阅读说明：本技术 微波热解反应器 (Microwave pyrolysis reactor ) 是由 阿丝盖尔·温恩 于 2018-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种微波热解反应器(1)包括内管元件(2)、微波分布元件(3)和壳体(4),其中,内管元件(2)由微波能透过的材料制成并包括第一开口端部(5)和第二开口端部(6)；微波分布元件(3)由微波不能透过的材料制成并围绕内管元件(2)布置,且包括用于允许微波通过并进入内管元件(2)中的至少一个开口(8)；壳体(4)包括围封围绕微波分布元件(3)的第一环形空间(9)的第一内表面和用于使微波波导(14)与第一环形空间连通的端口(13)；并且其中,微波分布元件与热交换系统(38、41)导热地接触以用于在使用期间从微波热解反应器移除热量。(The invention provides a microwave pyrolysis reactor (1) comprising an inner tubular element (2), a microwave distribution element (3) and a housing (4), wherein the inner tubular element (2) is made of a material transparent to microwaves and comprises a first open end (5) and a second open end (6); the microwave distribution element (3) is made of a microwave-impermeable material and arranged around the inner tube element (2) and comprises at least one opening (8) for allowing microwaves to pass through and into the inner tube element (2); the housing (4) comprises a first inner surface enclosing a first annular space (9) surrounding the microwave distributing element (3) and a port (13) for communicating the microwave waveguide (14) with the first annular space; and wherein the microwave distribution element is in thermally conductive contact with a heat exchange system (38, 41) for removing heat from the microwave pyrolysis reactor during use.)

具体实施方式

中，微波分布元件的狭槽布置成螺旋形构造。然而，可通过其它狭槽构造获得微波分布的有用的或合适的均匀效果。因此可以设想其中狭槽由具有各种横截面积(诸如，圆形、椭圆形和多边形)的开口替换的其他实施例。必要地，开口的尺寸允许微波从第一环形空间通过并进入内管元件中。进一步地，开口优选地布置成使得开口在外管元件的直径相对侧上不完全重叠。通过避免这种重叠，大部分微波在内管元件的纵向方向上被反射并且分布在第二环形空间内。

微波热解反应器包括多个温度传感器42和压力传感器43。传感器监测气体出口12处的(或圆周空间18中的)温度条件和压力以及第一环形空间44中的压力。当在例如如下所述的废物处理系统中使用时，各种传感器连接到合适的控制和监测系统(未示出)。

图5中示出了一种废物处理系统的主要单元，其特征在于如上所述的微波热解反应器1。除了微波热解反应器之外，该系统包括废物容器19、废物入口室20、固体输送机21和固体出口室22。废物容器包括废物出口33并且具有布置成向废物入口室的入口24提供废料的螺旋输送机23(该螺旋输送机未示出)。废物入口室包括上阀25(即入口阀)和下阀26(即出口阀)。阀能够隔离废物入口室，使得氧气可在其进入微波热解反应器1之前通过使用氮气从废料中清除。氮气经由气体入口27供应并经由气体出口28释放。固体输送机21连接到微波热解反应器的固体出口并且包括围封的内部螺旋输送机34(未示出)。螺旋输送机布置成将离开微波热解反应器的固体运输至固体出口室22。也可以使用用于在固体输送机中运输固体的其他装置，诸如皮带。固体输送机的尺寸(即，具有这样的长度和/或周长)使得允许离开微波热解反应器的固体在它们到达固体出口室之前被充分地冷却。可以设想，固体输送机可包括用于改善离开固体出口11的固体的冷却的热交换系统。除了改善固体的冷却之外，这种热交换系统可例如用于利用各种辅助系统中的热量，例如水的预热。

固体输送机包括在从固体出口11运输到固体出口室22期间监测固体的温度的温度探针。固体出口室22包括上阀29(即入口阀)和下阀30(即出口阀)。阀能够隔离固体出口室，使得防止氧气或空气进入固体输送机(并因此进入微波热解反应器)。与废物入口室类似，固体出口室中的任何氧气可通过使用经由气体入口31和气体出口32(未示出)的氮气清除。固体出口室的固体出口35通常连接到固体容器36(未示出)以用于临时储存固体。类似地，微波热解反应器的气体出口12连接到气体处理系统(未示出)以用于加工和/或储存。气体处理系统包括至少一个抽吸设备(通常是泵，附图中未示出)。抽吸设备确保内管元件的内部容积和与内管元件直接流体连通的反应器的内部容积保持在低于外界环境的压力下。除了改善将气态产物从微波热解反应器运出之外，由抽吸设备提供的低于外界环境的压力确保最小化或避免气体从内管的内部容积到周围环境的任何意外泄漏(例如由于不良的密封)。进一步地，可通过监测内管或内管与壳体之间的环形空间内的压力来检测系统中的任何泄漏。气体处理系统可附加地包括用于产生热量和/或电力的任何适合的设备或系统，例如气体驱动的发电机或油炉。

在使用中，首先将废料提供到废物容器19。废物容器可例如连接到粉碎机、造粒机和/或废物储存料斗，或者构成粉碎机、造粒机和/或废物储存料斗的一部分，以用于以适合于引入反应器的形式来提供废料。在进料顺序中，将废料(优选地为颗粒化的废料)运输到废物容器的出口33，打开废物入口室的上阀25，并将废料引入到废物入口室中。在引入之后，关闭上阀，并通过经由气体入口27和气体出口28的氮气清除废物入口室。在清除之后，打开下阀，并且由于重力而允许废料经由上入口10进入微波热解反应器。关闭下阀，并通过使用来自将微波源连接到端口13的微波波导的微波热解废料。

