[实用新型]一种微波连续调频协同生物质热解产物气态加氢装置

说明书

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。

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。