本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種微波加熱裝置及其應(yīng)用，所述裝置包括：微波反應(yīng)器；以及微波發(fā)生及傳輸裝置，該微波發(fā)生及傳輸裝置按微波傳導(dǎo)順序包括：微波源、環(huán)形器、水負(fù)載、定向耦合器、三銷釘自動(dòng)調(diào)節(jié)器以及波導(dǎo)，在波導(dǎo)段，采用矩形波導(dǎo)或圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為同軸傳輸?shù)男问剑砸惶结槒奈⒉ǚ磻?yīng)器的一端探入反應(yīng)器內(nèi)，而將微波潰入反應(yīng)器中。本發(fā)明專利技術(shù)的裝置，反應(yīng)器內(nèi)微波分布較均勻，且裝置密封性好，可將本發(fā)明專利技術(shù)的裝置切實(shí)應(yīng)用于任何利用微波進(jìn)行加熱的反應(yīng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是關(guān)于一種微波加熱裝置及其應(yīng)用，特別是指一種利用微波加熱的反應(yīng)裝置以及該裝置的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
微波具有波長短(Im Imm)、頻率高(300MHz 300GHz)、量子特性等明顯特征。微波加熱的基本原理是帶電粒子的傳導(dǎo)和電介質(zhì)極化。離子傳導(dǎo)機(jī)制是指介質(zhì)內(nèi)的離子在電磁場中產(chǎn)生遷移電流而產(chǎn)生熱。電介質(zhì)極化機(jī)制是指在電磁場作用下，極性分子從隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依據(jù)電磁場的極性排列取向。在微波高頻電磁場的作用下，這些取向運(yùn)動(dòng)依隨交變電磁的頻率不斷變化，造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)和碰撞摩擦，從而產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能。非極性分子由于內(nèi)部電荷分布均勻則不被微波加熱。微波加熱具有穿透性、瞬時(shí)性和選擇性加熱的特點(diǎn)，且熱量損失小、操作方便、清潔衛(wèi)生無污染，已在生活生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的微波加熱技術(shù)主要是用于加熱食品，近年來，隨著微波加熱技術(shù)的發(fā)展，將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于化工工業(yè)上的報(bào)道日益增多。目前所報(bào)道的微波加熱裝置大多是利用一封閉腔體作為微波加熱腔，可將微波源直接放置于加熱腔壁上，或在加熱腔壁上開設(shè)波導(dǎo)口，微波通過波導(dǎo)口向加熱腔內(nèi)輻射。一般來說，采用這種微波通過加熱腔周壁向腔內(nèi)輻射的方式，腔內(nèi)微波場分布較不均勻，中間最強(qiáng)，邊上弱，基本呈正弦分布。另外微波加熱腔中的微波場分布還與微波輸入到該腔體的方式和部位直接相關(guān)，這兩個(gè)因素通常也會(huì)造成加熱腔中微波場分布的不均勻性。這種不均勻性使得微波加熱技術(shù)在需要進(jìn)行均勻加熱或需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度的化學(xué)工業(yè)應(yīng)用中受到了很大的限制。CN 101473692A公開了一種能正常地均勻加熱加熱室的整個(gè)內(nèi)部并且按照需要實(shí)現(xiàn)局部集中加熱的微波加熱裝置。其中主要是利用至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)天線，通過控制裝置控制旋轉(zhuǎn)天線，以使其具有高輻射指向性的部分定向成朝向根據(jù)溫度分布檢測裝置的檢測結(jié)果而確定的方向上以對(duì)物體進(jìn)行加熱。 CN 1826026A公開了一種均勻輻射的微波加熱裝置，其中是使微波由波導(dǎo)阻抗變換器傳輸，并從波導(dǎo)口向外輸出到對(duì)應(yīng)的耦合腔中，被反射/散射后，從耦合腔一個(gè)側(cè)壁的多個(gè)耦合孔均勻地向加熱腔中輸出多個(gè)微波束，從而無需旋轉(zhuǎn)器件即可改善加熱腔中微波能量分布不均勻的問題。上述微波加熱裝置，盡管在一定程度上能改善微波腔內(nèi)微波場分布不均勻問題，但改善程度有限，且上述微波加熱裝置主要是對(duì)食品進(jìn)行加熱，對(duì)于需要微波加熱的化工工藝并不適用。