CN115340882B - 一种基于微波热解产生气体的方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于微波热解产生气体的方法及其控制系统，其中方法包括：获取出气口处当前气体的目标特征参数，目标特征参数包括当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定与目标特征参数匹配的目标处理策略；根据目标处理策略，控制执行目标处理操作。也就是说，本发明能够根据出气口处待排放物中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，实现高效且快速处理待热解对象的目的，整个热解处理过程能量消耗低，热解充分，可大大降低液体产物的量，能够有效防止热解设备的排气管道被堵塞，大大提高了污泥、油泥、生物料等固废的处理效率，并且降低了能耗，从而在固体废弃物处理领域具有广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于废弃物处理技术领域，涉及但不限于一种基于微波热解产生气体的方法及其控制系统。
背景技术
众所周知，微波热解不仅具有独特的传热传质规律和更好的加热均匀性，而且节省大量时间和能源，热惯性小，温度调控、热解过程既预期产物的控制变得容易，节省大量时间和能源。因此，如何高效使用微波热解技术越来越成为热门研究方向。
现有微波热解反应方法，包括：在炉体内加入物料，开始之前通过进气孔通入氮气把反应炉里的氧气排尽，通气一段时间后，开始打开斜齿轮减速电机搅拌物料，同时开始加热物料，使得物料能够均匀受热，炉体底部和炉壁上的测温装置连接的PLC控制台实时显示炉内的反应温度，出气孔连接冷凝管，反应产生的热气由出气孔输送到冷凝管冷凝得到液体和气体产物。反应炉里的最终产物由出料口排出。
然而，由于现有微波热解反应方法会产生大量与气体产物近似的液体产物，且液体产物会导致排气管和冷凝器管道堵塞，影响微波热解炉的长期稳定工作，从而导致立式微波热解反应方法的处理效率并不高。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术在微波热解过程中存在的不足，提供一种基于微波热解产生气体的方法及其控制系统，以解决现有微波热解反应方法产生的大量液体产物会堵塞排气管和冷凝器管道而导致的立式微波热解反应炉的处理效率并不高的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种基于微波热解产生气体的方法，所述方法应用于基于微波热解产生气体的设备中，所述方法包括：
获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；
确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；
根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。
可选的，所述确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略，包括：
将所述第一当前浓度与第一预设参考浓度进行匹配及将第二当前浓度与第二预设参考浓度进行匹配，得到目标匹配结果；
当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度低于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度高于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略；
当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度高于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度低于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加热解腔微波功率的目标处理策略。
可选的，在所述获取出气口处当前气体的目标特征参数的步骤之前，所述方法还包括：
获取设备启动指令；
基于所述设备启动指令，控制执行针对热解腔内空气的置换反应操作；
确定所述置换反应操作的时间达到预设参考时间时，控制腔体执行针对待热解对象的目标热解处理操作。
可选的，在所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作的步骤之后，所述方法还包括：
获取设备关闭指令；
基于所述设备关闭指令，控制热解腔中第一微波源及裂解腔中第二微波源的关闭操作；
当获取到标识所述第一微波源和所述第二微波源均已关闭的目标指示信息时，控制执行针对腔体内空气的吹扫操作；
当确定所述吹扫操作的结果表征所述腔体内剩余气体的当前含量量达到预设参考含量时，控制执行所述设备的关机操作。
