专利摘要

本实用新型公开了一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，属于生物质资源利用技术领域。该装置包括温控系统、热解反应系统和气态加氢反应系统，可实现生物质活性解聚及其裂解产物在频率连续可调微波反应器中进行气态加氢，结构简单，操作方便。本实用新型采用发射频率可连续变频的微波协同生物质活性热解产物的气态加氢，频率连续变化的微波不仅可激活活性载气的氢键，在某一最佳的发射频率下还可与气态产物分子形成“共振”从而定向断键，在低压甚至常压下实现气态产物的在线加氢，与常规液态生物油的加氢相比，具有反应能耗低、加氢效率高等优势。

权利要求

1.一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，包括气体源、温控系统(5)、热解反应系统和气态加氢反应系统；所述气体源包括惰性气体源(1)和活性反应气体源(2)；所述温控系统(5)中设有若干个探针；

所述热解反应系统为第一级固定床裂解反应器(6)，所述第一级固定床裂解反应器(6)的进气口与气体源连接，所述第一级固定床裂解反应器(6)与气体源之间设有预热器(3)；第一级固定床裂解反应器(6)的进料口与固体进料斗(4)连接；所述温控系统(5)的探针伸入第一级固定床裂解反应器(6)内部；所述第一级固定床裂解反应器(6)中设有热解催化剂床层(7)；

所述气态加氢反应系统包括微波连续调频电源(9)、微波谐振腔(11)、第二级石英管固定床加氢反应器(8)和冷凝系统(12)；所述第一级固定床裂解反应器(6)的出气口与第二级石英管固定床加氢反应器(8)连接；所述微波谐振腔(11)上设有微波馈口(10)，所述微波连续调频电源(9)与微波馈口(10)连接；所述第二级石英管固定床加氢反应器(8)设于微波谐振腔(11)中，第二级石英管固定床加氢反应器(8)内设有催化剂填充筛网隔垫(13)，催化剂填充筛网隔垫(13)处设有红外测温仪(14)，所述红外测温仪(14)与温控系统(5)连接；所述冷凝系统(12)与第二级石英管固定床加氢反应器(8)的出口连接，冷凝系统(12)的出口处设有集气袋(17)。

2.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述惰性气体源(1)与预热器(3)的连接管道上、活性反应气体源(2)与预热器(3)的连接管道上均设有气体流量计。

3.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述固体进料斗(4)与第一级固定床裂解反应器(6)之间设有进料阀。

4.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述第二级石英管固定床加氢反应器(8)与冷凝系统(12)之间设有在线检测系统(15)。

5.根据权利要求4所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述在线检测系统(15)为气相-质谱联用仪。

6.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述红外测温仪(14)为非接触式。

7.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述惰性气体源(1)与固体进料斗(4)之间设有惰性气体管道。

8.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述固体进料斗(4)和第一级固定床裂解反应器(6)均与压力传感器(18)连接。

9.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，所述微波连续调频电源(9)由不同调频模块组成，微波发射频率在2.45～8GHz之间连续可调，输出功率在200～500W之间自由调整；频率调整幅度为0.1～1000MHz。

10.根据权利要求1所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，第一级固定床裂解反应器(6)的进料口与液体进料泵(16)连接，所述液体进料泵(16)与第一级固定床裂解反应器(6)的进料口之间设有预热器(3)。

说明书

技术领域

本实用新型属于生物质资源利用技术领域，具体涉及一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置。

背景技术

传统化石能源的大量消耗导致能源与环境问题日益突出，寻求可再生替代能源以保障能源安全成为了亟待解决的关键问题。在众多可再生能源中，生物质能是唯一可直接转化为液体燃料的碳质资源，因此，木质纤维素类生物质通过热化学转化制备高品位液体燃料技术，一直是生物质能利用领域研究的重点与热点。然而，常规快速热解技术所制备的生物油通常含有丰富的高活性含氧物质(如酸类、醛类、酮类及酯类等)，是造成其稳定性差、粘度高、酸性强等缺点的主要原因，从而导致不能直接作为燃料使用。因此，需要对生物油提质以降低含氧量并提高烃类等产物的含量，从而实现替代汽油或航空燃油的目标。

在基于C-O键靶向的热解生物油催化脱氧提质方面，一般指对液态生物油所进行的加氢脱氧(Hydrodeoxygenation，HDO)反应。该提质过程以H2或供氢溶剂作为活性介质，在高压反应釜中于一定温度、压力下进行，从而能在极少损失生物油中碳元素的前提下将其中的氧元素以H2O的形式脱除。由于贵金属或贵金属基双功能氧化物在低氢压力下的较高活性和对酸性环境的高耐受性，从而成为了HDO催化剂领域的研究热点，但其较高的成本限制了在商业上的大规模推广应用。同时，将已经通过热解或催化热解冷凝得到的生物油再次升温加压在高压反应釜中进行HDO反应，不仅造成了能源的二次消耗，更促进了生物油中活性含氧化合物的高度再聚合，可导致催化剂快速失活并可能堵塞反应器造成反应中断。

