一种无轴搅拌微波裂解反应器的制作方法

本实用新型涉及环保设备技术领域，具体涉及一种无轴搅拌微波裂解反应器。

背景技术：

随着社会环保要求的加强以及农业生产效率的提高，越来越多的垃圾、秸秆、废旧塑料需要处理。在传统的处理方法中：焚烧发电、填埋、生物发酵制取能源、热裂解制取能源、波裂解制取能源、直接分拣利用等等，有多种方法来进行处理，但是这些方法均存在一定的缺陷，如分拣利用人工工作量大，利用率低；焚烧发电发电效率低，每吨仅能发电284度左右；填埋浪费土地，造成二次污染；生物发酵处理设备投资大，残留物多，过程需要消耗一部分碳源，造成能源浪费；热裂解效率低、容易造成糊化焦化，设备运行稳定性差；波裂解效率较高、分解充分、设备运行稳定，从理论上讲对垃圾波裂解进行发电每吨垃圾可以发电2300度左右，是垃圾直接焚烧的、发电效率的8倍以上，但是受磁控管波源工作范围333.3mm的限制，波源需要靠近裂解物，波裂解过程需要不停搅拌、磁控管波源还需要不间断冷却等一系列条件的限制，设备无法大型化、单位设备能耗居高不下。实验室小试结果令人满意，一旦大型化就能效很低，能够实现小试运行、无法实现规模化的经济运行。如何降低设备能耗、提高单位波裂解设备效率的问题亟待解决。微波裂解是利用频率介于300mhz～300ghz的高频电磁波整体穿透有机物的性能，将能量迅速传至反应物的官能团上，加热同时引起高频振动，实现迅速裂解有机物的目的。微波加热是电磁场中由介质损耗引起的体积加热，在电磁场作用下，分子运动由原来杂乱无章的状态变成有序的高频振动，分子动能转变成热能，达到均匀加热，并打破分子间连接键的目的。基于以上微波加热的特点，国内外研究者开发了多种微波裂解设备，将微波加热应用到有机质热解领域，显示了微波热解的优越性，是一种替代常规热解的很好选择。公告号为cn102140362a、cn102205341a、cn103071442a、cn203333590u、cn102492442a、cn2868632a等中国专利公开了多种微波裂解反应装置，然而上述专利技术都未从根本上解决问题，国家立项863重大课题进行攻关，经过多年研究也未能从根本上解决问题，究其原因：设备效率低下、运行成本高；同时还存在反应器炉体内温度不均匀、进料不畅、附着物难以清除以及裂解产物胶质和蜡状产物堵塞出口难以清除等问题。

技术实现要素：

针对现有的微波裂解设备工作效率低下、运行成本高、反应器炉体内温度不均匀、进料不畅、搅拌器与波源发生碰撞搅拌不畅通、附着物难以清除以及裂解产物胶质和蜡状产物堵塞出口难以清除等技术问题，本实用新型提出一种无轴搅拌微波裂解反应器，不仅克服微波裂解反应器需要搅拌物料而使波源无法按照需求布置的问题，同时满足炉内物料能够充分搅拌，具有自清洗功能，且合适布置波源能够保持炉体温度均匀一致。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种无轴搅拌微波裂解反应器，包括反应罐主体，所述反应罐主体的上部分别设有进料口和排气口，反应罐主体的下部设有出料口，反应罐主体的内部设有反应腔；所述反应腔内设置有微波发生装置和无轴搅拌装置，且无轴搅拌装置位于微波发生装置的上方，所述微波发生装置连接有电控装置。

所述微波发生装置至少设置有两组且分别对应进料口和出料口，两组微波发生装置的上方均安装有无轴搅拌装置。

每组微波发生装置均包括多个微波发生器，多个微波发生器分别通过多条相互交叉或平行设置的支撑梁固定在反应腔内。

所述无轴搅拌装置包括多个高压喷嘴和多条输送流体的管道，每条管道均包含多条管路，且多条管路交叉或水平固定在反应腔内；所述高压喷嘴安装在管路上并与管路相连通，且高压喷嘴位于微波发生器的上方。

所述电控装置包括电源和控制器，且电源与控制器相连接；所述微波发生器通过电源控制线分别与电源和控制器相连接。

所述反应罐主体为立式结构，且反应罐主体的上部为椭球形；所述排气口竖直设置在反应罐主体的上部，进料口设置在反应罐主体上部椭球形的一侧。

所述反应罐主体为卧式结构，排气口和进料口并列且同向设置在反应罐主体的上部。

采用上述结构的本实用新型，通过在反应腔内设置微波发生器并在微波发生器的上方设置高压喷嘴，裂解物料放入反应罐主体的进料口内后，在高压喷嘴喷出流体的搅拌作用下进入反应腔内，微波发生器产生的微波可使反应腔内的温度均匀，且入口处的温度可快速达到500℃以上，高压喷嘴喷出的流体能够对反应腔内的废料进行均匀搅拌，实现废料裂解迅速、完全；裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物可在反应器的出口处进行二次裂解，防止堵塞在反应器的出口处；同时所设置的高压喷嘴还可对反应腔进行全方位清洗，防止粘结。本实用新型整体结构简单，操作方便，容易生产控制，不产生二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图。