可选的，所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作，包括：
当确定出包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加氢气源向裂解腔内的氢气注入量及控制减少热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第一目标调整后信息；
在所述第一目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
可选的，所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作，包括：
当确定出包括增加热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第二目标调整后信息；
在所述第二目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
第二方面，本发明提供了一种基于微波热解产生气体的设备，所述设备包括：腔体、热解腔、均流层、裂解腔、出气口及控制器；
其中，所述热解腔、所述均流层和所述裂解腔自下向上依次设置于所述腔体的内部，所述热解腔包括第一微波源、惰性气体源和吸波单元，所述裂解腔包括第二微波源、裂解催化剂和氢气源，所述出气口设置于所述裂解腔的顶部，所述控制器分别与所述第一微波源、所述第二微波源和所述氢气源连接。
第三方面，本发明提供了一种基于微波热解产生气体的装置，所述装置包括：获取模块、确定模块和处理模块，其中：
获取模块，用于获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；
确定模块，用于确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；
处理模块，用于根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。
第四方面，本发明提供了一种基于微波热解产生气体的控制装置，所述控制装置包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述控制装置执行前述第一方面所述的基于微波热解产生气体的方法。
第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行前述第一方面所述的基于微波热解产生气体的方法。
本发明的有益效果是：本发明中的一种基于微波热解产生气体的方法及其控制系统，其中基于微波热解产生气体的方法应用于基于微波热解产生气体的设备中，所述方法包括：获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。也就是说，本发明能够根据出气口处待排放物中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，实现高效且快速处理待热解对象的目的，整个热解处理过程能量消耗低，热解充分，可大大降低液体产物的量，能够有效防止热解设备的排气管道被堵塞，解决了现有微波热解反应方法产生的大量液体产物会堵塞排气管和冷凝器管道而导致的立式微波热解反应炉的处理效率并不高的问题，大大提高了污泥、油泥、生物料等固废的处理效率，并且降低了能耗，提高了基于微波热解产生气体的设备的使用寿命，从而在固体废弃物处理领域具有广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的基于微波热解产生气体的方法流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的基于微波热解产生气体的设备结构示意图；
图3为本发明又一实施例提供的基于微波热解产生气体的装置示意图；
图4为本发明另一实施例提供的基于微波热解产生气体的控制装置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里，对发明中的相关名词进行解释：
微波，是频率在300兆赫到300千兆赫的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一些列物化过程而达到微波加热的目的。
加氢反应：加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕·查德里原理，低温、高压有利加氢反应釜于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性高者温度可较低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应(如由一氧化碳加氢合成甲醇)，为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。过量的氢可循环使用。
