CN221071406U - 一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，包括保护气供给系统、微波热解系统、冷凝及集油系统、气体净化及收集系统、数据采集系统五部分。本实用新型利用保护气供给系统为热解提供惰性气体环境，以保证热解反应的稳定性，微波热解系统产生的混合气体中，不可冷凝气体经除杂及干燥后，变成成分易分析的气体产物，减少了热解气体产物的杂质成分，提高了固体废弃物的热解试验分析精度，解决了现有小型微波热解装备热解后气体产物不纯引起的试验分析精度低的问题，并起到了保护气体分析仪器的作用；而且，热解反应过程的温度数据可通过数据采集系统实时监测，便于判断气体收集工作是否可以终止。
Description
技术领域
本实用新型属于固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人们生活水平不断提高，食物供应量的不断增加产生了大量餐厨垃圾，同时农业生产中粮食作物的增多产生了大量难以处理的秸秆，基于此，如何无害化、资源化处理餐厨垃圾以及秸秆等固体废弃物是实现绿色发展道路上必须要解决的难题之一。
微波加热是指在微波辐射的情况下，微波电磁能向被加热物体内能转化的过程，表现为宏观的温度上升，由于采用微波加热技术对固体废弃物进行热解具有反应时间短、升温速率高、能量利用率高、污染物排放少等优点，因此其被广泛应用于生物质热解等领域。现有的固体废弃物微波热解装备主要在惰性气体的环境中对原料进行热解，初步热解所产生的气液体混合产物会进行二次裂解，此过程中气体产物含量增加，液体产物含量减少，所产生的气体产物往往因含有水分等杂质而纯度不够，用作实验分析时会对试验仪器造成危害，并影响热解试验气体产物的分析精度。故本实用新型设计了一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，利用微波作为加热源，对农业废弃物和餐厨垃圾在缺氧的环境下进行热解，并对热解产物中的生物气进行净化收集，减少热解气体产物的杂质成分，提高固体废弃物的热解试验分析精度。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，解决了现有小型微波热解装备热解后气体产物不纯引起的试验分析精度低、易对试验仪器造成危害等问题。
本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，包括依次连接的保护气供给系统、微波热解系统、冷凝及集油系统、气体净化及收集系统；保护气供给系统用于为微波热解系统热解提供惰性气体环境；微波热解系统用于对原料进行微波热解；冷凝及集油系统用于将微波热解产生的混合气体中的可冷凝气体冷凝成含杂生物油并收集；气体净化及收集系统用于对微波热解产生的混合气体中的不可冷凝气体进行处理并收集，包括吸附不可冷凝气体产物中的CO2、水分。
进一步地，所述保护气供给系统包括氮气罐，氮气罐上装有压力计和阀门，氮气罐通过导管与流量计的进口端相连，流量计的出口端与微波热解系统中的石英反应器的左支管口相连。
进一步地，所述微波热解系统包括数字控制面板，数字控制面板和微波加热装置连接，用于调节微波功率和显示温度；微波加热装置内装载有石英反应器，原料装在石英反应器内，石英反应器的右支管口与冷凝及集油系统中的冷凝管的进口端相连。
进一步地，所述冷凝及集油系统包括冷凝装置，冷凝装置中的球形冷凝管和直形冷凝管均通过夹持装置垂直固定于铁架台上，球形冷凝管的出口端与生物油收集装置进口端连接，生物油收集装置出口端与直形冷凝管进口端连接，球形冷凝管的进水口与供水泵的出水口相连，球形冷凝管的出水口与直型冷凝管的进水口相连，直型冷凝管的出水口与供水泵的进水口相连，直形冷凝管的出口端与另一生物油收集装置进口端连接。
进一步地，所述气体净化及收集系统包括防倒吸装置，防倒吸装置的进口端与冷凝及集油系统中的生物油收集装置出口端相连，防倒吸装置的出口端通过导管与洗气装置相连，洗气装置出口端与干燥装置相连，抽气泵同时与干燥装置的出口端和集气袋相连。
进一步地，所述洗气装置盛有0.1～1mol/L的Na(OH)2或者Ca(OH)2溶液。
进一步地，所述干燥装置中盛有碱石灰。
