[发明专利]固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料的装置与方法

摘要

本发明属于环保材料技术领域，提供了一种固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料的装置与方法，包括中央控制单元、进料单元、双螺旋混料传送装置、多功能反应器、pH调节器、固液分离装置、水热耦合炭化装置和热解气循环装置。针对有序介孔碳领域苯酚、甲醛等碳前驱体有毒有害的问题，研发了稀酸耦合金属盐催化水热酸解固废生物质代替有毒试剂，并可实现固废生物质高值化利用。金属盐的原位掺杂可获得有序介孔碳‑金属盐复合材料，该产品兼备双电层和赝电容储能特质，电储量优异。金属盐的原位催化可获得高孔隙率的生物炭材料。一体化设备的设计实现了酸解、固化和炭化连续式运行，有利于实现工业化推广和应用。

主权项

1.一种固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料联产生物炭的装置，其特征在于，所述的固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料联产生物炭的装置包括中央控制单元(1)、进料单元(2)、双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)、pH调节器(5)、固液分离装置(6)、水热耦合炭化装置(7)和热解气循环装置(8)；所述的中央控制单元(1)设有互锁式联动控制系统和程序式控制系统，并通过管线分别与双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)和水热耦合炭化装置(7)连接，实时在线观察控制；所述的进料单元(2)通过原料卸料阀(9)与双螺旋混料传送装置(3)的进口相连通，用于输送固废生物质原料；所述的双螺旋混料传送装置(3)设有两条正向螺旋搅拌桨，实现物料混合和传送；双螺旋混料传送装置(3)顶部设有金属盐进料阀(10)和稀酸进料阀(11)，通过金属盐进料阀(10)和稀酸进料阀(11)分别控制添加金属盐和稀酸；pH传感器(12)设置固定在双螺旋混料传送装置(3)内，pH传感器(12)与pH调节器(5)相连，实时监控并调节双螺旋混料传送装置(3)的酸度，以确保反应顺利进行；双螺旋混料传送装置(3)通过混料卸料阀(13)和多功能反应器(4)的进口相连；所述的多功能反应器(4)设有压力传感器(14)、温度传感器(15)、高温加压‑微波式加热装置(16)、酸解卸料阀(17A)、生物炭卸料阀(17B)和热解气排出阀(18)；通过压力传感器(14)和中央控制单元(1)协同调控酸解阶段系统内压力；通过温度传感器(15)和中央控制单元(1)协同调控酸解及炭化阶段系统内温度，保证其安全有效运行；通过高温加压‑微波式加热系统(16)实现固废生物质酸解脱羧及水解渣炭化制备生物炭；通过多功能反应器(4)底部的酸解卸料阀(17A)与固液分离装置(6)的进口相连；通过热解气排出阀(18)和热解气循环装置(8)相连；所述的固液分离装置(6)设有传送单元(19)及固液卸料阀(20)，传送单元(19)将固液分离后的水解渣经酸解卸料阀(17A)传送回多功能反应器(4)；固液分离装置(6)底部的固液卸料阀(20)与水热耦合炭化装置(7)的进口相连；所述的水热耦合炭化装置(7)设有模板剂进料阀(21)、磁力搅拌系统(22)、高温加压‑蓄热式加热装置(23)、保护气载气系统(24)、终端卸料阀(25)和热解气排出阀(26)；水热耦合炭化装置(7)通过热解气排出阀(26)与热解气循环装置(8)进口相连，将有序介孔碳‑金属复合材料制备过程中热解气引入热解气循环装置(8)；所述的热解气循环装置(8)设有热解气进气阀(27)，其通过热解气进气阀(27)与多功能反应器(4)相连，实现水解渣炭化阶段热解气的循环利用。