[發明專利]一種“壓泵”耦合微波快速制備高產率活性炭的裝置與方法

在審

• 申請號: 201811462642.8
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109437191A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 高原;姬國釗;李愛民;張雷;王欣
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;C01B32/39;C01B32/342
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于碳材料制備技術領域，一種“壓泵”耦合微波快速制備高產率活性炭的裝置與方法。裝置包括程序式控制器、給料單元、反應爐、壓泵單元、微波加熱單元、爆冷單元和熱解氣處理單元。本發明利用微波引起原料分子摩擦和碰撞降低反應活化能，大大縮短工藝操作時間。“壓泵”的加壓延長揮發分的停留時間，促使其沉積在半炭表面而提高固態炭產率；加壓也促進焦油自身縮聚反應，大幅度降低或避免焦油的產生。此外，微波加熱有利于從原料內部產生熱解氣，加壓作用下熱解氣體分子滯留在原料分子內部，起到“原位自模板”作用，并在原料內部無定向自由“穿梭”大幅度促進活性炭的孔徑發展，瞬時“爆米花”效應有利于熱解氣二次造孔，提高碳材料比表面積。

技術領域

本發明涉及一種“壓泵”耦合微波快速制備高產率活性炭的裝置與方法，具有加熱速度快、活性炭產量高、近零焦油排放及連續生產的特點，屬于碳材料制備技術領域。

背景技術

活性炭由于其豐富的孔徑結構和良好的化學穩定性被廣泛應用于吸附、催化、儲能、儲氫、脫色等領域。目前，常見的活性炭制備工藝爐體包括：固定爐、流化床、回轉爐和鼓泡床等。如中國專利文獻CN108298535A公開了一種利用回轉式氣氛爐物理活化法制備銅藻基中孔活性炭的方法；中國專利文獻CN108821282A公開了一種利用馬弗爐制備蝦糠改性莎草科基高含氮活性炭的方法；中國專利文獻CN108249435A公開了一種利用各種封閉式爐體，包括箱式爐、真空爐、回轉爐、輥道爐、推板爐、管式爐制備石油焦基中孔活性炭的方法。這些爐體均采用傳統的電阻間壁加熱方式，熱量從材料表面向內部逐步傳遞，因此存在能量傳熱與傳質特性差、熱量耗損大、溫度分布不均(外高內低)及工藝耗時長等問題。

微波活化熱解是解決上述問題的有效途徑之一。微波可直接進入原料內部與原料分子作用，通過化學鍵極化和分子重排引起內部摩擦，從而將電磁能轉化為熱能，具有整體均勻加熱、溫度梯度小、加熱速度快等特點。中國專利文獻CN106241805A公開了一種利用微波加熱活化耦合二氧化碳催化制備造紙黑液粗提取物-木質素磺酸鹽基活性炭的方法；中國專利文獻CN106608622A公開了經預處理、微波碳化、粉碎、浸漬、活化、終處理等一系列工藝流程制備超高比表面積漢麻稈活性炭的方法。這些傳統的微波加熱方式雖解決了電阻加熱傳質速度慢及工藝耗時長的問題，但在實際微波炭化或活化過程中會產生大量的焦油。焦油的生成一方面容易堵塞管道或黏附于爐體表面，影響管道排氣或爐體傳熱；另一方面由于生物質熱解產物為氣、液、固三種形式，焦油的大量產生也降低了固態產物活性炭的得率，嚴重制約了微波活化法在工業上的大規模推廣。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種“壓泵”耦合微波快速制備高產率活性炭的裝置與方法。

本發明的技術方案：

一種“壓泵”耦合微波快速制備高產率活性炭的裝置，包括程序式控制器1、給料單元2、反應爐3、“壓泵”單元4、微波加熱單元5、爆冷單元6和熱解氣處理單元7；

所述的給料單元2設有儲料倉8和進料器9，二者相連通，進料器9與反應爐3的進料閥10相連；

所述的反應爐3設有進料閥10、進氣閥11、安全閥12、周向轉動裝置13、測溫元件14、測壓元件15和脈沖式排料裝置16；進料閥10和進氣閥11設在反應爐3的入口端，安全閥12設在反應爐3內部；測溫元件14和測壓元件15的輸出信號連接程序式控制器1；周向轉動裝置13設在反應爐3的出口端，其通過脈沖式排料裝置16與爆冷單元6的熱產品進料閥24相連；

所述的“壓泵”單元4設有儲氣罐17、壓力流量控制器18和加壓裝置19；儲氣罐17上設有壓力流量控制器18，其通過加壓裝置19與反應爐3的進氣閥11相連；

所述的微波加熱單元5設有微波發生器20、定時-功率控制元件21、過熱保護器22和密封屏蔽層23，微波發生器20設置在反應爐3內壁，通過過熱保護器22進行保護；定時-功率控制元件21固定在反應爐5外壁；定時-功率控制元件21、過熱保護器22與程序式控制器1相連接；