图1为本发明一实施例提供的基于微波热解产生气体的方法流程示意图；图2为本发明另一实施例提供的基于微波热解产生气体的设备结构示意图；图3为本发明又一实施例提供的基于微波热解产生气体的装置示意图；图4为本发明另一实施例提供的基于微波热解产生气体的控制装置示意图。以下将结合图1至图4，对本发明实施例所提供的基于微波热解产生气体的方法及其控制系统进行详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例提供的基于微波热解产生气体的方法，应用于基于微波热解产生气体的设备中，并且该基于微波热解产生气体的方法的执行主体为基于微波热解产生气体的设备中的控制器，如图1所示为基于微波热解产生气体的方法流程示意图，下面结合图1，对该方法包括的步骤进行具体介绍。
步骤S101、获取出气口处当前气体的目标特征参数。
其中，目标特征参数可以包括当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，基于微波热解产生气体的设备可以用于将污泥、油泥、生物料等待热解对象高效且快速热解处理为不凝气，其中不凝气中的气体可以包括氢气、甲烷、总挥发性有机化合物等其它可燃气体分子。
具体的，基于微波热解产生气体的设备内可以设置有传感器，传感器可以设置于出气口处且可以用于检测出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，并将所检测到的第一当前浓度和第二当前浓度发送至控制器。因此，控制器可以接收到传感器检测的出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度。
步骤S102、确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略。
具体的，控制器在接收到传感器发送过来的目标特征参数时，可以进一步将目标特征参数与预设目标特征信息进行匹配，以此获取与目标特征参数匹配的目标处理策略；其中，当目标特征参数包括出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度时，预设目标特征信息可以包括第一预设参考浓度和第二预设参考浓度。
因此，当目标特征参数包括基于微波热解产生气体的设备的出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度时，步骤S102可以通过以下子步骤实现：
步骤S1021、将所述第一当前浓度与第一预设参考浓度进行匹配及将第二当前浓度与第二预设参考浓度进行匹配，得到目标匹配结果。
其中，第一预设参考浓度可以用于表征待热解对象经由设备热解处理后产生的气体中所含甲烷的浓度达到后续燃烧所需且不会引起腔体内燃烧、更不会发生爆炸；第二预设参考浓度可以用于表征待热解对象经由设备热解处理后产生的气体中所含总挥发性有机化合物的浓度达到后续燃烧所需且不会引起腔体内燃烧、更不会发生爆炸。并且，第一预设参考浓度可以是第一参考浓度阈值，也可以是第一参考浓度范围。第二预设参考浓度可以是第二参考浓度阈值，也可以是第二参考浓度范围。此处对此均不作限定。
具体的，控制器在经由传感器获取到出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度时，可以进一步将第一当前浓度与第一预设参考浓度进行匹配及将第二当前浓度与第二预设参考浓度进行匹配，比如将第一当前浓度与第一参考浓度阈值进行大小比较，或者将第一当前浓度分别与第一参考浓度范围的最小值和最大值进行大小比较，以及将第二当前浓度与第二参考浓度阈值进行大小比较，或者将第二当前浓度分别与第二参考浓度范围的最小值和最大值进行大小比较，从而得到目标匹配结果。
步骤S1022、当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度低于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度高于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略。
具体的，控制器确定目标匹配结果表征出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度低于第一预设参考浓度且总挥发性有机化合物的第二当前浓度高于第二预设参考浓度时，可以认为设备的裂解腔中加氢反应不彻底，此时可以确定包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略，也可以确定包括增加氢气的注入量、减少热解腔微波功率及增加裂解腔微波功率的目标处理策略，以此实现快速且高效将待热解对象热解处理至产生所需可燃气体的目的。其中，出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度低于第一预设参考浓度可以包括第一当前浓度小于第一参考浓度阈值或者第一当前浓度小于第一参考浓度范围的最小值；总挥发性有机化合物的第二当前浓度高于第二预设参考浓度可以包括第二当前浓度大于第二参考浓度阈值或者第二当前浓度大于第二参考浓度范围的最大值。
