[發(fā)明專利]一種生物質熱轉化教學實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710022750.2
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106872508B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 楊晴;劉英鵬;邵敬愛;曾闊;楊海平;王賢華;張世紅;陳漢平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;B01J19/24;C10B53/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊

技術領域

本發(fā)明屬于教學實驗裝置領域，更具體地，涉及一種生物質熱轉化教學實驗裝置。

背景技術

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油、天然氣而位居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物質作為自然界唯一可再生循環(huán)的含炭燃料，以其碳的零排放而受到世界各國的重視，目前開發(fā)生物質能已成為世界各國碳減排及環(huán)境保護的重要手段?！笆濉逼陂g，我國各類生物質年利用量約為3500萬噸標準煤，“十三五”規(guī)劃提出，到2020年，我國生物質能年利用量要達到5800萬噸標準煤，出于市場、能源戰(zhàn)略、環(huán)境保護及行業(yè)健康發(fā)展考慮，我國急需大力培養(yǎng)生物質能開發(fā)的技術人才。目前，國內很多高校均已開設新能源專業(yè)，生物質能利用作為新能源專業(yè)主要的二級學科之一而備受重視，但目前簡單實用的教學實驗設備還幾乎處于空白狀態(tài)。

生物質的熱轉化是生物質利用技術的主流方向，生物質熱轉化技術主要包含燃燒、氣化、熱解、提質等技術，其中燃燒溫度在800℃以上，主要是將燃料完全燃燒，釋放出熱量用作發(fā)電或供熱；氣化主要是指將燃料變?yōu)槿細馐褂茫剂显跉饣癄t內主要經歷四個過程:燃料干燥(100-300℃)、燃料揮發(fā)分析出即熱解(400-600℃)、燃料炭的氣化(600-800℃)、殘?zhí)康娜紵?>800℃)；熱解主要是指在無氧或少氧的氣氛下，在400-800℃溫度條件下燃料揮發(fā)分析出，冷凝部分形成生物油，未冷凝部分形成可燃氣，余下部分炭化形成生物炭；提質主要是在低溫(<400℃)的條件下，對燃料進行深度干燥及初步反應消除不穩(wěn)定基團，降低燃料水分及氧含量，提高燃料品質。生物質能熱轉化過程較為復雜，各反應過程以特定的溫度范圍為主要特征，簡單實用，目前適用研究范圍廣的生物質能教學實驗設備應該具有以下缺點點：

1)組裝復雜，拆卸不方便，設備占用面積較大，難以放到桌上進行操作和演示；2)各反應裝置溫度調節(jié)不靈活，溫度調節(jié)速度慢；3)對工業(yè)反應爐內復雜反應過程進行分段拆分演示不是很直觀，對于研究不同反應間的交互及耦合作用并不方便；3)沒有對氣體產物在線監(jiān)測的功能，反應后各交互反應產生的固態(tài)產物不易于區(qū)分，觀察及測試均不方便；4)設置對照試驗不是很方便。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種生物質熱轉化教學實驗裝置，適用于生物質能教學及研究實踐過程，通過溫度調節(jié)器形成一個溫降區(qū)域，該裝置擁有多個彼此串聯的反應筒，可以在此溫降區(qū)域內上下移動匹配目標溫度，并可快速進行微調，解決了反應裝置溫度快速調節(jié)及反應串聯耦合問題。

為實現上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種生物質熱轉化教學實驗裝置，其特征在于，包括多級反應器和溫度調節(jié)器,其中，

所述多級反應器包括按從下至上的順序依次設置的多個反應筒，各反應筒依次連接，并且相鄰兩個反應筒的內腔通過管道連通，每個所述反應筒的底部在對應于管道的位置分別設置有孔板，孔板上布置有石英棉或石英濾膜，從而實現各反應筒之間的相互通氣及各反應筒的試驗原料的相互隔絕，并且按照從下至上的順序，各反應筒適用的試驗原料的反應溫度依次遞減；

所述溫度調節(jié)器用于對各反應筒進行加熱，以使各反應筒內的溫度達到試驗原料反應所需的溫度。

優(yōu)選地，所述溫度調節(jié)器包括燃燒爐、煙氣筒和風扇，所述燃氣爐的頂部安裝所述煙氣筒，以用于使煙氣從下向上流動，所述多級反應器的下端和上端分別伸入所述燃燒爐和所述煙氣筒內，所述風扇位于所述煙氣筒外，以用于向所述煙氣筒吹風并使各反應筒內的溫度達到試驗原料反應所需的溫度。

優(yōu)選地，所述煙氣筒高度方向等間距布置有至少三支熱電偶，和溫度顯示器II相連，用于監(jiān)測煙氣筒內溫度梯度區(qū)域的溫度數據。

優(yōu)選地，所述溫度調節(jié)器包括多個電爐并且這些電爐的數量與所述反應筒的數量一致，每個所述反應筒分別通過一所述電爐進行加熱，以使各反應筒內的溫度達到試驗原料反應所需的溫度。

優(yōu)選地，相鄰的兩個所述反應筒通過金屬伸縮管或金屬軟管連接。

優(yōu)選地，最上方的反應筒通過軟管依次連接冷凝裝置、過濾裝置和干燥裝置，所述干燥裝置與氣體分析儀連接，經過凈化的反應氣體通入所述氣體分析儀進行檢測后排出。

優(yōu)選地，所述干燥裝置與所述氣體分析儀之間設置有流量計和抽氣泵。

優(yōu)選地，最下方的反應筒與進氣管連接，所述進氣管用于通入預定量的空氣、水蒸氣、氮氣、富氧空氣或欠氧空氣。