路42、氣體閥43及氣體流量控制器44;所述第一輸送管路42—端與所述載氣瓶41相連通，另一端位于所述微波熱解裝置I內(nèi)，適于將所述載氣瓶41內(nèi)存儲(chǔ)的載氣輸送至所述微波熱解裝置I內(nèi)；具體的，所述第一輸送管路42另一端自所述反應(yīng)器12的頂部插入至所述反應(yīng)器12的內(nèi)部;所述氣體閥43位于所述載氣瓶41及所述微波熱解裝置I之間的所述第一輸送管路42上，適于控制所述第一輸送管路42的導(dǎo)通與關(guān)閉；所述氣體流量控制器44位于所述載氣瓶41及所述微波熱解裝置I之間的所述第一輸送管路42上，適于調(diào)節(jié)所述第一輸送管路42內(nèi)的載氣流量。
[0067]作為示例，所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5包括:冷凝器51、洗氣脫雜器52、氣體收集器53及第二輸送管路54;所述冷凝器51、所述洗氣脫雜器52及所述氣體收集器53依次經(jīng)由所述第二輸送管路54相連通，且所述冷凝器51經(jīng)由所述第二輸送管路54與所述微波熱解裝置I內(nèi)部相連通，具體的，所述冷凝器51經(jīng)由所述第二輸送管路54經(jīng)所述反應(yīng)器12的底部插入至所述反應(yīng)器12的內(nèi)部。
[0068]作為示例，所述冷凝器51內(nèi)設(shè)有用于收集焦油的焦油收集器511。
[0069]本發(fā)明的所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的工作原理為:首先，將由生物質(zhì)原料及生物炭混合后得到的生物質(zhì)樣品6裝入所述反應(yīng)器12內(nèi)，并將所述反應(yīng)器12送入所述微波發(fā)生器11內(nèi)；其次，啟動(dòng)所述紅外熱成像儀及電腦;然后啟動(dòng)所述微波發(fā)生器11，使用微波7將所述生物質(zhì)樣品6加熱至所需的熱解溫度，所述紅外熱成像儀在熱解過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄整個(gè)熱解區(qū)域的溫度，并將記錄的數(shù)據(jù)傳輸至所述電腦，所述電腦分析熱解區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)最高溫度，并根據(jù)分析結(jié)果控制功率選擇單元111的激發(fā)功率，進(jìn)而調(diào)控實(shí)際的熱解溫度，可有效提高微波的利用效率，優(yōu)化熱解溫度和熱解產(chǎn)物分布；同時(shí)，在熱解的過(guò)程中，打開(kāi)所述氣體閥43，熱解生物炭作為微波吸收助劑留在所述反應(yīng)器12內(nèi)，載氣從所述反應(yīng)器12的頂部進(jìn)入，穿過(guò)樣品熱解區(qū)域，從所述反應(yīng)器12的底部流出，可以將熱解過(guò)程中產(chǎn)生的水分、焦油及熱解氣帶入至所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置5內(nèi)，并且，油氣混合物經(jīng)過(guò)所述冷凝器51時(shí)，油氣實(shí)現(xiàn)分離，焦油冷卻被所述焦油收集器511收集，分離的氣體經(jīng)由所述洗氣脫雜器52之后進(jìn)入所述氣體收集器53內(nèi)。
[0070]實(shí)施例二
[0071]請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明還提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，所述監(jiān)測(cè)調(diào)控方法包括以下步驟:
[0072]I)組建如實(shí)施例一中所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱實(shí)施例一，此處不再累述；
[0073]2)制備生物質(zhì)樣品，將所述生物質(zhì)樣品置于所述微波熱解裝置內(nèi)，且所述生物質(zhì)樣品的中心與所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上；
[0074]3)依次啟動(dòng)所述測(cè)溫控溫裝置及所述微波熱解裝置;所述微波熱解裝置加熱至所述生物質(zhì)樣品所需的熱解溫度，并保持一定的熱解時(shí)間使所述生物質(zhì)樣品完全熱解;所述測(cè)溫控溫裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控所述熱解區(qū)域全域的溫度分布，并依據(jù)所述熱解區(qū)域全域溫度分布情況及時(shí)調(diào)節(jié)所述熱解溫度。