步骤S1023、当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度高于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度低于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加热解腔微波功率的目标处理策略。
具体的，控制器确定目标匹配结果表征出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度高于第一预设参考浓度且总挥发性有机化合物的第二当前浓度低于第二预设参考浓度时，可以认为设备的热解腔内的温度过低且未将待热解对象热解彻底，此时可以确定包括增加热解腔微波功率的目标处理策略，以此实现快速且高效将待热解对象热解处理至产生所需可燃气体的目的。其中，出气口处当前气体中甲烷的第一当前浓度高于第一预设参考浓度可以包括第一当前浓度大于第一参考浓度阈值或者第一当前浓度大于第一参考浓度范围的最大值；总挥发性有机化合物的第二当前浓度低于第二预设参考浓度可以包括第二当前浓度小于第二参考浓度阈值或者第二当前浓度小于第二参考浓度范围的最小值。
需要说明的是，当控制器确定出第一当前浓度达到第一预设参考浓度及第二当前浓度达到第二预设参考浓度时，可以认为设备已将待热解对象热解处理为所需浓度的可燃气体，此时可以控制当前气体经由出气口排出，以供后续燃烧使用。其中，第一当前浓度达到第一预设参考浓度可以包括第一当前浓度与第一参考浓度阈值相同或者第一当前浓度在第一参考浓度范围的最小值和最大值之间，第二当前浓度达到第二预设参考浓度可以包括第二当前浓度与第二参考浓度阈值相同或者第二当前浓度在第二参考浓度范围的最小值和最大值之间。
此外，当控制器确定出第一当前浓度高于第二预设参考浓度及第二当前浓度高于第二预设参考浓度时，可以认为此时设备内可燃气体的浓度较高且易发生燃烧甚至爆炸，此时控制器可以以语音提示和/或文字显示的方式提醒用户，以此实现确保人身安全的情况下延长设备使用寿命的目的。
在实际处理过程中，在执行步骤S101之间，所述方法还包括设备开机过程，具体包括：
步骤S11、获取设备启动指令。
具体的，当需要开启设备执行针对待热解对象的热解处理时，控制器可以获取设备启动指令进行设备启动过程；其中，设备启动指令可以是用户终端发送的设备启动请求生成的指令，也可以是用户人为按压或者触摸设备上的开机按键后生成的指令。
步骤S12、基于所述设备启动指令，控制执行针对热解腔内空气的置换反应操作。
具体的，当控制器获取到设备启动指令时，可以先控制惰性气体源向热解腔内注入惰性气体，以此执行针对热解腔内空气的置换反应操作，从而实现将热解腔内的空气置换出去的目的。
步骤S13、确定所述置换反应操作的时间达到预设参考时间时，控制腔体执行针对待热解对象的目标热解处理操作。
具体的，当控制器确定执行针对热解腔内空气的置换反应操作的累计时间达到预设参考时间时，可以认为热解腔内的空气均已被置换出去，此时可以控制整个腔体执行针对待热解对象的目标热解处理操作。其中，预设参考时间可以人为设置。
步骤S103、根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。
在实际处理过程中，步骤S103可以通过以下过程实现：
步骤S1031、当确定出包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加氢气源向裂解腔内的氢气注入量及控制减少热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第一目标调整后信息。
具体的，当控制器确定出包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略时，可以认为裂解腔内加氢反应不彻底，此时可以控制增加氢气源向裂解腔内的氢气注入量及控制减少热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，从而得到第一目标调整后信息。
其中，第一目标调整后信息可以包括氢气注入量被增加后的氢气量调整值和第一微波源的功率被减少后的第一功率调整值，并且，氢气量调整值可以包括满足裂解腔内加氢反应的含量且未达到爆炸极限的值。
步骤S1032、在所述第一目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
具体的，控制器在得到第一目标调整后信息时，可以继续控制设备执行针对污泥、油泥、生物料等其它待热解对象的热解处理操作。
在实际处理过程中，步骤S103还可以通过以下过程实现：
