[发明专利]利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统及方法

说明书

本发明属于生物质热解领域，并具体公开了利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统及方法，该系统包括定日镜场、双曲面反射镜、螺旋给料器、太阳能流化床热解反应器、生物油分级冷凝收集装置以及尾气循环利用装置，通过上述系统可利用聚光太阳能双温区效应制备富含左旋葡聚糖的生物油。通过本发明高效利用太阳辐射产生的热能，使得纤维素在反应器高温区热解生成初级焦油，并快速进入低温区避免其二次反应，之后及时进行冷凝收集，从而获取富含左旋葡聚糖的生物油，本发明具有结构紧凑、操作工艺简单、设备维护成本低、太阳能利用率高，所制备生物油中左旋葡聚糖纯度高、品质好等特点。

技术领域

本发明属于生物质热解领域，更具体地，涉及利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统及方法。

背景技术

纤维素作为生物质中分布广泛、纯净单一的物质，非常适合从中制取化工产品，其热解后产物组分主要为左旋葡聚糖。左旋葡聚糖作为葡萄糖的一种衍生物，拥有独特的结构和化学性质，在工业上应用十分广泛，其价格较为昂贵，约为378元/g，因此具有很高的商业潜力。一直以来，左旋葡聚糖受到人们的密切关注，通过左旋葡聚糖可以合成多种十分有价值的化合物，用于各行各业。例如，作为新的糖源应用于生物基平台化合物制备和生物技术发酵领域，还可以合成植物生长调节剂和杀虫剂等。

目前应用较为广泛的纤维素热解模型如图1所示，纤维素在400-550℃的惰性气体氛围下进行快速热解反应，生成富含左旋葡聚糖的生物油。然而由于左旋葡聚糖380℃以上不稳定，很容易继续分解为H₂O、CO₂、呋喃、糖醛、乙酸等利用价值低下的低分子量产物，从而使左旋葡聚糖的制备效率低下，制得的生物油中左旋葡聚糖含量较低，失去了很大一部分利用价值。另一方面，热解所需的温度为400℃以上，维持热解持续进行所需能耗较大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统及方法，其通过高效利用太阳辐射产生的热能，使得纤维素在反应器高温区热解生成初级焦油，并快速进入低温区避免其二次反应，之后及时进行冷凝收集，从而获取富含左旋葡聚糖的生物油，具有结构紧凑、操作工艺简单、设备维护成本低、太阳能利用率高，所制备生物油中左旋葡聚糖纯度高、品质好等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统，其利用聚光太阳能双温区效应进行制备，包括定日镜场、双曲面反射镜、螺旋给料器、太阳能流化床热解反应器、生物油分级冷凝收集装置以及尾气循环利用装置，其中：

所述定日镜场用于接收太阳辐射并通过所述双曲面反射镜将所接收的太阳辐射汇聚至所述太阳能流化床热解反应器的高温区以获得热能提供反应所需热量；

所述螺旋给料器与所述太阳能流化床热解反应器的上端口相连，用于将纤维素送入所述太阳能流化床热解反应器中；

所述太阳能流化床热解反应器分为位于下方的由太阳辐射直接照射到的高温区以及位于高温区上方的低温区，其底部为具有一定倾角的锥体，并连接有与其同轴设置的毛细管，其上方的侧面还设置有用于排气的支口；从上端口进入太阳能流化床热解反应器中的纤维素，在重力的作用下落入反应器的高温区开始裂解为富含左旋葡聚糖的气相初级焦油，未反应的纤维素在反应器底部毛细管的流化气体的作用下反复经过高温区充分反应，纤维素裂解产生的气相初级焦油在其二次反应之前由下方流化气体运送至反应器的低温区处经支口进入生物油分级冷凝收集装置中进行冷凝收集；

所述生物油分级冷凝收集装置与所述太阳能流化床热解反应器上方侧面的支口相连，其采用三级冷凝方式对从所述太阳能流化床热解反应器中排出的气相初级焦油进行冷凝处理以获得所需的富含左旋葡聚糖的生物油，冷凝后剩余的尾气由生物油分级冷凝收集装置的出气口排出；