布置在反应器中的水平传感器检测内管元件中的材料何时到达适当低的水平，并重复上述进料顺序以向反应器提供新的一批废料。最初，内管元件中的废料在整个内管元件中处于相同的热解水平，然而，在重复地引入多批材料一段时间之后，最靠近固体出口11的材料被完全热解，即主要是烧焦物，而最靠近入口10的材料未完全热解。

在通过端口13进入微波热解反应器后，微波经由狭槽8进入环形空间7和内管元件，并沿内管元件2分布并进入内管元件。在热解期间，废料主要转化为固体和气体材料，其中固体主要包括烧焦物，气体材料主要包括烃类气体/蒸汽。通常，热解在300-600℃的温度范围内进行。允许烃类气体/蒸汽经由气体出口12离开反应器。当废料的至少下部(即，最接近反应器的固体出口11的部分)的热解完成时，固体输送机21使固体朝向固体出口室22移动。将内管元件布置在竖直方向上的优点在于，在该过程中产生的任何烃类气体/蒸汽都将穿过在产生气体的位置和气体出口之间的废料。该特征提供了废料的增加的微波吸收，如以上所讨论的。

当固体出口充满时，关闭上阀29并打开下阀，使得允许固体离开固体出口室。在固体离开之后，关闭下阀30，以氮气清除固体出口室的氧气，并打开上阀29以接收新的一批固体。通常，固体出口室连接到固体容器以用于固体的中间储存。

废物入口室和固体出口室两者均可包括用于将气体/空气排出该室的布置，例如连接到抽吸设备的气体阀。通过将氮气净化与室的先前排空相结合，可减少氮气的需求量。

图5示出了微波热解反应器的另一实施例，并且图6示出了微波分布元件的详细视图。微波热解反应器具有大部分与图1-4中的反应器相同的主要技术特征，并且所述特征被赋予相同的参考标号。出于说明性的目的，图5中示出的反应器不具有如图1-4中所公开的气体出口和入口区段。入口区段和气体出口的布置和设计将取决于例如内管元件的方向和待热解的材料是否由重力运输通过内管元件或者通过使用其他用于输送的装置(即，螺旋输送机、皮带等)运输通过内管元件。在一个实施例中，图5中的反应器可包括如关于图1-4中的反应器所描述的入口区段和气体出口。在图1-3中的反应器的视角来看，图5和6中的反应器和微波分布元件的主要差异特征在于，外管元件3(即微波分布元件)包括热交换系统以用于在使用期间从微波热解反应器内移除热量。热交换系统包括在外管元件上的三个流体通道38(即，流体管)(即，流体通道布置在微波分布元件的外部表面上)，流体通道连接到用于热交换流体的公共流体入口39和公共流体出口40。当反应器将用于其中壳体的温度不允许超过某些温度限制的环境中时，这个特征是非常有利的。进一步地，具有用于从热解反应器内移除热量的热交换系统提供的进一步的优点在于，可在各种辅助系统中利用来自反应器的过量热，例如水的预热、发电等。通过使热交换系统布置成与外管元件3导热接触，外管元件用作用于热交换器的导热元件。即，外管元件以与在已知热传递系统中使用的热传递翅片/挡板/板类似的方式起作用。此外，外管元件布置成靠近在其中产生热量的内管元件，并且获得了最佳温度差/梯度和热传递。具有用于从微波热解反应器内移除热量的热交换系统的特征提供的又一优点在于，使内管元件和壳体的热膨胀的差异最小化。这些差异否则可能在内管元件上引起材料应力、内管元件与其与壳体的连接之间的泄漏等。

图7-9中示出了如上所述的热交换系统的替代设计。在该设计中，热交换系统的特征在于，螺旋形流体通道41布置在外管元件3的壁内(即，流体通道布置在微波分布元件的外部表面和内部表面之间)。通过使流体通道作为螺旋形设计的整体部分，可增加热交换系统的热容，而不会损坏提供了优秀的微波分布的螺旋形狭缝布置。然而，当用于在具有狭槽和/或开口的其它合适布置的微波分布元件中时，可获得相同的优点。

用于内管元件1中的合适的微波能透过材料包括玻璃材料，诸如硼硅酸盐或石英，以及具有低介电损耗的各种陶瓷，诸如基于氮化硼的陶瓷。

使用微波来加热待热解的材料使得所述材料应优选地具有某些固有特性，即，具有电偶极子和吸收波长λ在12cm至32cm之间的微波的高能力。在许多实例中，废料将是高异质性的，并且并非全都将具有用于有效的微波加热所需的特性。在后一种情况下，可能需要或有利的是，在引入到微波热解反应器中之前使废料和辅助微波吸收材料混合。这种辅助材料可例如是之前在微波热解反应器中产生的烧焦物。然而，当内管元件布置在竖直方向中时，如上所述，通常不需要这种辅助材料。

在图1-5中示出的实施例中，内管元件布置在竖直方向中，使得待热解的废料可仅通过利用重力运输/移动通过内管元件。然而，为了获得非常有利的微波热解反应器，该布置不是必需的。在其它实施例中，该系统或反应器可包括用于运输/移动废料的其他装置，并且内管元件可布置在任何合适的方向中。如上所述，微波分布元件的非常有利的效果不依赖于内管元件的方向和用于将废料运输/移动通过内管元件的装置。

主要通过其在处理废料的使用描述了所公开的微波热解反应器，其中所获得的产物，例如烧焦物、油、气体和焦油，不是热解过程的主要目标。然而，所获得的产物是有价值的，并且设想该反应器可用于其中所获得的产物为主要目标的工序中。这些工序可以例如是通过木基原料以及类似物的热解来生产生物燃料。

此外，由于所获得的高能产物和有利的热交换系统，可以预期的是，微波热解反应器和任何合适的辅助系统可用于能量生产的主要目的，即用作发电厂。