一种棉花秸秆微波裂解反应系统

技术领域

本发明属于微波裂解设备技术领域，尤其涉及一种棉花秸秆微波裂解反应系统。

背景技术

中国是世界第一大棉花生产国，而棉花秸秆作为棉花种植中主要副产品的产量也变得越来越大。依据目前国家对资源回收利用和环境保护的要求，棉花秸秆的能源化利用由于能够同时解决能源危机和环境污染，成为解决这一世界性问题的重要途径。棉花秸秆的能源化是利用微波作为外部热源或辐射源来达到裂解装置内部的临界温度，将棉花秸秆中的化学键打断、裂解形成其他可降解或有效回收利用的小分子有机物或无机物，其中反应后生成的可燃气体可生产人造天然气和甲醇；反应后生成的生物质炭经活化后，能够生产木制脱色活性炭。

如公开下述内容的在先申请专利，申请号ZL 201420766724.2，名称为一种微波裂解炉中，其方案是由炉身、炉底、陶瓷搅拌棒、不锈钢螺旋出料装置、微波能量馈入管组件及两个以上的热电耦组成，炉身及炉底相连接，一体成型构成炉体，陶瓷搅拌棒位于炉身内且安装在炉身的底部，不锈钢螺旋出料装置设置在炉底内，微波能量馈入波导组件安装在炉身上且部分位于炉身内，热电耦设置在炉身的侧壁上且靠近陶瓷搅拌棒。

申请号为ZL201110426763.9，名称为垃圾微波裂解炉,其方案是在微波裂解炉的炉膛内设置有螺旋搅拌滞留器，相邻两个微波裂解炉的炉膛上下相通，各微波裂解炉内设置的螺旋搅拌滞留器分级串联传动。

在上述技术方案中，存在以下技术缺陷和不足：

①炉身中的物料从上到下停留时间长，产生的裂解气从下向上到达炉身顶端的过程中，由于气量多且流速大，极易出现气体带料现象。

②其炉身外部没有保护壳，炉身在内部高温高压的情况下受到外部环境的影响时，极易产生裂纹或爆裂从而产生安全生产事故；同时微波能量馈入管组件发出的微波会穿过炉身而辐射至外部，造成环境辐射污染。

③另外在炉身内的裂解高温反应区内设置了对物料进行搅动的陶瓷搅拌棒，当微波能量馈入波导组件输出的微波功率与进料量不匹配时，可能造成陶瓷搅拌棒无法正常运行而影响安全生产。

因此，亟需一种能够解决上述技术问题适用于棉花秸秆的微波裂解反应系统。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种棉花秸秆微波裂解反应系统，从而可解决现有技术中炉身中产生的裂解气易带料上升、炉身外部无保护壳易产生裂纹或爆裂及微波穿过炉身造成环境辐射污染、输出的微波功率与进料量不匹配易造成搅拌棒无法正常运行的问题。

为实现本发明目的而提供的一种棉花秸秆微波裂解反应系统，包括有多个并列设置的微波裂解反应器，多个所述微波裂解反应器的底部均与生物质炭螺旋出料机通过管路连通，以实现将微波裂解反应器内得到的生物质炭收集起来，所述生物质炭螺旋出料机的末端通过管路将生物质炭输送至生物质炭运输车内。

作为上述方案的进一步改进，所述微波裂解反应器包括有微波反应仓，所述微波反应仓包括有上盖、直段和斜体尾段，所述微波反应仓中直段的高径比为2.6～3.3，所述微波反应仓中直段的外部套设有金属外壳，所述金属外壳包括有金属外壳顶盖，所述微波反应仓中直段的外壁、金属外壳的内腔及金属外壳顶盖之间形成微波谐振腔，所述金属外壳的外壁上设置有保温层，所述微波反应仓的顶部与原料仓通过管路连通，以实现将原料输送至微波反应仓内，所述微波反应仓的顶部设置有反应气体出口，用以将微波反应后的气体排出，所述金属外壳的侧壁上相对方向上高低错位的设置有多个微波进口，用以向微波谐振腔内通入微波能量，所述微波反应仓中直段的内部自上而下依次设置有原料布料器和二次布料器，从而使得棉花秸秆料均匀分布在微波反应仓内，所述微波反应仓中斜体尾段的底部与生物质炭螺旋出料机通过管路连通。