进一步地，所述石英反应器的中间支管口插入有K型热电偶，K型热电偶与计算机采集系统连接，用于实时测量热解温度并将数据反馈至计算机采集系统。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型整体包括保护气供给系统、微波热解系统、冷凝及集油系统、气体净化及收集系统，利用保护气供给系统为热解提供惰性气体环境，微波热解系统产生的混合气体中，可冷凝气体经冷凝及集油系统转化为生物油，不可冷凝气体经气体净化及收集系统除杂干燥后，变成成分易分析的气体产物，实现了对热解产物中的生物气的净化收集，减少了热解气体产物的杂质成分，提高了固体废弃物的热解试验分析精度，解决了现有小型微波热解装备热解后气体产物不纯引起的试验分析精度低的问题，并起到了保护气体分析仪器的作用，在微波热解系统的气体产物收集领域具有广泛的应用。另外，本实用新型还设置有数据采集系统，使得热解反应过程的温度数据可通过数据采集系统实时监测，便于判断气体收集工作是否可以终止。
附图说明
图1为本实用新型所述微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置结构示意图。
图中：101-氮气罐，102-压力计，103-阀门，104-流量计，201-温度控制器，202-微波加热装置，203-石英反应器，301-冷凝系统，302-夹持装置，303-铁架台，304-生物油收集装置，305-供水泵，401-防倒吸装置，402-洗气装置，403-干燥装置，404-抽气泵，405-气体收集装置，501-K型热电偶，502-计算机采集系统。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
本实用新型所述微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，包括保护气供给系统、微波热解系统、冷凝及集油系统、气体净化及收集系统。
如图1所示，保护气供给系统包括氮气罐101、压力计102、阀门103、流量计104。氮气罐101上装有压力计102和阀门103，氮气罐101通过导管与流量计104的进口端相连，为微波热解系统热解提供惰性气体环境；流量计104的出口端与微波热解系统中的石英反应器203的左支管口相连，其作用为监测微波热解系统内的氮气流量，有利于及时开闭阀门103。
如图1所示，微波热解系统包括数字控制面板201、微波加热装置202、石英反应器203；数字控制面板201和微波加热装置202连接，其作用为调节微波功率和显示温度实时变化；石英反应器203的右支管口与冷凝及集油系统中的球形冷凝管的进口端相连。
如图1所示，冷凝及集油系统包括冷凝装置301、夹持装置302、铁架台303、生物油收集装置304、供水泵305。冷凝装置301中的球形冷凝管和直形冷凝管均通过夹持装置302垂直固定于铁架台303上，其作用为使热解产生的混合气中的油液混合物变为液态，有利于含杂较高的生物油收集的同时避免后续除杂路线发生堵塞；同时，球形冷凝管的出口端与生物油收集装置304进口端连接，生物油收集装置304出口端与直形冷凝管进口端连接，球形冷凝管的进水口与供水泵305的出水口相连，球形冷凝管的出水口与直型冷凝管的进水口相连，直型冷凝管的出水口与供水泵305的进水口相连，直形冷凝管的出口端还与另一生物油收集装置304进口端连接。
如图1所示，气体净化及收集系统包括防倒吸装置401、洗气装置402、干燥装置403、抽气泵404、集气袋405。防倒吸装置401的进口端与生物油收集装置304出口端相连，防倒吸装置401的出口端通过导管与洗气装置402相连，洗气装置402出口端与干燥装置403相连；抽气泵404同时与干燥装置403的出口端和集气袋405相连。洗气装置402盛有0.1～1mol/L的Na(OH)2或者Ca(OH)2溶液，用于吸附气体产物中的CO2；防倒吸装置401可防止洗气装置402内压强减小引起溶液回流；干燥装置403中盛有碱石灰，用于吸附干燥气体产物中的水分；抽气泵404作用为形成负压，可促进系统内气体的流动。
优选地，如图1所示，本实用新型还包括数据采集系统，数据采集系统包括计算机采集系统502以及K型热电偶501，K型热电偶501插入石英反应器203的中间支管口，同时直接与计算机采集系统502连接，其作用为实时测量热解温度并将数据反馈至计算机采集系统502。
上述微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置的工作原理如下：
