[發明專利]一種在線監測熱解過程中生物質焦炭導電特性的方法和裝置

有效

• 申請號: 200710022366.9
• 申請日: 2007-05-15
• 公開（公告）號: CN101059461A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 肖剛;金保升;肖睿;仲兆平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N33/48
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本發明涉及一種在線監測熱解過程中生物質焦炭導電特性的方法和裝置，屬于生物質熱解和焦炭特性測量的技術領域。

背景技術

生物質是一種典型的可再生資源，地球上每年通過植物光合作用固定的碳元素就達2×10¹¹t。焦炭是生物質熱解的主要目標產物之一，具有良好導電特性的焦炭，一般稱之為導電炭，是一種廉價環保的電磁屏蔽材料。隨著電子設備的廣泛應用，電磁屏蔽材料的需求量也急劇增加，利用生物質熱解制取電磁屏蔽材料是滿足市場需求的有效途徑。但由于測量手段的限制，難以深入研究生物質導電炭形成過程與機理，制約了該技術的升級和優化。

目前，研究生物質熱解機理的手段主要是熱重分析方法，它著重考察生物質熱解過程中固相產物質量隨反應溫度或反應時間的變化規律。這種方法只能反映生物質熱解的反應動力學過程，而無法獲悉熱解過程中固相產物導電特性的演變規律。對于生物質熱解制取導電炭的過程而言，當反應溫度升高到600～700℃以上之后，固相產物質量隨反應溫度的變化很小，而此時，其導電特性的變化卻極其劇烈(電阻率可從1×10⁷～1×10⁸歐姆·厘米減小到0.1～1歐姆·厘米)。目前專門研究固相產物導電特性的方法只能獲得離線數據，難以全面反映導電特性演變的動態過程，此外，還存在兩個嚴重的缺陷：(a)熱解的固相產物必須經過一個冷卻過程后，才能測量其電阻或電阻率，測量的累積誤差大；(b)待測樣品的制備過程繁瑣，所以，非常有必要設計專門的在線測量方法和測量裝置，對生物質熱解固相產物導電特性隨反應溫度或反應時間的變化規律進行專門的研究，為利用生物質制取高性能電磁屏蔽材料提供基礎數據和理論依據。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種測量誤差小的在線監測熱解過程中生物質焦炭導電特性的方法和裝置。

為實現上述目的，本發明測量方法采用如下技術方案，首先在由50—200目的生物質構成的固相柱狀體兩端施加恒定壓力；然后對該固相柱狀體進行加熱并采集加熱的溫度信號，同時在固相柱狀體兩端施加電壓，采集連接在固相柱狀體兩端導線上的電壓和電流信號，并在固相柱狀體至少一端連接位移傳感器，采集固相柱狀體長度變化的位移信號，并對采集的電壓和電流信號、位移信號、溫度信號進行信息數據的轉換和儲存。

所述加熱采用程序控制方式，即在電熱爐內布置熱電偶，采集電熱爐內的溫度信號，將采集到的溫度信號輸入到智能工業調節控制器，在該控制器上設定升溫程序，通過該控制器調節電熱爐的輸出功率，控制電熱爐按照預定的程序升溫。

所述的固相柱狀體在加熱過程中內部保持負壓，其真空度為0Pa—30000Pa，使生物質熱解產生的揮發份及時排出，防止因揮發份的不穩定而發生二次裂解反應，影響焦炭的導電特性及電阻測量的準確性。

實現上述測量方法的裝置，包括具有溫度控制裝置的加熱爐、位移傳感器、電阻測量裝置、數據采集、轉換和存儲裝置以及設置在加熱爐內部的熱解反應器，所述的溫度控制裝置與數據采集、轉換和存儲裝置相連，所述的熱解反應器包括兩端連接有電極的柱狀空心殼體，在殼體的至少一端設置有填充生物質的填料口，填料口處設置一活塞，所述的其中一端電極設置在活塞上，所述的電極通過導線與所述的電阻測量裝置相連，然后連接至數據采集、轉換和存儲裝置，在所述的活塞上還設置有一恒壓力施加裝置和所述的位移傳感器，位移傳感器通過導線連接至數據采集、轉換和存儲裝置。

所述的加熱爐為程序控制加熱爐。

所述的活塞上設置有用于使殼體內部處于負壓的抽氣口，所述的電極上設置有相應的使柱狀空心殼體內部處于負壓的出氣孔。

所述的恒壓力施加裝置為一質量塊。

所述的填料口為兩個，分別設置在殼體的兩端。

所述的殼體的內徑為0.5—3mm。

與現有技術相比，本發明具有以下效果：