作为上述方案的进一步改进，所述金属外壳顶盖的内壁与微波反应仓直段上部之间设置有上端密封支撑环，用于支持微波反应仓的垂直稳定，所述金属外壳内腔的底面与微波反应仓直段下部之间设置有下端密封支撑环，用于支持微波反应仓与金属外壳底面的支撑稳定以及保证微波谐振腔的密封，所述金属外壳顶盖、微波反应仓外侧及下端密封支撑环之间组合实现将微波谐振腔形成密闭空间。

作为上述方案的进一步改进，所述金属外壳的外部上设置有氮气进气口和氮气出气口，用以向微波谐振腔内通入氮气来保护安全运行，所述金属外壳的外部还设置有可燃气体监视器，所述可燃气体监视器的末端插入微波谐振腔内，用于监视微波谐振腔内的密闭运行状况。

作为上述方案的进一步改进，所述微波反应仓中的斜体尾段内设置有防粘搅拌器，用以将微波反应后生成有弱粘性的生物质炭打碎，避免结块堵塞。

作为上述方案的进一步改进，所述微波反应仓中的斜体尾段上设置有疏松气体进口，用以向微波反应仓底部吹入微波反应生成的并经处理的气体，使得生物质炭变得疏松来保证出料顺畅并不影响反应气组成成分。

作为上述方案的进一步改进，所述微波反应仓中斜体尾段与生物质炭螺旋出料机相连的管路上设置有生物质炭出料机，用以将收集到生物质炭螺旋出料机的生物质炭进行定量。

作为上述方案的进一步改进，所述微波反应仓中直段分为上、中、下三个反应区域，所述微波反应仓的顶部设置有三个温度测量器，三个所述温度测量器的末端分别置于微波反应仓中直段内的上、中、下三个反应区域内，从而实现对上、中、下三个反应区域内温度的监控。

作为上述方案的进一步改进，所述微波反应仓的顶部还设置有压力测量器，用于对微波反应仓内压力的监测，所述微波反应仓的侧壁上还设置有料位调节器，用于监控微波反应仓的料位高低。

作为上述方案的进一步改进，所述金属外壳的侧壁上还设置有微波强度控制器，用于监控微波谐振腔内的微波强度。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的一种棉花秸秆微波裂解反应系统，是将处理后一定粒度的棉花秸秆与微波吸收材料均匀混合后，从原料仓进入微波反应仓内，利用微波对微波反应仓中的物料进行直接加热，使得物料在微波反应仓中经过上、中、下三个反映区域的反应后，生成的高温气体从反应气体出口排出，反应后的生物质炭进入微波反应仓中斜体尾段的底部后排出。

①本装置可在总体产量不变的前提下，通过增减微波裂解反应器的数量来调节单体产量，同时针对常用微波波长为2450MHz的特点，将微波反应仓中直段的高径比设计为2.6～3.3，并且在微波反应仓内设置有原料布料器和二次布料器，在保证物料均匀分布在微波反应仓内的同时也有效的阻挡了高温气体在上升过程中发生带料现象。

②本装置在微波反应仓外部套设有金属外壳，避免了由炉身产生裂纹或爆裂带来的安全风险，同时金属外壳对微波有反射削弱作用，使得微波穿过炉身进入外界的总量很少，另外利用金属外壳顶盖、下端密封支撑环将微波谐振腔完全封闭，从而进一步减少微波的泄漏量。

