[发明专利]一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置与方法

说明书

本发明属于碳材料制备技术领域，一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置与方法。装置包括程序式控制器、给料单元、反应炉、压泵单元、微波加热单元、爆冷单元和热解气处理单元。本发明利用微波引起原料分子摩擦和碰撞降低反应活化能，大大缩短工艺操作时间。“压泵”的加压延长挥发分的停留时间，促使其沉积在半炭表面而提高固态炭产率；加压也促进焦油自身缩聚反应，大幅度降低或避免焦油的产生。此外，微波加热有利于从原料内部产生热解气，加压作用下热解气体分子滞留在原料分子内部，起到“原位自模板”作用，并在原料内部无定向自由“穿梭”大幅度促进活性炭的孔径发展，瞬时“爆米花”效应有利于热解气二次造孔，提高碳材料比表面积。

技术领域

本发明涉及一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置与方法，具有加热速度快、活性炭产量高、近零焦油排放及连续生产的特点，属于碳材料制备技术领域。

背景技术

活性炭由于其丰富的孔径结构和良好的化学稳定性被广泛应用于吸附、催化、储能、储氢、脱色等领域。目前，常见的活性炭制备工艺炉体包括：固定炉、流化床、回转炉和鼓泡床等。如中国专利文献CN108298535A公开了一种利用回转式气氛炉物理活化法制备铜藻基中孔活性炭的方法；中国专利文献CN108821282A公开了一种利用马弗炉制备虾糠改性莎草科基高含氮活性炭的方法；中国专利文献CN108249435A公开了一种利用各种封闭式炉体，包括箱式炉、真空炉、回转炉、辊道炉、推板炉、管式炉制备石油焦基中孔活性炭的方法。这些炉体均采用传统的电阻间壁加热方式，热量从材料表面向内部逐步传递，因此存在能量传热与传质特性差、热量耗损大、温度分布不均(外高内低)及工艺耗时长等问题。

微波活化热解是解决上述问题的有效途径之一。微波可直接进入原料内部与原料分子作用，通过化学键极化和分子重排引起内部摩擦，从而将电磁能转化为热能，具有整体均匀加热、温度梯度小、加热速度快等特点。中国专利文献CN106241805A公开了一种利用微波加热活化耦合二氧化碳催化制备造纸黑液粗提取物-木质素磺酸盐基活性炭的方法；中国专利文献CN106608622A公开了经预处理、微波碳化、粉碎、浸渍、活化、终处理等一系列工艺流程制备超高比表面积汉麻秆活性炭的方法。这些传统的微波加热方式虽解决了电阻加热传质速度慢及工艺耗时长的问题，但在实际微波炭化或活化过程中会产生大量的焦油。焦油的生成一方面容易堵塞管道或黏附于炉体表面，影响管道排气或炉体传热；另一方面由于生物质热解产物为气、液、固三种形式，焦油的大量产生也降低了固态产物活性炭的得率，严重制约了微波活化法在工业上的大规模推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置与方法。

本发明的技术方案：

一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置，包括程序式控制器1、给料单元2、反应炉3、“压泵”单元4、微波加热单元5、爆冷单元6和热解气处理单元7；

所述的给料单元2设有储料仓8和进料器9，二者相连通，进料器9与反应炉3的进料阀10相连；

所述的反应炉3设有进料阀10、进气阀11、安全阀12、周向转动装置13、测温元件14、测压元件15和脉冲式排料装置16；进料阀10和进气阀11设在反应炉3的入口端，安全阀12设在反应炉3内部；测温元件14和测压元件15的输出信号连接程序式控制器1；周向转动装置13设在反应炉3的出口端，其通过脉冲式排料装置16与爆冷单元6的热产品进料阀24相连；

所述的“压泵”单元4设有储气罐17、压力流量控制器18和加压装置19；储气罐17上设有压力流量控制器18，其通过加压装置19与反应炉3的进气阀11相连；

所述的微波加热单元5设有微波发生器20、定时-功率控制元件21、过热保护器22和密封屏蔽层23，微波发生器20设置在反应炉3内壁，通过过热保护器22进行保护；定时-功率控制元件21固定在反应炉5外壁；定时-功率控制元件21、过热保护器22与程序式控制器1相连接；