CN205347328U - 一种实验室用生物质热解碳化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实验室用生物质热解碳化反应装置。结构中包括安装在加热炉内两端密封的管式碳化炉，管式碳化炉顶端设有出气口，通过出气管与冷凝罐相连接，管式碳化炉底端设有进气口，通过进气管与控制器的出气口相连接，管式碳化炉内设有温度传感器，管式碳化炉内下端部设有用于支撑生物质材料的筛板，冷凝罐顶部设有排气口，通过排气管与控制器上的进气口相连接，进气口通过控制器与气囊连接。根据需要可以在控制器内安装如流量计、压力表及自动温控系统等。用于制备生物炭的同时可实现气体产物与液体产物的自动分离与收集，实现自动温度控制和反应气氛的调控。结构简单、使用方便，是一种适于研究生物质热解碳化反应的实验室用简易装置。

Description

一种实验室用生物质热解碳化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验室用装置，特别是一种实验室用的生物质热解碳化反应装置。

背景技术

生物炭（Biochar）是废弃生物材料通过高温热解的方法在缺氧或少氧的条件下形成的一类高度芳香性难溶固体物质，多由疏松多孔、排列有序的芳香环片层组成，一般具有多孔性特征和大的比表面积。这些特性使得生物炭在吸附废水中的重金属等污染物方面具有巨大的潜力，现已广泛应用于吸附菲、敌草隆、西维因、多环芳烃、重金属等多种污染物的控制和修复等。生物质在热解碳化的过程中，得到生物炭的同时可以产出可燃气体、木焦油和木醋液等，如能对生物质加以多元化开发利用，在很大程度上能解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低碳高效经济发展模式，对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。

在进行废弃生物质的大规模生产前，为了优化生产工艺，以及为了深入了解生物炭的结构、性质与功能，探索新的生物炭生产方法等方面的需要，往往有必要预先在实验室开展小试研究，然而用于小试研究用的制备生物炭的装置还十分缺乏。目前，在实验室生物炭制备方面常采用的方法是：直接利用陶瓷或石英坩埚作盛装生物质原料的反应器，置于马弗炉中进行静态加热，或者利用管式反应炉在通氮气气氛下进行动态加热。这两种方法虽然简单，但存在明显的缺点，一是反应中心区的温度控制和调节不准确；二是生物质热解产生的气体和液体产物不能或不便收集。为了克服现有实验室制备生物炭装置方面的某些不足，中国专利文献（申请号201420399275.2）公布了一种实验室科研用多孔熔融氧化铝的生物炭制备装置，在生物炭制备过程中，利用该小型装置可方便烟气的排出及通过底部的导油槽自动收集液体焦油，装置厌氧环境较好，易于携带。然而，该装置使用时需整体放入马弗炉中，反应容器空间小，反应温度和反应气氛不便调控，尤其是无法实现气体产物的收集或在线分析。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种实验室用生物质热解碳化反应装置，克服了现有实验室碳化反应装置存在的不足。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种实验室用生物质热解碳化反应装置，结构组成中包括管式碳化炉和控制器，管式碳化炉两端密封，安装在加热炉内，管式碳化炉顶端设有出气口，通过出气管与冷凝罐相连接，管式碳化炉底端设有进气口，通过进气管与控制器的出气口相连接，管式碳化炉内设有温度传感器并与控制器相连，管式碳化炉内下端部设有用于支撑生物质材料的筛板，冷凝罐顶部设有排气口，通过排气管与控制器上的进气口相连接，气囊与控制器相连接。

碳化炉为不锈钢材质，圆柱形，便于换热，适合农林业生产领域产生的秸秆、残枝、锯末等生物质废弃物粉粹、筛分后热解反应所需，并且具有良好的耐腐蚀性能和导热性能。碳化炉内的温度传感器可准确探测床层温度，炉内的筛板下方通过不锈钢管支撑，可拆卸、更换，便于维护。

