一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種實驗室用裝置，特別是一種實驗室用的生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]生物炭(B1char)是廢棄生物材料通過高溫熱解的方法在缺氧或少氧的條件下形成的一類高度芳香性難溶固體物質(zhì)，多由疏松多孔、排列有序的芳香環(huán)片層組成，一般具有多孔性特征和大的比表面積。這些特性使得生物炭在吸附廢水中的重金屬等污染物方面具有巨大的潛力，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于吸附菲、敵草隆、西維因、多環(huán)芳烴、重金屬等多種污染物的控制和修復(fù)等。生物質(zhì)在熱解碳化的過程中，得到生物炭的同時可以產(chǎn)出可燃氣體、木焦油和木醋液等，如能對生物質(zhì)加以多元化開發(fā)利用，在很大程度上能解決可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能降耗、環(huán)境保護與治理等領(lǐng)域面臨的復(fù)雜問題，有助于構(gòu)建低碳高效經(jīng)濟發(fā)展模式，對保障國家環(huán)境、能源、糧食安全意義重大。
[0003]在進行廢棄生物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)前，為了優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以及為了深入了解生物炭的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與功能，探索新的生物炭生產(chǎn)方法等方面的需要，往往有必要預(yù)先在實驗室開展小試研究，然而用于小試研究用的制備生物炭的裝置還十分缺乏。目前，在實驗室生物炭制備方面常采用的方法是:直接利用陶瓷或石英坩禍作盛裝生物質(zhì)原料的反應(yīng)器，置于馬弗爐中進行靜態(tài)加熱，或者利用管式反應(yīng)爐在通氮氣氣氛下進行動態(tài)加熱。這兩種方法雖然簡單，但存在明顯的缺點，一是反應(yīng)中心區(qū)的溫度控制和調(diào)節(jié)不準確;二是生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氣體和液體產(chǎn)物不能或不便收集。為了克服現(xiàn)有實驗室制備生物炭裝置方面的某些不足，中國專利文獻(申請?zhí)?01420399275.2)公布了一種實驗室科研用多孔熔融氧化鋁的生物炭制備裝置，在生物炭制備過程中，利用該小型裝置可方便煙氣的排出及通過底部的導(dǎo)油槽自動收集液體焦油，裝置厭氧環(huán)境較好，易于攜帶。然而，該裝置使用時需整體放入馬弗爐中，反應(yīng)容器空間小，反應(yīng)溫度和反應(yīng)氣氛不便調(diào)控，尤其是無法實現(xiàn)氣體產(chǎn)物的收集或在線分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置，克服了現(xiàn)有實驗室碳化反應(yīng)裝置存在的不足。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置，結(jié)構(gòu)組成中包括管式碳化爐和控制器，管式碳化爐兩端密封，安裝在加熱爐內(nèi)，管式碳化爐頂端設(shè)有出氣口，通過出氣管與冷凝罐相連接，管式碳化爐底端設(shè)有進氣口，通過進氣管與控制器的出氣口相連接，管式碳化爐內(nèi)設(shè)有溫度傳感器并與控制器相連，管式碳化爐內(nèi)下端部設(shè)有用于支撐生物質(zhì)材料的篩板，冷凝罐頂部設(shè)有排氣口，通過排氣管與控制器上的進氣口相連接，氣囊與控制器相連接。
[0006]碳化爐為不銹鋼材質(zhì)，圓柱形，便于換熱，適合農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生的秸桿、殘枝、鋸末等生物質(zhì)廢棄物粉粹、篩分后熱解反應(yīng)所需，并且具有良好的耐腐蝕性能和導(dǎo)熱性能。碳化爐內(nèi)的溫度傳感器可準確探測床層溫度，爐內(nèi)的篩板下方通過不銹鋼管支撐，可拆卸、更換，便于維護。
[0007]管式碳化爐上、下兩端均采用內(nèi)嵌式密封件密封結(jié)構(gòu)，密封件與管式碳化爐采用螺紋連接，便于拆裝。下端內(nèi)嵌支撐管與管式碳化爐內(nèi)壁采用螺紋連接方式。
[0008]本實用新型根據(jù)需要可以在控制器內(nèi)安裝如流量計、壓力表及自動溫控系統(tǒng)等。其中溫控系統(tǒng)控制方式可以采用恒溫和程序升溫兩種，最高可升溫至100tC，滿足了熱解反應(yīng)所需要的溫度。冷凝罐裝在冷水槽內(nèi)便于降溫，有利于對生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的生物油和木醋液組分進行收集。氣囊可根據(jù)需要選擇性裝于控制器內(nèi)或控制器外，用于收集生物質(zhì)熱裂解的氣體產(chǎn)物。
[0009]本實用新型取得的有益效果是:
[0010]本裝置在方便制備生物炭的同時可實現(xiàn)氣體產(chǎn)物與液體產(chǎn)物的自動分離與收集，并且可方便地實現(xiàn)自動溫度控制和反應(yīng)氣氛的調(diào)控，在整個反應(yīng)過程中都可實現(xiàn)無氧或限氧條件控制。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，是一種適于研究生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)的實驗室用簡易裝置。
【附圖說明】