为了实现整合生物质裂解与加氢深度脱氧的目标，近年来，生物质快速催化加氢热解(Catalytic fast hydropyrolysis，CFHP)技术引起了广泛关注。与传统惰性(N2)、常压气氛下的生物质催化热解反应不同，加压催化氢解采用H2作为活性载气，在一定反应压力下对生物质进行催化裂解与气态产物在线加氢，可认为其集成了生物质的快速催化热解与加氢脱氧过程。具体而言，生物质热解过程中产生大量的未饱和自由基团，在外来氢源的供氢作用下可对其进行饱和，从而避免了二次反应的发生并可降低热解油的极性和氧含量，在添加合适HDO催化剂的条件下，能实现热解产物的深度脱氧，并且反应器的压力范围也可灵活选择，可达到对裂解产物进行有效加氢的目的。

此外，常规生物质热化学转化及其高压反应釜的加氢脱氧提质过程均采用电加热的方式进行加热，与微波加热相比，普遍具有能耗高、速度慢、加热不均匀等缺点，很难实现生物质大分子的C-O、C-C键的定向断裂。因此，微波辅助加热的方式在生物质热化学转化方面获得了广泛的关注。然而，目前常用的微波加热方式其微波发射频率一般为2.45GHz，主要原因在于水分子的本征共振频率与该微波发射频率一致，因而能引起水分子的“共振”从而具有较高的加热效率。而生物质三组分及其热解产物与水分子不同，其本征共振频率与水分子有明显的区别，从而常规2.45GHz的微波辐射频率不能够使其共振断键，而生物质热解气态产物则包含醇类、酯类、酚类、醛类、烯烃及芳烃类等一系列不同的物质，其分子共振频率与水分子不一致，因此无法实现“共振”断键加氢。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，装置包括温控系统、热解反应系统和气态加氢反应系统，可实现生物质活性解聚及其裂解产物在频率连续可调微波反应器中进行气态加氢，结构简单，操作方便。

技术方案：为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，包括气体源、温控系统、热解反应系统和气态加氢反应系统；所述气体源包括惰性气体源和活性反应气体源；所述温控系统中设有若干个探针；

所述热解反应系统为第一级固定床裂解反应器，所述第一级固定床裂解反应器的进气口与气体源连接，所述第一级固定床裂解反应器与气体源之间设有预热器；第一级固定床裂解反应器的进料口与固体进料斗连接；所述温控系统的探针伸入第一级固定床裂解反应器内部；所述第一级固定床裂解反应器中设有热解催化剂床层；

所述气态加氢反应系统包括微波连续调频电源、微波谐振腔、第二级石英管固定床加氢反应器和冷凝系统；所述第一级固定床裂解反应器的出气口与第二级石英管固定床加氢反应器连接；所述微波谐振腔上设有微波馈口，所述微波连续调频电源与微波馈口连接；所述第二级石英管固定床加氢反应器设于微波谐振腔中，第二级石英管固定床加氢反应器内设有催化剂填充筛网隔垫，催化剂填充筛网隔垫处设有红外测温仪，所述红外测温仪与温控系统连接；所述冷凝系统与第二级石英管固定床加氢反应器的出口连接，冷凝系统的出口处设有集气袋。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述惰性气体源与预热器的连接管道上、活性反应气体源与预热器的连接管道上均设有气体流量计。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述生物质进料斗与第一级固定床裂解反应器之间设有进料阀。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述第二级石英管固定床加氢反应器与冷凝系统之间设有在线检测系统。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述在线检测系统为气相-质谱联用仪。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述红外测温仪为非接触式。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述惰性气体源与固体进料斗之间设有惰性气体管道，对固体生物质原料在进料前进行惰性气体吹扫。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述固体进料斗和第一级固定床裂解反应器均与压力传感器连接。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，所述微波连续调频电源由不同调频模块组成，微波发射频率在2.45～8GHz之间连续可调，输出功率在200～500W之间自由调整；频率调整幅度为0.1～1000MHz。

所述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，第一级固定床裂解反应器的进料口与液体进料泵连接，当生物质原料为液体时，将启用液体进料泵进行液体进料，此时固体进料斗将处于关闭状态，当生物质原料为固体时，即采用固体进料斗进行进料，液体进料泵处于关闭状态；所述液体进料泵与第一级固定床裂解反应器的进料口之间设有预热器，预热器对生物质液体原料进料前做预热处理。

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

本实用新型包括温控系统、热解反应系统和气态加氢反应系统，可实现生物质活性解聚及其裂解产物在频率连续可调的微波反应器中进行气态加氢，结构简单，操作方便。采用发射频率可连续变化的微波协同生物质热解产物的气态加氢，频率连续变化的微波不仅可激活活性载气的氢键，在某一最佳的发射频率下还可与气态产物分子形成“共振”从而定向断键，在低压甚至常压下实现气态产物的在线加氢，与常规液态生物油的加氢相比，具有反应能耗低、加氢效率高等优势，并且达到一步法制备生物航油的目标。