WO 2009/064501公開了一種微波促進(jìn)的原油脫硫技術(shù)，其中是利用一箱體式微波加熱反應(yīng)器/微波腔體(CEM公司的微波設(shè)備以及改進(jìn)的家用微波爐)，在加壓氫氣存在下，用微波能量照射原油和催化劑，進(jìn)行加氫脫硫反應(yīng)。然而，該技術(shù)存在以下問題其中記載是通過攪拌的方式將原油和催化劑進(jìn)行混合，但實(shí)際上很難在所述的腔體中將油、氣和催化劑混合均勻，這種混合在實(shí)際操作過程中還容易堵塞管道；該方法中，加氫脫硫反應(yīng)完成后需將催化劑與原油進(jìn)行分離，通過重力沉降或者過濾，操作繁瑣；另外，所述的微波裝置為間歇反應(yīng)器，供給體具有很多的限制。CN 101560407A公開了一種石油液化氣或汽油脫硫微波反應(yīng)釜，其結(jié)構(gòu)按微波傳導(dǎo)順序有微波源、微波耦合器、調(diào)配器、過渡波導(dǎo)、通風(fēng)安全隔離器、隔離窗口和反應(yīng)腔體；反應(yīng)腔體在靠兩端頭的側(cè)面分別帶有入料口和出料口的圓筒形容器，靠近入料口的圓筒端頭封閉，靠近出料口的圓筒端頭經(jīng)隔離窗口和密封圈與通風(fēng)安全隔離器密封連接；所述的通風(fēng)安全隔離器是一段圓波導(dǎo)，其側(cè)面開通風(fēng)孔。該文獻(xiàn)中是將矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換為圓柱形波導(dǎo)，然后通過窗口將微波潰入。其中通過安全隔離器上開孔來達(dá)到避免可燃?xì)怏w泄漏的目的(實(shí)際上是將泄漏的氣體通過這些孔散發(fā)出去)，然而，如何防止氫氣或者可燃油氣不進(jìn)入，該文獻(xiàn)并未做出清楚說明，而氫氣的泄漏對(duì)于油品加氫反應(yīng)而言是絕對(duì)禁止的，存在安全隱患。綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的微波加熱裝置難以應(yīng)用于規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，更不能用于實(shí)現(xiàn)需要反應(yīng)物連續(xù)式輸入輸出微波加熱腔的化學(xué)反應(yīng)工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個(gè)目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)微波加熱裝置存在的問題，提供一種微波加熱裝置，微波腔內(nèi)微波場分布較均勻，且能夠切實(shí)應(yīng)用于規(guī)模化的化工工藝，并提高操作安全性。本專利技術(shù)的另一目的在于提供所述微波加熱裝置的應(yīng)用。為達(dá)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種微波加熱裝置，該裝置包括微波反應(yīng)器；以及微波發(fā)生及傳輸裝置，該微波發(fā)生及傳輸裝置按微波傳導(dǎo)順序包括微波源、環(huán)形器、水負(fù)載、定向耦合器、三銷釘自動(dòng)調(diào)節(jié)器以及波導(dǎo)，在波導(dǎo)段，采用矩形波導(dǎo)或圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為同軸傳輸?shù)男问剑砸惶结槒奈⒉ǚ磻?yīng)器的一端探入反應(yīng)器內(nèi)，而將微波潰入反應(yīng)器中。即，本專利技術(shù)中是將微波腔體做反應(yīng)器。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，本專利技術(shù)的微波加熱裝置中，所述微波反應(yīng)器的材質(zhì)可以為不銹鋼、銅、銀或鋁中的任一種或合金，例如可采用化工工藝中常用的高溫高壓反應(yīng)釜改造而成。本專利技術(shù)中，所述探針探入反應(yīng)器的地方應(yīng)采用不吸波材料進(jìn)行密封。例如，在本專利技術(shù)的一具體實(shí)施方式中，采用不吸波材料如陶瓷、有機(jī)玻璃、石英玻璃等制成的帽狀罩體(或稱為陶瓷帽、玻璃帽)將探針探入反應(yīng)器腔體內(nèi)的探頭部分罩起來并對(duì)反應(yīng)器壁上探針探入的地方進(jìn)行密封。還可在探針探入反應(yīng)器的地方采用其他不吸波材料進(jìn)行密封，如藍(lán)寶石等。密封的方式可以是采用所屬領(lǐng)域中的各種密封方式，例如采用法蘭密封和/或焊接密封以及螺紋密封等。