步骤S21、当确定出包括增加热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第二目标调整后信息。
具体的，当控制器确定出包括增加热解腔微波功率的目标处理策略时，可以认为热解腔内的温度过低，此时控制器可以控制增加热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，从而得到第二目标调整后信息。
其中，第二目标调整后信息可以包括热解腔外部侧壁上第一微波源的功率被增加后的第二调整后功率。
步骤S22、在所述第二目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
具体的，控制器在得到第二目标调整后信息时，可以继续控制设备执行针对污泥、油泥、生物料等其它待热解对象的热解处理操作。
在实际处理过程中，在执行完步骤S103之后，所述方法还包括设备关机过程，具体包括：
步骤S31、获取设备关闭指令。
具体的，控制器在设备执行针对待热解对象的热解处理操作过程中，可以实时或周期性检测腔体内气体的各个成分信息，当检测到腔体内的气体成分仅包括惰性气体和氢气时，可以认为待热解对象已被处理为所需可燃气体且均已排出，此时可以生成设备关闭指令。
其中，设备关闭指令可以是向用户终端发送待热解对象已被热解处理关闭的提示信息后由用户发送设备关闭请求生成，也可以是用户基于提示信息人为按压或者触摸设备上的关机按键后生成的指令。此处不作具体限定。
步骤S32、基于所述设备关闭指令，控制热解腔中第一微波源及裂解腔中第二微波源的关闭操作。
具体的，当控制器获取到设备关闭指令时，可以控制关闭热解腔外部侧壁上的第一微波源以及控制关闭裂解腔外部侧壁上的第二微波源。
步骤S33、当获取到标识所述第一微波源和所述第二微波源均已关闭的目标指示信息时，控制执行针对腔体内空气的吹扫操作。
具体的，当控制器获取到标识第一微波源和第二微波源均已关闭的目标指示信息时，可以进一步启动惰性气体源向腔体内注入惰性气体，以此执行针对腔体内空气的吹扫操作。
步骤S34、当确定所述吹扫操作的结果表征所述腔体内剩余气体的当前含量量达到预设参考含量时，控制执行所述设备的关机操作。
具体的，当控制器确定吹扫操作的结果表征腔体内仅剩余氨气和惰性气体且的剩余氢气的当前含量低于爆炸极限值时，可以控制执行针对设备的关机操作，比如当设备为立式结构时，可以自上向下或者自下向上关闭设备中的器件。
本发明实施例中，本发明的基于微波热解产生气体的方法应用于基于微波热解产生气体的设备中，所述方法包括：获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。也就是说，本发明能够根据出气口处待排放物中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，实现高效且快速处理待热解对象的目的，整个热解处理过程能量消耗低，热解充分，可大大降低液体产物的量，能够有效防止热解设备的排气管道被堵塞，解决了现有微波热解反应方法产生的大量液体产物会堵塞排气管和冷凝器管道而导致的立式微波热解反应炉的处理效率并不高的问题，大大提高了污泥、油泥、生物料等固废的处理效率，并且降低了能耗，提高了基于微波热解产生气体的设备的使用寿命，从而在固体废弃物处理领域具有广泛应用。
在另一种可行的实施例中，本发明还提供了一种基于微波热解产生气体的设备，如图2所示，所述设备包括：腔体1、热解腔2、均流层3、裂解腔4及出气口5。
其中，热解腔2、均流层3和裂解腔4可以自下向上依次设置于腔体1的内部，热解腔2可以包括第一微波源21、惰性气体源22和吸波单元23，裂解腔4可以包括第二微波源41、裂解催化剂42和氢气源43，出气口5可以设置于裂解腔4的顶部。
本发明中，腔体1可以为金属材质。
需要说明的是，本发明所提供的基于微波热解产生气体的设备可以用于对污泥、油泥、生物料等其它待热解对象进行高效且快速热解处理且将待热解对象热解处理为包括可燃气体的气体产物后经由出气口排出，以供后续燃烧使用，其中可燃气体可以包括氢气、甲烷、总挥发性有机化合物、乙炔、乙烯等其它可燃气体分子，待热解对象可以包括污泥、油泥、生物料等其它固废。
本发明实施例中，第一微波源21可以设置于热解腔2的外部侧壁上，惰性气体源22可以设置于热解腔2的底部，吸波单元23可以设置于热解腔2的内部。
可选的，第一微波源21的数量可以为多个，多个第一微波源21可以以阵列形式分布在热解腔2的外部侧壁上，以将热解腔2内的待热解对象充分热解。优选的，为了防止微波之间相互干扰，相邻第一微波源21垂直设置，从而在避免了微波之间相互干扰的同时，增加了微波辐射功率，快速热解反应，提高微波热解效率。
可选的，惰性气体源22可以用于向热解腔2内注入惰性气体，惰性气体可以包括常温下很难发生反应的气体，比如氮气、二氧化碳等。
需要说明的是，惰性气体源22内可以设置有第一喷嘴，第一喷嘴可以设置于惰性气体源22内，且第一喷嘴可以用于将惰性气体均匀且充分吹入热解腔2内，以用于对热解腔2进行吹扫。示例性的，第一喷嘴的数量可以为多个且多个第一喷嘴可以均匀分布。