图中，1为进料口，3为反应腔，4为微波发生器，5为电控装置，6为排气口，7为出料口，8为电源控制线，11为支撑梁，12为管道，13为高压喷嘴，15为支座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，如图1所示，本实用新型提供了一种无轴搅拌微波裂解反应器，包括反应罐主体，反应罐主体的下部固定有支座15，所述反应罐主体的上部设有进料口1、下部设有出料口7，反应罐主体的内部设有反应腔3，该反应腔为外径为300mm--12000mm、高度为1000mm--20000mm的罐装结构。本实施例中，所述反应罐主体为立式结构，反应罐主体的上部为椭球形，所述的进料口1开设在反应罐主体上部椭球形的侧边处，使用时，可将秸秆、垃圾、废塑料等废料通过进料口1放入反应腔3内。所述反应腔3内设置有微波发生装置，且该微波发生装置至少设置有两组，这两组微波发生装置分为上下两层设置，每组微波发生装置均包括多个微波发生器4，多个微波发生器4分别通过多条相互交叉或平行设置的支撑梁11固定在反应腔3内。此处的支撑梁11可为悬臂梁或者横梁或者圈梁。本实施例中，所述的微波发生器4采用频率为300mhz--2450mhz的磁控管作为微波源，能够产生微波辐射，通过微波辐射波引起有机物发热并使其中含有碳-碳化学键的重复单元产生共振，从而使碳-碳化学键在共振条件下形成断裂，进而定向地形成小分子有机物的裂解反应，以提高秸秆、工业垃圾与生活垃圾中有机物的裂解率与转化率，获得可回收再利用的能源产品。

为确保反应腔3内的温度一致以及废料能够快速、完全裂解，微波发生装置可设置三组并沿上下方向依次均匀布设在反应腔3内，即多个微波发生器4被分为三层设置，相对应的支撑梁11也设置有三层，每层中支撑梁11均设有多条且相互交叉或平行，多个微波发生器4分布在每条支撑梁11的不同位置上，具体可根据实际使用需求将多个微波发生器4分别设置在合适的位置，以保证反应腔3内的温度均匀一致，同时使废料能够快速、完全裂解。本实施例中的三组微波发生器4，其中最上面的一组对应反应罐主体的进料口，最下面的一组对应反应罐主体的出料口，此结构实现具体在使用时，废料经进料口进入反应腔内，启动电控装置控制微波发生器产生微波，在微波的作用下，可使反应腔内的温度均匀，且入口处的温度可快速达到500℃以上，使得废料能够迅速裂解，裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物等会在对应出料口处的波源的作用下进行二次裂解，防止堵塞反应罐主体的出料口，最后形成的碳及其固体物质等从出料口排出。所述反应罐主体的上部竖直设置有排气口6，微波裂解产生的油气经排气口排出，经冷凝后可形成可燃气、燃料油等。

所述微波发生器4连接有电控装置5，电控装置5包括电源和控制器，且电源与控制器相连接，微波发生器4通过电源控制线8分别与电源和控制器相连接，其中电源用于为控制器和微波发生器4供电，控制器可用于控制微波发生器4的工作状态。

作为进一步的优选方案，所述反应腔3内设置有无轴搅拌装置，且无轴搅拌装置位于每组微波发生器的上方，也可以是在微波发生器的下方。所述的无轴搅拌装置包括多个高压喷嘴13和多条输送流体的管道12，每条管道12的进口端均相互连通并形成流体入口。每条管道12均包含多条管路，且多条管路相互交叉或水平固定在反应腔3内。为精确控制喷射流体流速可以将流体管道12每一条引入反应腔体外采用电动阀分别控制其流速、关停以及有故障时关停相应分支等。

本实施例中，所述反应腔3内布设的管路对应微波发生器4同样设有三层，且每层管路分别设置在每层支撑梁11的上方，多个高压喷嘴13分别安装在每条管路的不同位置上并与对应的管路相连通，且高压喷嘴13均位于微波发生器4的上方。所述的高压喷嘴13具有一定的喷射角度，一方面可实现当将秸秆、垃圾、废塑料等放入进料口中后，在高压喷嘴的作用下能够将其推进反应腔内，并在裂解反应过程中起到搅拌作用，加速有机物的裂解速度，同时使其裂解更加完全；另一方面，当需要清洗反应腔时，将管道的流体入口连通供液设备，高压喷嘴喷出的流体具有一定的冲击力，能够对腔体内进行全方位清洗，防止粘结。此处的喷射流体可选用裂解产生的气体物质，即将管道的流体入口通过外部管路与反应罐主体的排气口相连通，实现就地利用，无需引入新的介质，无需要净化分离；在前期开车阶段可采用酒精等能够直接作为能源使用，也无需分离的物质。

本实施例中，微波发生器4的组数以及高压喷嘴13的个数均可根据具体使用需求进行设置。通过将微波导入到处理垃圾、秸秆等有机物的密封容器中，使辐射波照射于有机物的表面并穿透至有机物内部，根据实际使用需求有效布置波源、合理搅拌物料、控制辐射波的频率与辐照时间等，对有机物进行加热并引起有机物中含有碳-碳化学键的重复单元产生共振，使得碳-碳化学键在共振条件下发生断裂，进而使大分子有机物被分解为气态的低碳有机物、液态的中碳有机物和固态的高碳有机物等。

实施例2，如图2所示，一种无轴搅拌微波裂解反应器，所述反应罐主体为卧式结构，排气口6和进料口1并列且同向设置在反应罐主体的上部。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。