附图说明

图1是微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施实例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施实例仅用于说明本实用新型专利而不用于限定本实用新型专利的范围，在阅读了本实用新型专利后，本领域技术人员对本实用新型专利的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置，如图1所示。由图1可知，该装置包括气体源、温控系统5、热解反应系统和气态加氢反应系统；气体源包括惰性气体源1和活性反应气体源2；温控系统5中设有若干个探针；

热解反应系统为第一级固定床裂解反应器6，第一级固定床裂解反应器6上设有进料口、进气口和出气口，第一级固定床裂解反应器6的进气口与气体源连接，惰性气体源1与预热器3的连接管道上、活性反应气体源2与预热器3的连接管道上均设有气体流量计，用于精确控制惰性气体和活性反应气体的流量；第一级固定床裂解反应器6与气体源之间设有预热器3，用于给惰性气体和活性反应气体加热；固体进料斗4和液体进料泵16均与第一级固定床裂解反应器6的进料口连接，根据生物质原料的种类选择不同的进料装置，液体进料泵16与第一级固定床裂解反应器6的进料口之间设有预热器3，液体原料在进料之前要进行预热，固体进料斗4与第一级固定床裂解反应器6之间设有进料阀；温控系统5的探针伸入第一级固定床裂解反应器6内部，实时监控热解反应器的温度变化情况；第一级固定床裂解反应器6中设有热解催化剂床层7；固体进料斗4和第一级固定床裂解反应器6均匀压力传感器18连接，用于实时监控固体进料斗4和第一级固定床裂解反应器6中的压力变化；

气态加氢反应系统包括微波连续调频电源9、微波谐振腔11、第二级石英管固定床加氢反应器8和冷凝系统12；第一级固定床裂解反应器6的出气口与第二级石英管固定床加氢反应器8连接；微波谐振腔11上设有微波馈口10，微波连续调频电源9与微波馈口10连接，微波连续调频电源9由不同调频模块组成，微波发射频率在2.45～8GHz之间连续可调，输出功率在200～500W之间自由调整，频率调整幅度为0.1～1000MHz；第二级石英管固定床加氢反应器8设于微波谐振腔11中，第二级石英管固定床加氢反应器8内设有催化剂填充筛网隔垫13，催化剂填充筛网隔垫13处设有非接触式的红外测温仪14，红外测温仪14与温控系统5连接；冷凝系统12与第二级石英管固定床加氢反应器8的出口连接，冷凝系统12的出口处设有集气袋17，加氢产物中可冷凝部分经过冷凝系统冷凝后得到生物油，不可冷凝部分进入集气袋17，为接下来的进一步检测分析使用；在第二级石英管固定床加氢反应器8的出口于冷凝系统12之间设有在线检测系统15，在线检测系统15可以为气相-质谱联用仪，对加氢产物成分进行在线检测分析。

上述微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置的使用方法，具体包括以下步骤：

(1)将热解催化剂布置于第一级固定床反应器中的催化剂床层中，将加氢催化剂均匀布置于第二级石英管固定床加氢反应器8中的石英管中心处，将生物质原料加入到固体进料斗4中；然后用惰性气体经预热器3预热后吹扫第一级固定床裂解反应器6、第二级石英管固定床加氢反应器8；

(2)吹扫结束后将载气阀门切换至活性反应载气源2，开始对第一级固定床裂解反应器升温，并开启微波连续调频电源9，使2.45～8GHz连续变化微波通过微波馈口进入微波谐振腔11，对布置于石英管中心处的加氢催化剂进行选择性加热，加氢催化剂与石英管壁面接触处的温度则通过非接触式红外测温仪14实时监测，待第一级固定床裂解反应器6、第二级石英管固定床加氢反应器8的温度达到反应温度时，进入步骤3)；

(3)开启固体进料斗4的进料阀，生物质原料进入第一级固定床裂解反应器6后快速催化裂解生成以芳香烃为主的气态产物，然后以气态形式进入第二级石英管固定床加氢反应器8中，在加氢催化剂及频率连续变化的微波作用下进行加氢反应；

(4)加氢反应生成的产物组分通过布置于石英管反应器出口处的在线检测系统15进行实时检测，并且反应后的产物经冷凝系统冷凝后收集液态产品，不可冷凝的气态产物则被收集于集气袋中供后续离线分析。

本实用新型包括温控系统、热解反应系统和气态加氢反应系统，可实现生物质活性解聚及其裂解产物在频率连续可调的微波反应器中进行气态加氢，结构简单，操作方便。采用发射频率可连续变化的微波协同生物质热解产物的气态加氢，频率连续变化的微波不仅可激活活性载气的氢键，在某一最佳的发射频率下还可与气态产物分子形成“共振”从而定向断键，在低压甚至常压下实现气态产物的在线加氢，与常规液态生物油的加氢相比，具有反应能耗低、加氢效率高等优势，并且达到一步法制备生物航油的目标。

一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。