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，所述探針是從反應(yīng)器底部或頂部中央位置探入反應(yīng)器腔體內(nèi)，微波以探針為中心向腔體內(nèi)發(fā)散。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，所述探針探入反應(yīng)器腔體內(nèi)的長度可以根據(jù)反應(yīng)條件、反應(yīng)器內(nèi)徑以及處理量進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)物料的介電性質(zhì)及反應(yīng)，若將物料添加在探針周圍，則探針長度沒有要求，理論上可以在反應(yīng)器腔體允許長度內(nèi)裝填，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)根據(jù)微波在傳輸中的衰減進(jìn)行測定后決定，這些對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可在閱讀本專利技術(shù)的基礎(chǔ)上輕易確定。若使連續(xù)流動(dòng)的流體在器內(nèi)保持相同的停留時(shí)間，只在探針上部或下部空間添加物料，對(duì)探針探入反應(yīng)器內(nèi)的高度也沒有特殊要求，但優(yōu)選地，物料添加區(qū)域一般為距離探針尖端0-80mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選為距離探針尖端0_60mm范圍內(nèi)。本專利技術(shù)的微波加熱裝置，微波腔內(nèi)微波分布均勻，且裝置密封性好，可將本專利技術(shù)的裝置切實(shí)應(yīng)用于需要微波加熱的化工工藝。特別是在需要裝填催化劑床層的反應(yīng)中，本專利技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)有利于催化劑的裝填，催化劑裝填較為規(guī)整，反應(yīng)物可以通過整個(gè)催化劑床層。通過模擬表明電磁場分布相比于現(xiàn)有技術(shù)中將微波潰入反應(yīng)器的做法更為均勻，且同一種物料對(duì)微波的吸收效果更好。·在本專利技術(shù)的一具體實(shí)施例中，本專利技術(shù)所提供的微波加熱裝置為用于間歇式或連續(xù)式微波加熱反應(yīng)的裝置。例如，在一更具體實(shí)施例中，其中，所述微波反應(yīng)器為可用于完成微波加熱反應(yīng)的固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)器設(shè)置有反應(yīng)物入口和產(chǎn)物出口，可分別與油品原料的加熱裝置和反應(yīng)產(chǎn)物的后處理系統(tǒng)相連。若用于間歇式反應(yīng)時(shí)將出口用堵頭進(jìn)行密封即可。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案，本專利技術(shù)的微波加熱裝置，還可進(jìn)一步包括超壓停車自動(dòng)控制儀，其包括電接點(diǎn)壓力表和繼電器，當(dāng)反應(yīng)器腔體內(nèi)壓力超過設(shè)定壓力值時(shí)，能自動(dòng)切斷微波電源。該超壓停車自動(dòng)控制儀還可根據(jù)具體情況對(duì)預(yù)熱電源、泵電源等進(jìn)行控制，進(jìn)一步在配備磁控閥的基礎(chǔ)上還能控制供給體的供應(yīng)，例如用于油品加氫本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微波加熱裝置，該裝置包括：微波反應(yīng)器；以及微波發(fā)生及傳輸裝置，該微波發(fā)生及傳輸裝置按微波傳導(dǎo)順序包括：微波源、環(huán)形器、水負(fù)載、定向耦合器、三銷釘自動(dòng)調(diào)節(jié)器以及波導(dǎo)，在波導(dǎo)段，采用矩形波導(dǎo)或圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為同軸傳輸?shù)男问剑砸惶结槒奈⒉ǚ磻?yīng)器的一端探入反應(yīng)器內(nèi)，而將微波潰入反應(yīng)器中。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：商輝，趙金岷，劉植昌，張海超，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)北京，北京眾誠匯微能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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