專利名稱：一種濕法制備生物炭的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備生物炭的裝置。
技術(shù)背景
生物炭是生物質(zhì)在缺氧條件下熱解的固體產(chǎn)物。生物炭的制備方法分為干法與濕法。其中干法如快速熱解、中速熱解、慢速熱解和氣化等，需要對物料進行干化預(yù)處理，比較麻煩；濕法炭化是在密閉的有水環(huán)境中，加以一定的溫度和壓力下將生物質(zhì)進行炭化的，其具有炭產(chǎn)量較高，制備過程簡單、能耗低以及生物炭產(chǎn)物官能團豐富等優(yōu)點。濕法炭化是制備生物炭的一種理想方法。
濕法炭化裝置包括各種反應(yīng)釜，通常都是采用熱能直接或間接加熱生物質(zhì)使之炭化的，炭化時間一般較長，為幾個小時至幾天不等。如某些新型的濕法制備生物炭裝置，通過改變換熱管的分布方式和數(shù)量，以克服傳統(tǒng)反應(yīng)釜外夾套換熱方式傳熱效率低的不足。 但是，其效果仍不夠好，因為不管如何排布換熱管，這種物物傳遞熱量的方式依然會造成熱量損失，從而減慢制備效率；另外，熱傳遞的有方向性，物料難以均勻升溫，導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)上會出現(xiàn)部分炭化快，部分炭化慢，成品質(zhì)量不理想。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種可以均勻升溫、無熱損耗并且炭化效率高的濕法制備生物炭的裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的解決方案是一種濕法制備生物炭的裝置，包括上方開口的、設(shè)有供氣/液進出的管道系統(tǒng)的反應(yīng)室以及將反應(yīng)室上方開口密封的腔蓋，所述反應(yīng)室聯(lián)接有微波發(fā)生裝置。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，本發(fā)明還包括底座，所述反應(yīng)室為一圓柱形腔體，置于底座上。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述反應(yīng)室的底部設(shè)有一倒圓臺形的墊塊，反應(yīng)室與墊塊的裝配體外周具有金屬保護層，腔蓋與金屬保護層聯(lián)接并封蓋住反應(yīng)室。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述金屬保護層的外面設(shè)有保溫層。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述管道系統(tǒng)包括兩根氣相管，以及液相管、熱電偶圓形套管，它們均插接在腔蓋上并伸入到反應(yīng)室中，其中一根氣相管外露的一端設(shè)有防爆裝置、三通閥和壓力表；另一根氣相管上有設(shè)氣相直通閥門；液相管底端伸至反應(yīng)室內(nèi)底壁且貼近其彎曲；液相管上設(shè)液相直通閥門；所述管道系統(tǒng)還包括冷卻管，冷卻管兩頭潛藏在腔蓋內(nèi)，中間段位于反應(yīng)室中并彎曲成U形，貼近反應(yīng)室內(nèi)壁。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述微波發(fā)生裝置位于墊塊底部，外側(cè)面被金屬保護層包覆。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述反應(yīng)室的下方設(shè)有振蕩裝置。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述振蕩裝置包括設(shè)在底座下的托架，托架與3底座之間設(shè)有偏心輪。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將微波加熱技術(shù)與濕法炭化相結(jié)合，通過微波發(fā)生裝置產(chǎn)生微波，反應(yīng)室及腔蓋形成微波諧振腔，可以對加入到反應(yīng)室中的生物質(zhì)進行快速加熱，使物料發(fā)生炭化反應(yīng)，從而制備出生物炭。本發(fā)明炭化過程中采用微波內(nèi)源性加熱方式，沒有任何熱傳導(dǎo)過程，加熱速度快且均勻，沒有額外熱量消耗，能耗低效率高，可用來濕法制備生物炭。


為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得的其他設(shè)計方案和附圖。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進行清除、完整地描述，以充分的理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發(fā)明保護的范圍。另外，文中所提到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實施情況，通過添加或減少聯(lián)接輔件，來組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。