可选的，吸波单元23可以包括吸波框架，吸波框架可以由被动吸波陶瓷材质形成，以用于提高热解腔2内的热解温度。
需要说明的是，如图2所示，当惰性气体源22设置于热解腔2的底部时，吸波单元23也可以在热解腔2的底部且可以位于惰性气体源22之上。
本发明实施例中，所述设备还可以包括腔门24，腔门24可以设置于热解腔2之上且可以用于向热解腔2内放置待热解对象，待热解对象在热解腔2中的位置可以如图2中的椭圆所示。
可选的，腔门24可以设置于热解腔2的一个面上且可以以人为或者机械联动的方式将待热解对象放置于热解腔2内。
本发明实施例中，均流层3可以包括在微波作用下可发热且能防止液体被吸附的均流板。示例性的，均流板可以为陶瓷均流板，陶瓷均流板可以是可吸热且可吸收微波的多孔陶瓷板，其可以用于对热解腔2内产生的气液混合产物进行均流。
可选的，均流层3可以设置于热解腔2的顶部且可以用于隔开热解腔2和裂解腔4。
本发明实施例中，第二微波源41可以设置于裂解腔4的外部侧壁上，裂解催化剂42可以设置于裂解腔4的内部，氢气源43可以设置于裂解腔4的底部。
可选的，第二微波源41的数量可以为多个，多个第二微波源41可以以阵列形式分布在裂解腔4的外部侧壁上，以便于对进入裂解腔4内的液体产物进行进一步裂解。优选的，为了防止微波之间相互干扰，相邻第二微波源41垂直设置，从而在避免了微波之间相互干扰的同时，增加了微波辐射功率，快速催化反应，提高微波裂解反应效率。
可选的，氢气源43可以用于向裂解腔4内注入氢气，以用于向加氢裂解反应提供氢气。
需要说明的是，待热解对象经由热解腔2热解处理产生气液混合产物，气液混合产物以蒸汽态挥发时会与氢气源43提供的氢气进行反应，使得气液混合产物在裂解催化剂42和第二微波源41的作用下被进一步裂解为小分子量的不凝气，以此实现避免排气管道被堵塞的目的。
本发明实施例中，裂解催化剂42可以包括蜂窝多孔陶瓷载体、吸波材料颗粒及加氢催化剂颗粒，且吸波材料颗粒和加氢催化剂颗粒分别吸附在蜂窝多孔陶瓷载体的表面。
可选的，吸波材料颗粒可以包括不吸收微波的颗粒，比如金属纳米吸波颗粒、石墨烯、石墨、炭黑、碳化硅、Al2O3颗粒、沸石颗粒、SiO2颗粒、高岭土颗粒、Si3N4颗粒。
可选的，加氢催化剂颗粒可以包括第Ⅷ族过渡金属元素的金属催化剂，如铂、钯、镍载体催化剂及骨架镍等，用于炔、双烯烃选择加氢，油脂加氢等；也可以包括金属氧化物催化剂，如氧化铜-亚铬酸铜、氧化铝-氧化锌-氧化铬催化剂等，用于醛、酮、酯、酸及CO等的加氢；也可以包括金属硫化物催化剂，如镍-钼硫化物等，用于石油炼制中的加氢精制等；还可以包括络合催化剂，如RhCl[P(C6H5)3]，用于均相液相加氢。
本发明实施例中，所述设备还可以包括隔热层，隔热层可以设置于腔体1的内部。示例性的，腔体1内设置隔热层可以防止热量散失。
可选的，所述设备还可以包括金属网6，金属网6可以设置于裂解腔4与出气口5的连接处。
需要说明的是，设置金属网6的作用是防止微波泄露。由于人体长期与微波辐射源距离很近时，因受到过量的辐射能量从而产生头晕、睡眠障碍、记忆力减退、心跳过缓、血压下降等现象。当微波泄漏达到1mw/cm2时，会突然感到眼花，视力下降，甚至引起白内障。为了保障用户的健康，在裂解腔4与出气口5的连接处设置金属网6，拐角在微波的作用下，可能会产生微波放电，容易发生危险事故。金属网可以阻隔微波泄露，减少了微波对人体的伤害，提高了设备的安全性。
本发明实施例中，所述设备还可以包括空气泵或者风机，空气泵或者风机可以设置于所述氢气源43处。
可选的，空气泵或者风机可以与氢气源43外接，以用于加氢反应催化裂解过程中通过向裂解腔4内鼓风加快反应速率。
本发明实施例中，所述设备还可以包括第二喷嘴，第二喷嘴可以设置于氢气源43内。
可选的，第二喷嘴可以设置于氢气源43内，第二喷嘴的数量可以为多个，多个第二喷嘴可以用于将氢气均匀且充分吹入裂解腔4内，以用于与均流后的气液混合产物发生反应，从而生成小分子量的不凝气。
示例性的，第二喷嘴的数量可以为多个且多个第二喷嘴可以均匀分布。
本发明实施例中，所述设备还可以包括支架7，支架7可以用于支撑所述腔体1。
示例性的，待加热对象经由腔门24放置入热解腔2内之前，先通过惰性气体源22向热解腔2内注入惰性气体一定时间进行吹扫，待置换掉热解腔2内的空气后再将待热解对象放置于热解腔2内，且待热解对象在第一微波源21产生的微波、惰性气体源22注入的空气和吸波单元23的作用下进行快速且充分热解，产生气液混合产物，气液混合产物经由均流层3的均流处理后进入裂解腔4内，并在第二微波源41辐射的微波和裂解催化剂42的裂解催化作用下与氢气源43注入的氢气进行快速反应，使其变成小分子量的不凝气，最后再将经由热解腔2和裂解腔4处理后产生的所有气体经由出气口5排出以供后续燃烧使用。其中，经由出气口5排出的气体可以包括氢气、甲烷、TVOC等可燃气体。
