[发明专利]一种在线监测热解过程中生物质焦炭导电特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线监测热解过程中生物质焦炭导电特性的方法和装置，属于生物质热解和焦炭特性测量的技术领域。

背景技术

生物质是一种典型的可再生资源，地球上每年通过植物光合作用固定的碳元素就达2×10¹¹t。焦炭是生物质热解的主要目标产物之一，具有良好导电特性的焦炭，一般称之为导电炭，是一种廉价环保的电磁屏蔽材料。随着电子设备的广泛应用，电磁屏蔽材料的需求量也急剧增加，利用生物质热解制取电磁屏蔽材料是满足市场需求的有效途径。但由于测量手段的限制，难以深入研究生物质导电炭形成过程与机理，制约了该技术的升级和优化。

目前，研究生物质热解机理的手段主要是热重分析方法，它着重考察生物质热解过程中固相产物质量随反应温度或反应时间的变化规律。这种方法只能反映生物质热解的反应动力学过程，而无法获悉热解过程中固相产物导电特性的演变规律。对于生物质热解制取导电炭的过程而言，当反应温度升高到600～700℃以上之后，固相产物质量随反应温度的变化很小，而此时，其导电特性的变化却极其剧烈(电阻率可从1×10⁷～1×10⁸欧姆·厘米减小到0.1～1欧姆·厘米)。目前专门研究固相产物导电特性的方法只能获得离线数据，难以全面反映导电特性演变的动态过程，此外，还存在两个严重的缺陷：(a)热解的固相产物必须经过一个冷却过程后，才能测量其电阻或电阻率，测量的累积误差大；(b)待测样品的制备过程繁琐，所以，非常有必要设计专门的在线测量方法和测量装置，对生物质热解固相产物导电特性随反应温度或反应时间的变化规律进行专门的研究，为利用生物质制取高性能电磁屏蔽材料提供基础数据和理论依据。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种测量误差小的在线监测热解过程中生物质焦炭导电特性的方法和装置。

为实现上述目的，本发明测量方法采用如下技术方案，首先在由50—200目的生物质构成的固相柱状体两端施加恒定压力；然后对该固相柱状体进行加热并采集加热的温度信号，同时在固相柱状体两端施加电压，采集连接在固相柱状体两端导线上的电压和电流信号，并在固相柱状体至少一端连接位移传感器，采集固相柱状体长度变化的位移信号，并对采集的电压和电流信号、位移信号、温度信号进行信息数据的转换和储存。

所述加热采用程序控制方式，即在电热炉内布置热电偶，采集电热炉内的温度信号，将采集到的温度信号输入到智能工业调节控制器，在该控制器上设定升温程序，通过该控制器调节电热炉的输出功率，控制电热炉按照预定的程序升温。

所述的固相柱状体在加热过程中内部保持负压，其真空度为0Pa—30000Pa，使生物质热解产生的挥发份及时排出，防止因挥发份的不稳定而发生二次裂解反应，影响焦炭的导电特性及电阻测量的准确性。

实现上述测量方法的装置，包括具有温度控制装置的加热炉、位移传感器、电阻测量装置、数据采集、转换和存储装置以及设置在加热炉内部的热解反应器，所述的温度控制装置与数据采集、转换和存储装置相连，所述的热解反应器包括两端连接有电极的柱状空心壳体，在壳体的至少一端设置有填充生物质的填料口，填料口处设置一活塞，所述的其中一端电极设置在活塞上，所述的电极通过导线与所述的电阻测量装置相连，然后连接至数据采集、转换和存储装置，在所述的活塞上还设置有一恒压力施加装置和所述的位移传感器，位移传感器通过导线连接至数据采集、转换和存储装置。

所述的加热炉为程序控制加热炉。

所述的活塞上设置有用于使壳体内部处于负压的抽气口，所述的电极上设置有相应的使柱状空心壳体内部处于负压的出气孔。

所述的恒压力施加装置为一质量块。

所述的填料口为两个，分别设置在壳体的两端。

所述的壳体的内径为0.5—3mm。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：