參照圖1，一種濕法制備生物炭的裝置，包括上方開口的、設(shè)有供氣/液進出的管道系統(tǒng)的反應(yīng)室4以及將反應(yīng)室4上方開口密封的腔蓋7，所述反應(yīng)室4聯(lián)接有微波發(fā)生裝置。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明還包括底座沈，所述反應(yīng)室4為一圓柱形腔體，置于底座26上。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)室4的底部設(shè)有一倒圓臺形的墊塊3，反應(yīng)室4與墊塊3的裝配體外周具有金屬保護層21，腔蓋7與金屬保護層21聯(lián)接并封蓋住反應(yīng)室4。具體地，所述反應(yīng)室4是由透波性能好、能耐高溫高壓的陶瓷等絕緣材料圍成的腔體，墊塊3亦采用與反應(yīng)室4相同的材料，腔蓋7與金屬保護層21均為不銹鋼金屬件，不僅可以對反應(yīng)室4內(nèi)部反射微波，還可防止微波泄漏至環(huán)境之中。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述金屬保護層21的外面設(shè)有保溫層5。所述保溫層5可為外被金屬層的石棉填充層，外被金屬層可進一步防止微波泄漏至環(huán)境之中。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述管道系統(tǒng)包括兩根氣相管9、10，以及液相管 16、熱電偶圓形套管6，它們均插接在腔蓋7上并伸入到反應(yīng)室4中，其中一根氣相管9外露的一端設(shè)有防爆裝置14、三通閥13和壓力表12 ；另一根氣相管10上有設(shè)氣相直通閥門 8、11 ；液相管16底端伸至反應(yīng)室4內(nèi)底壁且貼近其彎曲；液相管16上設(shè)液相直通閥門15、 17 ；所述管道系統(tǒng)還包括冷卻管19，冷卻管19兩頭潛藏在腔蓋7內(nèi)，中間段位于反應(yīng)室4中并彎曲成U形，貼近反應(yīng)室4內(nèi)壁。具體地，上述各種管道均為不銹鋼構(gòu)件，耐熱抗爆。
防爆裝置14內(nèi)設(shè)爆破片，防止氣壓過大而導(dǎo)致管道爆裂，通過各種管道及閥門的配合，可對反應(yīng)室4進行加壓、排氣、出料和取樣的動作。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述微波發(fā)生裝置位于墊塊3底部，外側(cè)面被金屬保護層21包覆。由于為了讓反應(yīng)在物料中進行得更加均勻，后續(xù)步驟中可能要對反應(yīng)室4 進行振蕩處理，因此設(shè)計倒圓臺形的墊塊3增加設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，減緩剛性沖擊，同時金屬保護層21可反射微波。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)室4的下方設(shè)有振蕩裝置。
進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述振蕩裝置包括設(shè)在底座沈下的托架1，托架1與底座沈之間設(shè)有偏心輪25。具體地，所述偏心輪25由外設(shè)電機帶動旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生振動，從而往復(fù)振蕩腔內(nèi)物料。
具體地，所述微波發(fā)生裝置包括微波發(fā)生器M以及波導(dǎo)管23，微波發(fā)生器M位于托架1上，波導(dǎo)管23設(shè)在微波發(fā)生器M上面并通向反應(yīng)室4，提供微波源。底座沈中心設(shè)有由鐵氟龍等耐溫絕緣材料制成的導(dǎo)電滑環(huán)27，通過導(dǎo)電滑環(huán)27為微波發(fā)生器M提供工作電流。而所述的微波發(fā)生裝置，是通過設(shè)在一旁的帶控制面板的控制裝置來操控的，以便整個實驗過程安全可控，提高自動化程度。
工作時，將要炭化的物質(zhì)與水按需要比例混勻后，根據(jù)需要加入適量催化劑后，放入反應(yīng)室4中，置于金屬保護層21內(nèi)，蓋上腔蓋7，擰緊螺栓20上的螺母18，使反應(yīng)室4處于密閉狀態(tài)。依次打開液相管16上的液相直通閥門15、17和氣相管9上的三通閥13，連接氣源，從液相管16管口導(dǎo)入氮氣、氬氣等惰性氣體，觀察三通閥13的出氣情況，確認氣流暢通后，依次打開氣相管10上的氣相直通閥門8、11，適當(dāng)調(diào)整三通閥13，使氣體從三通閥13 和氣相管10的管口導(dǎo)出，通氣約10 min，以排盡反應(yīng)室4內(nèi)空氣。依次關(guān)閉直通閥門氣相直通閥門11、8和氣源、三通閥13、液相直通閥門15、17，卸下氣源。