[0075]作為示例，所述步驟I)之前還包括模擬微波熱解裝置及微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布的步驟，以確保后續(xù)組建的系統(tǒng)中所述微波衰減通道可以有效阻止微波逸出。
[0076]作為示例，使用COMSOL多物理場(chǎng)有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics 5.0模擬所述微波熱解裝置及所述微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布。
[0077]作為示例，所述步驟2)中，制備生物質(zhì)樣品包括以下步驟:
[0078]21)提供生物質(zhì)原料，所述生物質(zhì)原料的重量含水量為8%?15%，將所述生物質(zhì)原料粉碎后置于50 0C?60 0C的氣體中干燥，粉碎干燥后，所述生物質(zhì)原料的粒徑為40目，重量含水量為0.8%?2.0%;
[0079]22)將粉碎干燥后的所述生物質(zhì)原料與生物炭按照8:1的質(zhì)量比例混合得到所述生物質(zhì)樣品。
[0080]作為示例，所述生物質(zhì)原料為稻草秸桿、木肩或褐煤中一種或多種組合;所述生物炭為活性炭。
[0081]作為示例，所述步驟3)中，所述熱解溫度為200°C?500°C，所述熱解時(shí)間為15min?40mino
[0082]下面以具體的示例對(duì)所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0083]示例I
[0084]將含水量為11%的稻草秸桿粉碎為40目的粉末后輸送至鼓風(fēng)干燥機(jī)，干燥至水分含量為1.2%，以微波為熱源，將稻草秸桿和活性炭按8:1的質(zhì)量比預(yù)混后作為熱解樣品，在N2氣氛下加熱至500°C，保持15min后冷卻得到生物炭，油氣混合物冷凝為氣體與焦油，用氣相色譜檢測(cè)氣體組成，測(cè)試結(jié)果為半焦收率為17.09%,焦油收率為48.05%；收集的氣體的組分為:出:53..46%、0):41.68%、014:0.83%、0)2:4.03%。并且在熱解的同時(shí)用利用紅外成像儀采集熱解區(qū)域?qū)崟r(shí)溫度側(cè)寫(xiě)，反饋到電腦終端，調(diào)節(jié)微波裝置激發(fā)功率。
[0085]示例2
[0086]將含水量為8%的木肩粉碎為40目的粉末后輸送至鼓風(fēng)干燥機(jī)，干燥至水分含量為0.8%，以微波為熱源，將木肩和活性炭按8:1的質(zhì)量比預(yù)混后作為熱解樣品，在N2氣氛下加熱至470°C，保持12min后冷卻得到生物炭，油氣混合物冷凝為氣體與焦油，用氣相色譜檢測(cè)氣體組成，測(cè)試結(jié)果為半焦收率為22.98%,焦油收率為39.26%；收集的氣體的組分為:H2:43.58%、C0:37.62%、CH4:7.02%、C02:11.78%。并且在熱解的同時(shí)用利用紅外成像儀采集熱解區(qū)域?qū)崟r(shí)溫度側(cè)寫(xiě)，反饋到電腦終端，調(diào)節(jié)微波裝置激發(fā)功率。
[0087]示例3
[0088]將含水量為14%的褐煤粉碎為40目的粉末后輸送至鼓風(fēng)干燥機(jī)，干燥至水分含量為2.0%，以微波為熱源，將木肩和活性炭按8:1的質(zhì)量比預(yù)混后作為熱解樣品，在N2氣氛下加熱至260 V，保持30min后冷卻得到生物炭，油氣混合物冷凝為氣體與焦油，用氣相色譜檢測(cè)氣體組成，測(cè)試結(jié)果為半焦收率為76.5%，焦油收率為10.6% ;收集的氣體的組分為:H2:34.23%、0):31.27%、014:6.45%、0)2:28.05%。并且在熱解的同時(shí)用利用紅外成像儀采集熱解區(qū)域?qū)崟r(shí)溫度側(cè)寫(xiě)，反饋到電腦終端，調(diào)節(jié)微波裝置激發(fā)功率。
[0089]綜上所述，本發(fā)明提供一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)及方法，所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括:微波熱解裝置、微波衰減通道、測(cè)溫控溫裝置;微波熱解裝置內(nèi)部設(shè)有熱解區(qū)域，適于生物質(zhì)樣品的熱解;所述微波衰減通道一端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，另一端自所述微波熱解裝置延伸至所述微波熱解裝置一側(cè)的外部，適于在所述微波熱解裝置工作時(shí)抑制微波的逸出；所述測(cè)溫控溫裝置包括測(cè)溫儀器及控溫儀器;所述測(cè)溫儀器位于所述微波衰減通道遠(yuǎn)離所述微波熱解裝置的一端附近，適于測(cè)量所述熱解區(qū)域的溫度;所述控溫儀器與所述測(cè)溫儀器及所述微波熱解裝置相連通，適于依據(jù)所述測(cè)溫儀器測(cè)量的所述熱解區(qū)域的溫度及時(shí)調(diào