③本装置通过微波强度控制器来监测和控制微波谐振腔内的微波强度，通过料位调节器来监测和控制微波反应仓内的料位高低，从而使得输出的微波功率与进料量之间相匹配，使得防粘搅拌器不会发生停机现象。

④本装置在微波谐振腔内可充入氮气，并设置了可燃气体监视器，另外在微波反应仓上设置有温度测量器、压力测量器，从而加强了安全防护措施。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中反应器的局部剖切示意图；

图3为本发明中原料布料器的俯视图；

图4为本发明中二次布料器的俯视图。

其中，1-微波反应仓；2-微波谐振腔；3-原料给料机；4-原料仓；5-金属外壳；6-微波进口；7-保温层；8-生物质炭出料机；9-生物质炭螺旋出料机；10-上盖；11-疏松气体进口；12-二次布料器；13-原料布料器；14-氮气进气口；15-反应气体出口；16-氮气出气口；17-防粘搅拌器；21-金属外壳顶盖；22-上端密封支撑环；23-下端密封支撑环；31-微波强度控制器；32-料位调节器；33-可燃气体监视器；34-温度测量器；35-压力测量器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

根据图1所示，本发明提供了一种棉花秸秆微波裂解反应系统，包括有多个并列设置的微波裂解反应器，多个微波裂解反应器的底部均与生物质炭螺旋出料机9通过管路连通，以实现将微波裂解反应器内得到的生物质炭收集起来，生物质炭螺旋出料机9的末端通过管路将生物质炭输送至生物质炭运输车内。

根据图2-图4所示，微波裂解反应器包括有微波反应仓1，微波反应仓1包括有上盖10、直段和斜体尾段，微波反应仓1中直段的高径比为2.6～3.3，微波反应仓1中直段的外部套设有金属外壳5，金属外壳4包括有金属外壳顶盖21，微波反应仓1中直段的外壁、金属外壳5的内腔及金属外壳顶盖21之间形成微波谐振腔2，金属外壳5的外壁上设置有保温层7，微波反应仓1的顶部与原料仓3通过管路连通，以实现将原料输送至微波反应仓1内，微波反应仓1的顶部设置有反应气体出口15，用以将微波反应后的气体排出，金属外壳5的侧壁上相对方向上高低错位的设置有多个微波进口6，用以向微波谐振腔2内通入微波能量，微波反应仓1中直段的内部自上而下依次设置有原料布料器13和二次布料器12，从而使得棉花秸秆料均匀分布在微波反应仓1内，微波反应仓1中斜体尾段的底部与生物质炭螺旋出料机9通过管路连通。

其中金属外壳顶盖21的内壁与微波反应仓1直段上部之间设置有上端密封支撑环22，用于支持微波反应仓1的垂直稳定，金属外壳4内腔的底面与微波反应仓1直段下部之间设置有下端密封支撑环23，用于支持微波反应仓1与金属外壳4底面的支撑稳定以及保证微波谐振腔2的密封，金属外壳顶盖21、微波反应仓1外侧及下端密封支撑环23之间组合实现将微波谐振腔2形成密闭空间。

同时金属外壳5的外部上设置有氮气进气口14和氮气出气口16，用以向微波谐振腔2内通入氮气来保护安全运行，金属外壳5的外部还设置有可燃气体监视器33，可燃气体监视器33的末端插入微波谐振腔2内，用于监视微波谐振腔2内的密闭运行状况。

另外微波反应仓1中的斜体尾段内设置有防粘搅拌器17，用以将微波反应后生成有弱粘性的生物质炭打碎，避免结块堵塞；微波反应仓1中的斜体尾段上设置有疏松气体进口11，用以向微波反应仓1底部吹入微波反应生成的并经处理的气体，使得生物质炭变得疏松来保证出料顺畅并不影响反应气组成成分；微波反应仓1中斜体尾段与生物质炭螺旋出料机9相连的管路上设置有生物质炭出料机8，用以将收集到生物质炭螺旋出料机9的生物质炭进行定量。