打開控制裝置上的電源開關(guān)，使微波發(fā)生器M處于工作狀態(tài)，對反應(yīng)室4進行加熱。反應(yīng)過程中可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)炭化裝置控制面板上的旋鈕，調(diào)節(jié)微波的功率、擺動速率和反應(yīng)時間。反應(yīng)過程中反應(yīng)室4 的溫度與壓力可通過向熱電偶套管6插入熱電偶溫度計和壓力表12獲得。反應(yīng)結(jié)束后，微波加熱關(guān)閉，向冷卻管19導(dǎo)入冷卻水，加速反應(yīng)室的冷卻，待壓力、溫度降至接近常溫常壓時，可在三通閥13上安置采氣裝置，進行氣體采集。確認安全后，根據(jù)需要，或擰開螺母18， 取出反應(yīng)室4，或通過打開氣相管10上的氣相直通閥門8、11和液相管16上的液相直通閥門15、17，三通閥13保持關(guān)閉，向氣相管10通入惰性氣體，使反應(yīng)物質(zhì)從液相管16管口出， 進行液體、固體產(chǎn)物的收集與分離，待處理分析。
以上是對本發(fā)明的較佳實施方式進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種濕法制備生物炭的裝置，其特征在于包括上方開口的、設(shè)有供氣/液進出的管道系統(tǒng)的反應(yīng)室(4)以及將反應(yīng)室(4)上方開口密封的腔蓋(7)，所述反應(yīng)室(4)聯(lián)接有微波發(fā)生裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于還包括底座(26)，所述反應(yīng)室(4)為一圓柱形腔體，置于底座(26)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述反應(yīng)室(4)的底部設(shè)有一倒圓臺形的墊塊(3)，反應(yīng)室(4)與墊塊(3)的裝配體外周具有金屬保護層(21)，腔蓋(7)與金屬保護層(21)聯(lián)接并封蓋住反應(yīng)室(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述金屬保護層(21) 的外面設(shè)有保溫層(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述管道系統(tǒng)包括兩根氣相管(9、10)，以及液相管(16)、熱電偶圓形套管(6)，它們均插接在腔蓋 (7)上并伸入到反應(yīng)室(4)中，其中一根氣相管(9)外露的一端設(shè)有防爆裝置(14)、三通閥 (13)和壓力表(12)；另一根氣相管(10)上有設(shè)氣相直通閥門(8、11)；液相管(16)底端伸至反應(yīng)室(4)內(nèi)底壁且貼近其彎曲；液相管(16)上設(shè)液相直通閥門(15、17);所述管道系統(tǒng)還包括冷卻管(19)，冷卻管(19)兩頭潛藏在腔蓋(7)內(nèi)，中間段位于反應(yīng)室(4)中并彎曲成 U形，貼近反應(yīng)室(4)內(nèi)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述微波發(fā)生裝置位于墊塊(3 )底部，外側(cè)面被金屬保護層(21)包覆。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述反應(yīng)室(4)的下方設(shè)有振蕩裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕法制備生物炭的裝置，其特征在于所述振蕩裝置包括設(shè)在底座(26) T的托架(1)，托架(1)與底座(26)之間設(shè)有偏心輪(25)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濕法制備生物炭的裝置，包括上方開口的、設(shè)有供氣/液進出的管道系統(tǒng)的反應(yīng)室以及將反應(yīng)室上方開口密封的腔蓋，所述反應(yīng)室聯(lián)接有微波發(fā)生裝置。本發(fā)明將微波加熱技術(shù)與濕法炭化相結(jié)合，通過微波發(fā)生裝置產(chǎn)生微波，反應(yīng)室及腔蓋形成微波諧振腔，可以對加入到反應(yīng)室中的生物質(zhì)進行快速加熱，使物料發(fā)生炭化反應(yīng)，從而制備出生物炭。本發(fā)明炭化過程中采用微波內(nèi)源性加熱方式，沒有任何熱傳導(dǎo)過程，加熱速度快且均勻，沒有額外熱量消耗，能耗低效率高，可用來濕法制備生物炭。
文檔編號C10B53/02GK102533293SQ201110458540
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者周順桂, 李卓瑞, 王定美, 袁勇 申請人:廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所