)整所述微波熱解裝置的微波激發(fā)功率及熱解溫度;所述測(cè)溫儀器的中心、所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)利用衰減通道，抑制了微波逸出，同時(shí)為實(shí)時(shí)觀測(cè)微波熱解生物質(zhì)過(guò)程中的溫度分布提供了良好的窗口；與以往的光纖、熱電偶和紅外定點(diǎn)測(cè)溫相比，本發(fā)明微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)采用的測(cè)溫方法不僅可以測(cè)量微波熱解生物質(zhì)過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度，而且可以獲取熱解區(qū)域的全局溫度并分析得到最高溫度;本發(fā)明的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)通過(guò)將測(cè)溫系統(tǒng)和微波控制系統(tǒng)嫁接在一起，有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切換微波功率，實(shí)現(xiàn)微波熱解過(guò)程中的溫度的準(zhǔn)確調(diào)控，促進(jìn)熱解區(qū)域溫度的均勻分布;本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，微波利用率高，操作方便，安全可靠，可及時(shí)調(diào)節(jié)微波激發(fā)功率，使熱解區(qū)域處于更為穩(wěn)定的熱解溫度區(qū)間，防止局部熱點(diǎn)和飛溫的現(xiàn)象發(fā)生，有效優(yōu)化產(chǎn)物分布。
[0090]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明，例如，本發(fā)明也可以采用三外延層或多外延層。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，包括:微波熱解裝置、微波衰減通道、測(cè)溫控溫裝置； 微波熱解裝置內(nèi)部設(shè)有熱解區(qū)域，適于生物質(zhì)樣品的熱解； 所述微波衰減通道一端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，另一端自所述微波熱解裝置延伸至所述微波熱解裝置一側(cè)的外部，適于在所述微波熱解裝置工作時(shí)抑制微波的逸出； 所述測(cè)溫控溫裝置包括測(cè)溫儀器及控溫儀器;所述測(cè)溫儀器位于所述微波衰減通道遠(yuǎn)離所述微波熱解裝置的一端附近，適于測(cè)量所述熱解區(qū)域的溫度;所述控溫儀器與所述測(cè)溫儀器及所述微波熱解裝置相連通，適于依據(jù)所述測(cè)溫儀器測(cè)量的所述熱解區(qū)域的溫度及時(shí)調(diào)整所述微波熱解裝置的微波激發(fā)功率及熱解溫度； 所述測(cè)溫儀器的中心、所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述微波熱解裝置包括:微波發(fā)生器及反應(yīng)器； 所述微波發(fā)生器包括功率選擇單元，所述功率選擇單元與所述控溫儀器相連通，適于在所述控溫儀器的控制下調(diào)節(jié)所述微波發(fā)生器的激發(fā)功率； 所述反應(yīng)器位于所述微波發(fā)生器內(nèi)，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有樣品放置區(qū)域，適于盛放生物質(zhì)樣品；所述樣品放置區(qū)域位于所述熱解區(qū)域內(nèi)，且所述樣品放置區(qū)域的中心與所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)溫儀器為紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀的焦點(diǎn)與所述樣品放置區(qū)域的中心及所述微波衰減通道的中心位于同一水平線上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外熱成像儀的測(cè)溫范圍為-20°C?1000°C ;所述紅外熱成像儀的測(cè)量距離為0.5m?1.0m05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述微波衰減通道的長(zhǎng)度為0.5m?1.0m;所述微波衰減通道的徑向?qū)挾刃∮谖⒉úㄩL(zhǎng)的2/7。