管式碳化炉上、下两端均采用内嵌式密封件密封结构，密封件与管式碳化炉采用螺纹连接，便于拆装。下端内嵌支撑管与管式碳化炉内壁采用螺纹连接方式。

本实用新型根据需要可以在控制器内安装如流量计、压力表及自动温控系统等。其中温控系统控制方式可以采用恒温和程序升温两种，最高可升温至1000℃，满足了热解反应所需要的温度。冷凝罐装在冷水槽内便于降温，有利于对生物质热解产生的生物油和木醋液组分进行收集。气囊可根据需要选择性装于控制器内或控制器外，用于收集生物质热裂解的气体产物。

本实用新型取得的有益效果是：

本装置在方便制备生物炭的同时可实现气体产物与液体产物的自动分离与收集，并且可方便地实现自动温度控制和反应气氛的调控，在整个反应过程中都可实现无氧或限氧条件控制。结构简单、使用方便，是一种适于研究生物质热解碳化反应的实验室用简易装置。

附图说明

图1给出的是本实用新型的结构示意图。

图中标号代表的含义如下：

1、控制器2、出气口3、进气管4、支撑钢管5、筛板6、管式碳化炉7、加热炉8、温度传感器9、出气管10、冷水槽11、冷凝罐12、排气管13、进气口14、气囊。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参见图1，一种实验室用生物质热解碳化反应装置，管式碳化炉6为不锈钢材质，圆柱形，其上、下两端通过内置螺纹连接的紧固件密封，底端内嵌有与密封件紧固连接、且与管式碳化炉6内壁通过螺纹连接的支撑管钢4，支撑管4上装设有用于支撑生物质材料的筛板5。管式碳化炉6安装在加热炉7内，管式碳化炉6顶端设有出气口，通过出气管9与冷凝罐11相连接并通至冷凝罐11内侧底部，利于气体冷凝和吸收，便于降温冷却。管式碳化炉6底端设有进气口，通过进气管3与控制器1的保护气体出气口2相连接，管式碳化炉6内设有温度传感器8，与控制器1相连。冷凝罐11装在冷水槽10内，冷凝罐11顶部设有排气口，通过排气管12与控制器1上的进气口13相连接，进气口13通过控制器1连接气囊14。进气管3、出气管9、排气管12为细铜管或钢管。

该碳化反应装置的使用以木材加工产生的水曲柳木屑为例。将木屑清洗干净，烘干，粉粹，过筛，称取约40g上述处理的生物质原料，从顶部沿管壁缓慢装入管式碳化炉6内，装入温度传感器，将管式碳化炉装入加热炉7内，关闭炉门，扣紧卡扣。水槽内装入冰水混合液，旋开保护气体氮气钢瓶，经控制器减压后，经出气口通入管式碳化炉，控制氮气流量约为20mL/min。根据选择的加热方式设置温度，采用程序升温方式：

第一阶段，目标温度：400℃升温速率：10℃/min

第二阶段，400℃保温4h

设置完毕，使设备运行，炭化炉内产生的蒸汽经出气管9进入冷凝罐11，经冷凝留于冷凝罐中，未被冷凝的气体经排气管12通入气囊14收集，备用。反应结束后，关闭温控按钮，待管式反应炉冷却至室温，关闭氮气钢瓶旋塞，打开炉体，旋开管式碳化炉上下两端螺纹密封结构，取出温度传感器，将固态产物生物炭取出，后处理备用。旋开冷凝罐，将木醋液转移至容器密封保存。

Claims (2)

1.一种实验室用生物质热解碳化反应装置，结构中包括管式碳化炉（6）和控制器（1），其特征在于管式碳化炉（6）上、下两端密封，安装在加热炉（7）内，管式碳化炉（6）顶端设有出气口，通过出气管（9）与冷凝罐（11）相连接，管式碳化炉（6）底端设有进气口，通过进气管（3）与控制器（1）的出气口（2）相连接，管式碳化炉（6）内设有温度传感器（8），与控制器（1）相连，管式碳化炉（6）内下端部设有用于支撑生物质材料的筛板（5），冷凝罐（11）顶部设有排气口，通过排气管（12）与控制器（1）的进气口（13）相连接，气囊（14）与控制器（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的热解碳化反应装置，其特征在于管式碳化炉（6）上、下两端采用内嵌式密封件密封结构，下端内嵌支撑钢管（4）与管式碳化炉内壁采用螺纹连接。