再之微波反应仓1中直段分为上、中、下三个反应区域，微波反应仓1的顶部设置有三个温度测量器34，三个温度测量器34的末端分别置于微波反应仓1中直段内的上、中、下三个反应区域内，从而实现对上、中、下三个反应区域内温度的监控。

最后微波反应仓1的顶部还设置有压力测量器35，用于对微波反应仓1内压力的监测，微波反应仓1的侧壁上还设置有料位调节器32，用于监控微波反应仓1的料位高低；金属外壳5的侧壁上还设置有微波强度控制器31，用于监控微波谐振腔2内的微波强度。

本发明提供了一种棉花秸秆微波裂解反应系统，其运行过程如下：

1、原料仓4中的原料是经过切割处理成一定粒度的棉花秸秆与微波吸收材料按比例混合好的合格棉花秸秆物料；上述处理后的棉花秸秆物料由原料给料机3控制计量，通过管路进入微波反应仓1内，经原料布料器13、二次布料器12均匀分布在微波反应仓1内，微波反应仓1内的进料量多少，由料位调节器32来自动控制。

2、在微波谐振腔2内通入氮气，同时利用可燃气体监视器33对微波谐振腔2内的密闭性进行监控，保证微波谐振腔2内压力值稳定；由微波发生装置产生的微波通过波导管传输经微波进口6馈入微波谐振腔2内，微波穿过微波反应仓1的外壁，进入微波反应仓1内的微波被棉花秸秆物料中的吸波材料吸收，从而使得自身温度升高并反应，所提供的微波强度由微波强度控制器31监控，以满足棉花秸秆物料反应所需的温度。

4、在微波反应仓1中，直段分为上、中、下三个反应区域：一是在常温～290℃间为原料预热和水分蒸发区域；二是在290℃～650℃下激烈反应区域；三是650℃～750℃恒温反应持续区域，上述三个反应区域的温度均通过温度测量器34来进行监控。反应完成后，生成的高温气体由反应气体出口15排出，生成的生物质炭进入微波反应仓1中的斜体尾段，经过防粘搅拌器17破粘打碎后，生物质炭通过生物质炭出料机8，生物质炭出料机8根据原料给料机3的累计给料量进行出料，使得生物质炭进入生物质炭螺旋出料机9，再输送到出口进入生物质炭运输车内运送出反应区外。

首先本装置可在总体产量不变的前提下，通过增减微波裂解反应器的数量来调节单体产量，同时针对常用微波波长为2450MHz的特点，将微波反应仓1中直段的高径比设计为2.6～3.3，并且在微波反应仓1内设置有原料布料器13和二次布料器12，在保证物料均匀分布在微波反应仓1内的同时也有效的阻挡了高温气体在上升过程中发生带料现象。再之在微波反应仓1外部套设有金属外壳5，避免了由炉身产生裂纹或爆裂带来的安全风险，同时金属外壳5对微波有反射削弱作用，使得微波穿过炉身进入外界的总量很少，另外利用金属外壳顶盖21、下端密封支撑环23将微波谐振腔2完全封闭，从而进一步减少微波的泄漏量。次之通过微波强度控制器31来监测和控制微波谐振腔2内的微波强度，通过料位调节器32来监测和控制微波反应仓1内的料位高低，从而使得输出的微波功率与进料量之间相匹配，使得防粘搅拌器17不会发生停机现象。最后在微波谐振腔2内可充入氮气，并设置了可燃气体监视器33，另外在微波反应仓1上设置有温度测量器34、压力测量器35，从而加强了安全防护措施。

综上，本装置结构简单，转动部件少，能根据料位的高低来控制进料量，根据微波强弱大小来控制进入微波反应仓1内的微波功率大小，反应完成后的生物质炭依据进料量控制出料量，实现从进料到出料的自动化控制。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。