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)還包括:載氣裝置及揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置； 所述載氣裝置的輸出端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于在所述微波熱解裝置熱解過(guò)程中向所述微波熱解裝置內(nèi)輸入載氣，以將熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物自所述微波熱解裝置帶離至所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置； 所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置的輸入端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于收集所述微波熱解裝置熱解過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述載氣裝置包括:載氣瓶、第一輸送管路、氣體閥及氣體流量控制器； 所述第一輸送管路一端與所述載氣瓶相連通，另一端位于所述微波熱解裝置內(nèi)，適于將所述載氣瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)的載氣輸送至所述微波熱解裝置內(nèi)； 所述氣體閥位于所述載氣瓶及所述微波熱解裝置之間的所述第一輸送管路上，適于控制所述第一輸送管路的導(dǎo)通與關(guān)閉； 所述氣體流量控制器位于所述載氣瓶及所述微波熱解裝置之間的所述第一輸送管路上，適于調(diào)節(jié)所述第一輸送管路內(nèi)的載氣流量。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述揮發(fā)性產(chǎn)物收集裝置包括:冷凝器、洗氣脫雜器、氣體收集器及第二輸送管路； 所述冷凝器、所述洗氣脫雜器及所述氣體收集器依次經(jīng)由所述第二輸送管路相連通，且所述冷凝器經(jīng)由所述第二輸送管路與所述微波熱解裝置內(nèi)部相連通。9.一種微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)組建如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)； 2)制備生物質(zhì)樣品，將所述生物質(zhì)樣品置于所述微波熱解裝置內(nèi)，且所述生物質(zhì)樣品的中心與所述微波衰減通道的中心及所述熱解區(qū)域的中心位于同一水平線上； 3)依次啟動(dòng)所述測(cè)溫控溫裝置及所述微波熱解裝置;所述微波熱解裝置加熱至所述生物質(zhì)樣品所需的熱解溫度，并保持一定的熱解時(shí)間使所述生物質(zhì)樣品完全熱解;所述測(cè)溫控溫裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控所述熱解區(qū)域全域的溫度分布，并依據(jù)所述熱解區(qū)域全域溫度分布情況及時(shí)調(diào)節(jié)所述熱解溫度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于:所述步驟I)之前還包括模擬微波熱解裝置及微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布的步驟，以確保后續(xù)組建的系統(tǒng)中所述微波衰減通道可以有效阻止微波逸出。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于:使用COMSOL多物理場(chǎng)有限元仿真軟件模擬所述微波熱解裝置及所述微波衰減通道的組合模型的電磁場(chǎng)分布。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟2)中，制備生物質(zhì)樣品包括以下步驟: 21)提供生物質(zhì)原料，將所述生物質(zhì)原料粉碎后干燥； 22)將粉碎干燥后的所述生物質(zhì)原料與生物炭按照所需的比例混合得到所述生物質(zhì)樣品O13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于:所述生物質(zhì)原料為稻草秸桿、木肩或褐煤中一種或多種組合;所述生物炭為活性炭。14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微波熱解生物質(zhì)實(shí)時(shí)全景溫度監(jiān)測(cè)調(diào)控方法，其特征在于:所述熱解溫度為200°C?500°C，所述熱解時(shí)間為15min?40min。
【文檔編號(hào)】C10B53/02GK105843287SQ201610165220
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】孫予罕, 孫曉妹, 孔令照, 唐志永, 羅虎, 鮑利偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院