将适量的生物质放置在石英反应器203中并装载在微波加热装置202内，之后打开阀门103，使氮气罐101中的高纯度氮气（纯度>99.9%）充满整个微波热解系统，以清除微波热解系统中的其他气体，通过观察压力计102和流量计104中的气体流速，控制阀门103的开闭程度，使氮气流速保持在50ml/min左右，压力保持在0.1MPa左右，持续时间2min左右。然后通过数字控制面板201将微波功率设定为适合与原料热解相匹配的输出功率，热解起始温度为室温，随着热解过程的进行，热解材料堆体的温度不断增加，且堆体温度在室温200（±50）℃时，原料中的水分不断蒸发变成水蒸气，开始挥发；堆体温度在200（±50）℃～500（±50）℃时生物质材料开始热解，由于热解过程较为迅速，温度在500（±50）℃～1000（±50）℃区间内，热解产物发生热裂解、再聚合的二次反应，随后转化为热解混合气体。
产生的混合气在抽气泵404的负压作用下进入冷凝装置301，此时供水泵305为冷凝管循环供水，以实现对高温混合气体降温，混合气体中的可冷凝气体冷凝成含杂生物油后，由生物油收集装置304收集，而混合气体中的不可冷凝气体依次进入防倒吸装置401和洗气装置402，其中的CO2被洗气装置402中盛放的Na(OH)2或者Ca(OH)2溶液吸附，剩余的CO、CH4、H2进入干燥装置403过滤掉水分后，由气体集气袋405收集。
在上述整个热解过程中，计算机采集系统502实时地采集K型热电偶501所测得的温度数据，为判断气体收集工作是否可以终止提供参考，当气体收集工作达到终止条件后，关闭微波加热装置202电源，至此一次热解气体产物干燥净化和收集工作结束。
利用计算机采集系统502采集并显示温度数据、利用数字控制面板201控制微波加热装置202微波功率和显示温度实时变化均为常规技术手段，因此本实用新型不再赘述。所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，其特征在于，包括依次连接的保护气供给系统、微波热解系统、冷凝及集油系统、气体净化及收集系统；保护气供给系统用于为微波热解系统热解提供惰性气体环境；微波热解系统用于对原料进行微波热解；冷凝及集油系统用于将微波热解产生的混合气体中的可冷凝气体冷凝成含杂生物油并收集；气体净化及收集系统用于对微波热解产生的混合气体中的不可冷凝气体进行处理并收集，包括吸附不可冷凝气体产物中的CO2、水分；
所述保护气供给系统包括氮气罐(101)，氮气罐(101)上装有压力计(102)和阀门(103)，氮气罐(101)通过导管与流量计(104)的进口端相连，流量计(104)的出口端与微波热解系统中的石英反应器(203)相连；
所述微波热解系统包括数字控制面板(201)，数字控制面板(201)和微波加热装置(202)连接，用于调节微波功率和显示温度；微波加热装置(202)内装载有石英反应器(203)，原料装在石英反应器(203)内；
所述石英反应器(203)的中间支管口插入有K型热电偶(501)，K型热电偶(501)与计算机采集系统(502)连接，用于实时测量热解温度并将数据反馈至计算机采集系统(502)。
2.根据权利要求1所述的微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，其特征在于，所述冷凝及集油系统包括球形冷凝管和直形冷凝管；球形冷凝管进口端与微波热解系统中的石英反应器(203)连接，球形冷凝管出口端与生物油收集装置(304)进口端连接，生物油收集装置(304)出口端与直形冷凝管进口端连接；球形冷凝管的进水口与供水泵(305)的出水口相连，球形冷凝管的出水口与直型冷凝管的进水口相连，直型冷凝管的出水口与供水泵(305)的进水口相连，直形冷凝管的出口端与另一生物油收集装置(304)进口端连接。
3.根据权利要求1所述的微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，其特征在于，所述气体净化及收集系统包括防倒吸装置(401)，防倒吸装置(401)进口端与冷凝及集油系统中的生物油收集装置(304)出口端相连，防倒吸装置(401)的出口端通过导管与洗气装置(402)相连，洗气装置(402)出口端与干燥装置(403)相连，抽气泵(404)同时与干燥装置(403)的出口端和集气袋(405)相连。
4.根据权利要求3所述的微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，其特征在于，所述洗气装置(402)中盛有0.1～1mol/L的Na(OH)2或者Ca(OH)2溶液。
5.根据权利要求3所述的微波热解系统的气体产物干燥净化和收集装置，其特征在于，所述干燥装置(403)中盛有碱石灰。
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