[发明专利]固体燃料热转化反应过程原位检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种固体燃料热转化反应过程原位检测装置，其特征在于，所述装 置包括一个离子源、一个质谱分析仪以及一个两端分别与离子源和质谱分 析仪相连的微型热转化反应器；其中，所述微型热转化反应器由一个玻璃 容器，一个可实现快速升温的加热器，以及一个载气输入和输出控制机构 构成，其结构为：玻璃容器内，垂直于离子源和质谱分析仪轴线的位置上 放置一个可快速升温的加热器，该加热器端部为一个金属薄片或螺旋状金 属丝，金属薄片表面装载固体燃料样品或螺旋金属丝内部设有石英舟装载 固体燃料样品，金属薄片或螺旋金属丝通过电流控制机构与电源相连；所 述载气输入和输出控制机构分别位于玻璃容器中靠近离子源和质谱仪的 两端。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述固体燃料为能 产生热能或动力的固态可燃物质，优选地，其包括，但不限于：煤、生物 质、油页岩、油砂、固体垃圾、废弃塑料；所述热转化反应包括，但不限 于：快速热解、慢速热解、气化、燃烧。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述离子源独立于 质谱分析仪。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述质谱分析仪包 括，但不限于：离子阱质谱仪、四级杆质谱仪、三级四级杆质谱仪、飞行 时间质谱仪、四级杆-飞行时间质谱仪、离子阱-飞行时间质谱仪、磁质谱 仪。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述载气输入和输 出控制机构包括载气入口和分流出口，优选地，所述载气入口和分流出口 还分别设有流量调节机构。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微型热转化反 应器的玻璃容器是透明的，优选地，其顶部或侧面架设有高速摄像仪；优 选地，所述微型热转化反应器的玻璃容器顶部还设有玻璃盖。

7.一种固体燃料热转化反应过程原位检测方法，其特征在于，所述方 法包括如下步骤：

1)将固体燃料置于微型热转化反应器中，通过金属通电升温加热固 体燃料，使固体燃料发生热转化反应，产生出高温气相产物；

2)通过离子源将步骤1)产生的高温气相产物离子化；

3)步骤2)离子化的高温气相产物进入置于微型反应器另一端的质谱 分析仪；

4)质谱分析仪对高温气相产物成分进行实时分析。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述固体燃料为能 产生热能或动力的固态可燃物质，优选地，其包括，但不限于：煤、生物 质、油页岩、油砂、固体垃圾、废弃塑料；所述热转化反应包括，但不限 于：快速热解、慢速热解、气化、燃烧；优选地，所述固体燃料发生热转 化反应的升温速率为0-25000℃/s，所述固体燃料发生热转化反应的温度范 围为室温-1400℃。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述微型热转化反 应器由一个玻璃容器，一个可实现快速升温的加热器，以及一个载气输入 和输出控制机构构成，其结构为：玻璃容器内，垂直于离子源和质谱分析 仪轴线的位置上放置一个可快速升温的加热器，该加热器端部为一个金属 薄片或螺旋状金属丝，金属薄片表面装载固体燃料样品或螺旋金属丝内部 设有石英舟装载固体燃料样品，金属薄片或螺旋金属丝通过电流控制机构 与电源相连，所述载气输入和输出机构分别位于玻璃容器中靠近离子源和 质谱仪的两端；优选地，所述微型热转化反应器的玻璃容器是透明的，其 顶部或侧面架设有高速摄像仪；优选地，所述微型热转化反应器的玻璃容 器顶部设有玻璃盖。

10.根据权利要求8所述的检测方法，所述载气输入和输出控制机构 包括载气入口和分流出口，优选地，所述载气入口和分流出口还分别设有 流量调节机构，更优选地，所述载气流量为0-40L/min，所述出口分流流 量为0-40L/min，所述载气包括，但不限于：He气、N₂气、CO₂气、Ar 气、H₂气、O₂气、空气、高温水蒸气。