[发明专利]一种微波加热装置及其应用

说明书

技术领域

本发明是关于一种微波加热装置及其应用，特别是指一种利用微波加热的化学反应装置以及该装置的应用。

背景技术

微波具有波长短(1m～1mm)、频率高(300MHz～300GHz)、量子特性等明显特征。微波加热的基本原理是带电粒子的传导和电介质极化。离子传导机制是指介质内的离子在电磁场中产生迁移电流而产生热。电介质极化机制是指在电磁场作用下，极性分子从随机分布状态转向依据电磁场的极性排列取向。在微波高频电磁场的作用下，这些取向运动依随交变电磁的频率不断变化，造成分子的剧烈运动和碰撞摩擦，从而产生热量，导致电场能转化为介质内的热能。非极性分子由于内部电荷分布均匀则不被微波加热。微波加热具有穿透性、瞬时性和选择性加热的特点，且热量损失小、操作方便、清洁卫生无污染，已在生活生产中得到广泛应用。

传统的微波加热技术主要是用于加热食品，近年来，随着微波加热技术的发展，将微波加热技术应用于化工工业上的报道日益增多。

目前所报道的微波加热装置大多是利用一封闭腔体作为微波加热腔，可将微波源直接放置于加热腔壁上，或在加热腔壁上开设波导口，微波通过波导口向加热腔内辐射。一般来说，采用这种微波通过加热腔周壁向腔内辐射的方式，腔内微波场分布较不均匀，中间最强，边上弱，基本呈正弦分布。另外微波加热腔中的微波场分布还与微波输入到该腔体的方式和部位直接相关，这两个因素通常也会造成加热腔中微波场分布的不均匀性。这种不均匀性使得微波加热技术在需要进行均匀加热或需要严格控制反应温度的化学工业应用中受到了很大的限制。

CN 101473692A公开了一种能正常地均匀加热加热室的整个内部并且按照需要实现局部集中加热的微波加热装置。其中主要是利用至少一个旋转天线，通过控制装置控制旋转天线，以使其具有高辐射指向性的部分定向成朝向根据温度分布检测装置的检测结果而确定的方向上以对物体进行加热。

CN 1826026A公开了一种均匀辐射的微波加热装置，其中是使微波由波导阻抗变换器传输，并从波导口向外输出到对应的耦合腔中，被反射/散射后，从耦合腔一个侧壁的多个耦合孔均匀地向加热腔中输出多个微波束，从而无需旋转器件即可改善加热腔中微波能量分布不均匀的问题。

上述微波加热装置，尽管在一定程度上能改善微波腔内微波场分布不均匀问题，但改善程度有限，且上述微波加热装置主要是对食品进行加热，对于需要微波加热的化工工艺并不适用。

WO 2009/064501公开了一种微波促进的原油脱硫技术，其中是利用一箱体式微波加热反应器/微波腔体(CEM公司的微波设备以及改进的家用微波炉)，在加压氢气存在下，用微波能量照射原油和催化剂，进行加氢脱硫反应。然而，该技术存在以下问题：其中记载是通过搅拌的方式将原油和催化剂进行混合，但实际上很难在所述的腔体中将油、气和催化剂混合均匀，这种混合在实际操作过程中还容易堵塞管道；该方法中，加氢脱硫反应完成后需将催化剂与原油进行分离，通过重力沉降或者过滤，操作繁琐；另外，所述的微波装置为间歇反应器，供给体具有很多的限制。

CN 101560407A公开了一种石油液化气或汽油脱硫微波反应釜，其结构按微波传导顺序有微波源、微波耦合器、调配器、过渡波导、通风安全隔离器、隔离窗口和反应腔体；反应腔体在靠两端头的侧面分别带有入料口和出料口的圆筒形容器，靠近入料口的圆筒端头封闭，靠近出料口的圆筒端头经隔离窗口和密封圈与通风安全隔离器密封连接；所述的通风安全隔离器是一段圆波导，其侧面开通风孔。该文献中是将矩形波导转换为圆柱形波导，然后通过窗口将微波溃入。其中通过安全隔离器上开孔来达到避免可燃气体泄漏的目的(实际上是将泄漏的气体通过这些孔散发出去)，然而，如何防止氢气或者可燃油气不进入，该文献并未做出清楚说明，而氢气的泄漏对于油品加氢反应而言是绝对禁止的，存在安全隐患。

综上所述，上述现有技术报道的微波加热装置难以应用于规模化的工业生产，更不能用于实现需要反应物连续式输入输出微波加热腔的化学反应工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于针对上述现有技术微波加热装置存在的问题，提供一种微波加热装置，微波腔内微波场分布均匀，且能够切实应用于规模化的化工工艺，并提高操作安全性。

本发明的另一目的在于提供所述微波加热装置的应用。

为达上述目的，本发明提供了一种微波加热装置，该装置包括：

微波反应器；以及