本发明实施例中，所述设备还可以包括控制器和传感器，传感器可以设置于出气口5处且可以用于测量甲烷的浓度、TVOC的浓度，控制器可以根据传感器检测到的甲烷的浓度、TVOC的浓度调整第一微波源21的功率、第二微波源41的功率、氢气源43的氢气注入量。比如当甲烷的浓度过高且TVOC的浓度过低时，可以认为加氢反应不彻底，此时控制器可以控制增加氢气源43的氢气注入量、减小第一微波源21的功率及增大第二微波源41的功率；当甲烷的浓度过低且TVOC的浓度过高时，控制器可以增大第一微波源21的功率。
本发明提供的一种基于微波热解产生气体的设备，包括：腔体、热解腔、均流层、裂解腔、出气口及控制器；其中，所述热解腔、所述均流层和所述裂解腔自下向上依次设置于所述腔体的内部，所述热解腔包括第一微波源、惰性气体源和吸波单元，所述裂解腔包括第二微波源、裂解催化剂和氢气源，所述出气口设置于所述裂解腔的顶部，所述控制器分别与所述第一微波源、所述第二微波源和所述氢气源连接。也就是说，本发明惰性气体源提供的惰性气体置换完热解腔内的空气后，污泥、油泥、生物料等其它待热解对象先在热解腔中第一微波源和吸波单元的作用下被热解产生气液体混合产物，所产生的气液体混合产物在蒸汽态挥发过程中再经均流层进行均流处理后进入裂解腔，并在裂解腔中第二微波源、裂解催化剂和氢气源的作用下被进一步裂解为包括可燃气体的气体产物，供后续燃烧使用，最终将腔体内产生的气体产物经由出气口排出，以供后续燃烧使用，实现了结合催化反应、微波热解及加氢反应快速且高效将待热解对象处理为所需的可燃气体的目的，整个热解处理过程能量消耗低，热解充分，可大大降低液体产物的量，能够有效防止热解设备的排气管道被堵塞，从而在固体废弃物处理领域具有广泛应用。
如图3所示为本发明实施例中提供的基于微波热解产生气体的装置，如图3所示，所述装置包括：获取模块301、确定模块302和处理模块303，其中：获取模块301，用于获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定模块302，用于确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；处理模块303，用于根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。
需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明中的一种基于微波热解产生气体的装置，包括：获取模块，用于获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定模块，用于确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；处理模块，用于根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。也就是说，本发明能够根据出气口处待排放物中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度，实现高效且快速处理待热解对象的目的，整个热解处理过程能量消耗低，热解充分，可大大降低液体产物的量，能够有效防止热解设备的排气管道被堵塞，解决了现有微波热解反应方法产生的大量液体产物会堵塞排气管和冷凝器管道而导致的立式微波热解反应炉的处理效率并不高的问题，大大提高了污泥、油泥、生物料等固废的处理效率，并且降低了能耗，提高了基于微波热解产生气体的设备的使用寿命，从而在固体废弃物处理领域具有广泛应用。
图4为本发明另一实施例提供的基于微波热解产生气体的控制装置示意图，该控制装置可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，并且该装置包括：存储器401、处理器402。
存储器401用于存储程序，处理器402调用存储器401存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
优选地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当指令被执行时，使得计算机执行如上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (8)
1.一种基于微波热解产生气体的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取出气口处当前气体的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略，包括：