[0011 ]圖1給出的是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中標號代表的含義如下:
[0013]1、控制器2、出氣口 3、進氣管4、支撐鋼管5、篩板6、管式碳化爐7、加熱爐8、溫度傳感器9、出氣管10、冷水槽11、冷凝罐12、排氣管13、進氣口 14、氣囊。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0015]參見圖1，一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置，管式碳化爐6為不銹鋼材質(zhì)，圓柱形，其上、下兩端通過內(nèi)置螺紋連接的緊固件密封，底端內(nèi)嵌有與密封件緊固連接、且與管式碳化爐6內(nèi)壁通過螺紋連接的支撐管鋼4，支撐管4上裝設(shè)有用于支撐生物質(zhì)材料的篩板5。管式碳化爐6安裝在加熱爐7內(nèi)，管式碳化爐6頂端設(shè)有出氣口，通過出氣管9與冷凝罐11相連接并通至冷凝罐11內(nèi)側(cè)底部，利于氣體冷凝和吸收，便于降溫冷卻。管式碳化爐6底端設(shè)有進氣口，通過進氣管3與控制器I的保護氣體出氣口2相連接，管式碳化爐6內(nèi)設(shè)有溫度傳感器8，與控制器I相連。冷凝罐11裝在冷水槽10內(nèi)，冷凝罐11頂部設(shè)有排氣口，通過排氣管12與控制器I上的進氣口 13相連接，進氣口 13通過控制器I連接氣囊14。進氣管3、出氣管9、排氣管12為細銅管或鋼管。
[0016]該碳化反應(yīng)裝置的使用以木材加工產(chǎn)生的水曲柳木肩為例。將木肩清洗干凈，烘干，粉粹，過篩，稱取約40g上述處理的生物質(zhì)原料，從頂部沿管壁緩慢裝入管式碳化爐6內(nèi)，裝入溫度傳感器，將管式碳化爐裝入加熱爐7內(nèi)，關(guān)閉爐門，扣緊卡扣。水槽內(nèi)裝入冰水混合液，旋開保護氣體氮氣鋼瓶，經(jīng)控制器減壓后，經(jīng)出氣口通入管式碳化爐，控制氮氣流量約為20 mL/min。根據(jù)選擇的加熱方式設(shè)置溫度，采用程序升溫方式:
[0017]第一階段，目標溫度:400°C升溫速率:10 0C/ min
[0018]第二階段，400°C保溫4h
[0019]設(shè)置完畢，使設(shè)備運行，炭化爐內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)出氣管9進入冷凝罐11，經(jīng)冷凝留于冷凝罐中，未被冷凝的氣體經(jīng)排氣管12通入氣囊14收集，備用。反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉溫控按鈕，待管式反應(yīng)爐冷卻至室溫，關(guān)閉氮氣鋼瓶旋塞，打開爐體，旋開管式碳化爐上下兩端螺紋密封結(jié)構(gòu)，取出溫度傳感器，將固態(tài)產(chǎn)物生物炭取出，后處理備用。旋開冷凝罐，將木醋液轉(zhuǎn)移至容器密封保存。
【主權(quán)項】
1.一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置，結(jié)構(gòu)中包括管式碳化爐(6)和控制器(I)，其特征在于管式碳化爐(6)上、下兩端密封，安裝在加熱爐(7)內(nèi)，管式碳化爐(6)頂端設(shè)有出氣口，通過出氣管(9)與冷凝罐(11)相連接，管式碳化爐(6)底端設(shè)有進氣口，通過進氣管(3)與控制器(I)的出氣口(2)相連接，管式碳化爐(6)內(nèi)設(shè)有溫度傳感器(8)，與控制器(I)相連，管式碳化爐(6)內(nèi)下端部設(shè)有用于支撐生物質(zhì)材料的篩板(5)，冷凝罐(11)頂部設(shè)有排氣口，通過排氣管(12)與控制器(I)的進氣口( 13)相連接，氣囊(14)與控制器(I)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解碳化反應(yīng)裝置，其特征在于管式碳化爐(6)上、下兩端采用內(nèi)嵌式密封件密封結(jié)構(gòu)，下端內(nèi)嵌支撐鋼管(4)與管式碳化爐內(nèi)壁采用螺紋連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種實驗室用生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)裝置。結(jié)構(gòu)中包括安裝在加熱爐內(nèi)兩端密封的管式碳化爐，管式碳化爐頂端設(shè)有出氣口，通過出氣管與冷凝罐相連接，管式碳化爐底端設(shè)有進氣口，通過進氣管與控制器的出氣口相連接，管式碳化爐內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，管式碳化爐內(nèi)下端部設(shè)有用于支撐生物質(zhì)材料的篩板，冷凝罐頂部設(shè)有排氣口，通過排氣管與控制器上的進氣口相連接，進氣口通過控制器與氣囊連接。根據(jù)需要可以在控制器內(nèi)安裝如流量計、壓力表及自動溫控系統(tǒng)等。用于制備生物炭的同時可實現(xiàn)氣體產(chǎn)物與液體產(chǎn)物的自動分離與收集，實現(xiàn)自動溫度控制和反應(yīng)氣氛的調(diào)控。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，是一種適于研究生物質(zhì)熱解碳化反應(yīng)的實驗室用簡易裝置。
【IPC分類】C10G1/00, C10B47/06, C10B53/02
【公開號】CN205347328
【申請?zhí)枴緾N201521076274
【發(fā)明人】趙明靜, 郭萌, 宋翥達, 杜霞, 馬子川, 邢勝濤
【申請人】河北師范大學
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2015年12月22日