将所述第一当前浓度与第一预设参考浓度进行匹配及将第二当前浓度与第二预设参考浓度进行匹配，得到目标匹配结果；当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度低于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度高于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略；当所述目标匹配结果表征所述第一当前浓度高于所述第一预设参考浓度且所述第二当前浓度低于所述第二预设参考浓度时，确定包括增加热解腔微波功率的目标处理策略；根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作，该方法应用于基于微波热解产生气体的设备中，该设备包括：腔体、热解腔、均流层、裂解腔、出气口及控制器；其中，所述热解腔、所述均流层和所述裂解腔自下而上依次设置于所述腔体的内部，所述热解腔包括第一微波源、惰性气体源和吸波单元，所述裂解腔包括第二微波源、裂解催化剂和氢气源，所述出气口设置于所述裂解腔的顶部，所述控制器分别与所述第一微波源、所述第二微波源和氢气源连接；第一微波源与第二微波源的数量可以为多个，多个第一微波源可以以阵列形式分布在热解腔的外部侧壁上，相邻第一微波源垂直设置，多个第二微波源可以以阵列形式分布在裂解腔的外部侧壁上，相邻第二微波源垂直设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波热解产生气体的方法，其特征在于，在所述获取出气口处当前气体的目标特征参数的步骤之前，所述方法还包括：
获取设备启动指令；
基于所述设备启动指令，控制执行针对热解腔内空气的置换反应操作；
确定所述置换反应操作的时间达到预设参考时间时，控制腔体执行针对待热解对象的目标热解处理操作。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波热解产生气体的方法，其特征在于，在所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作的步骤之后，所述方法还包括：
获取设备关闭指令；
基于所述设备关闭指令，控制热解腔中第一微波源及裂解腔中第二微波源的关闭操作；
当获取到标识所述第一微波源和所述第二微波源均已关闭的目标指示信息时，控制执行针对腔体内空气的吹扫操作；
当确定所述吹扫操作的结果表征所述腔体内剩余气体的当前含量量达到预设参考含量时，控制执行所述设备的关机操作。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波热解产生气体的方法，其特征在于，所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作，包括：
当确定出包括增加氢气的注入量及减少热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加氢气源向裂解腔内的氢气注入量及控制减少热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第一目标调整后信息；
在所述第一目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波热解产生气体的方法，其特征在于，所述根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作，包括：
当确定出包括增加热解腔微波功率的目标处理策略时，控制增加热解腔外部侧壁上第一微波源的功率，得到第二目标调整后信息；在所述第二目标调整后信息的作用下，控制执行针对进入所述设备内待热解对象的目标热解处理操作。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于微波热解产生气体的方法用于一种基于微波热解产生气体的装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块、确定模块和处理模块，其中：
获取模块，用于获取出气口处当前气体的目标特征参数；其中，
所述目标特征参数包括所述当前气体中甲烷的第一当前浓度和总挥发性有机化合物的第二当前浓度；
确定模块，用于确定与所述目标特征参数匹配的目标处理策略；
处理模块，用于根据所述目标处理策略，控制执行目标处理操作。
7.一种基于微波热解产生气体的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述控制装置执行所述如权利要求1-5中任一项所述的基于微波热解产生气体的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行如权利要求1至5中任一项所述的基于微波热解产生气体的方法。
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- 2021-05-15 CN CN202110530793.8A patent/CN115340882B/zh active Active
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