一种磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉及其应用

1.本发明属于能源技术领域，具体涉及有机固体物热转化技术领域，更具体涉及一种磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉及其应用于处理生物质。


背景技术：

2.农作物秸秆、农业废塑料、废旧轮胎等有机固体物是大宗固体废弃物的重要组成部分。通过热化学转化方法可将有机固体废弃物转化为气体、液体燃料及化学品、碳产品等，是有机固体物高质化转化和高值化利用的重要方向，近年来成为国内外研究热点。不过目前有机固体物热转化制取燃料及化学品的水平和能力仍远低于化石能源，亟需攻克相关高效转化核心技术，探索出有机固体物热转化的新技术。
3.在有机固体物高效转化技术领域中，有机固体物可通过管式炉进行快速或慢速加热来实现热解或气化，进而产生气体、液体燃料及化学品、碳产品等。目前公开和授权的一些管式炉可用于有机固体物的热转化，这些专利具有多种优点，但还存在一定不足，例如：cn202757440u中公开一种可移动式滑动高温炉，可通过固定管式炉管，依靠加热炉炉体在管式炉管上的往复移动，实现管式炉管内的实验样品能够快速的进入或移出高热区；具有简单并有效的满足实验时实验样品迅速升降温的优点；不过存在实验样品进出炉管不方便的不足。
4.cn209689383u公开一种带有滑动件的管式炉，公开的专利靠近炉管的一端依次连接有进气管、法兰和挡火砖，靠近炉管的另一端依次连接有出气管、法兰和挡火砖，炉管内设置有滑动件，包括对称设置在炉管内壁的第一轨道和第二轨道，第一轨道和第二轨道之间连接有样品架；具有管式炉内设置的样品架可同时放置多个坩埚舟，避免了样品洒出等优点；不过加热完样品后需等待炉体冷却至室温才能取出样品，耗时较长。
5.cn105571319b公开一种带滑动机构的高温管式炉，公开的专利由左炉门、加热炉炉体、石英炉管、试样台、右炉门和滑动机构组成。滑动机构由滑动杆、滑动杆固定架、滑轨、滑轮、支架五部分组成，滑动杆左侧在石英炉管内与试样台连接，右侧穿过右炉门与滑动杆固定架的上端相连，滑动杆固定架通过下端的滑轮可在滑轨上左右滑动，同时带动滑动杆和试样台在炉管内左右运动；该专利可实现试样在左炉门和高温工作区之间方便快速地移动，进而满足进出料方便；然而右炉门与滑动杆之间存在间隙和漏气可能，进料过程存在带入外界氛围气体的可能。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：本发明提供一种磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉，包含炉管、加热套、由冷却水进口和冷却水出口、水套组成的冷却水套、进出料口，所述炉管上包括载气进口和载气出口，其特征在于，还包括助推小车、磁力小车、磁力小车轨道、样品小车、连接杆；磁力小车位于炉管下方，可在磁力小车轨道上来回移动；磁力小车轨道与炉管轴
线平行；磁力小车通过磁力吸引炉管内的助推小车，助推小车通过连接杆连接样品小车，助推小车和样品小车可在炉管内来回移动。
7.优选地，样品小车可由助推小车推移至炉管内的核心加热区进行热转化反应；反应结束后，样品小车在助推小车的牵引下移至冷却水套内进行剩余样品的冷却；冷却后，助推小车和样品小车可从进出料口取出，有机固体物的热转化的固体产物不与外界空气反应。
8.具体地，炉管的高温核心加热区域由电阻丝加热形成；炉管的加热区域的左端设置载气进口，右端设置载气出口；炉管的加热区域的电阻丝与冷却水套之间设置有阻热套，阻热套设在炉管的外部；更优选地，助推小车为铁镍材料制成，且助推小车在冷却水套的冷却作用下，所处的温度不会导致磁力小车消磁现象。
9.进一步优选地，助推小车的轮子由陶瓷材质组成；优选地，助推小车与样品小车之间的连接杆由陶瓷材质组成，并且与助推小车、样品小车可处于分开或连接状态。
10.一个具体实施方式中，冷却水套为马蹄状，冷却水套下部留有通道，供磁力小车通过。
11.优选地，阻隔垫由耐热材料组成位于连接杆上，所述阻隔垫在载气从载气出口流出时处于载气出口和冷区段之间。进一步优选地，阻隔垫为饼状且与连接杆垂直分布，阻隔垫的直径比炉管内径略小，以起到热转化气体向载气出口导流的作用。
12.更进一步优选地，所述炉体的冷却段设置有反吹载气进口，位于冷却水套的外侧，以在样品加热反应后开启反吹载气进行加速冷却。
13.本发明由此也提供利用所述的种磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉处理生物质的方法，其特征在于包括下述步骤：将有机固体生物质放入样品小车，助推小车通过连接杆将样品小车从进出料口推到冷却水套中，冷却水由进水口的进水和冷却水出水口的出水，以便冷却水套能够保持样品小车处于低温状态；载气从载气进口进入炉管，加热炉管温度升高到设定温度后，磁力小车沿着磁力小车轨道向左移动，带动助推小车向左移动，助推小车通过连接杆将样品小车推入炉管的高温核心区域进行热转化反应，反应过程产生的挥发性物质从载气出口流出，优选地阻隔垫起到载气出口导流的作用；待有设定的机固体物反应时间结束，磁力小车沿着磁力小车轨道向右移动，带动助推小车向右移动，助推小车通过连接杆将样品小车牵引至冷却水套中，优选地此时部分载气从反吹载气进口进入炉管，对机固体物反应剩余物进行辅助冷却；待机固体物反应剩余物冷却到一定温度后，打开进出料口，取出样品小车，获得固体物反应剩余物。
14.与现有的管式炉相比，本发明提供的一种磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉具有如下优点：（1）能够方便进料和出料；（2）能够满足实验样品的快速升温加热；（3）能够满足实验样品反应后的快速降温；（4）能够满足实验样品升温加热过程保持良好的氛围气体；（5）出料时的温度低，能够满足样品移出时不与外界气体反应。另外，本发明气密性好，可避免管式炉在进料时携带进气或漏气（原先的管式炉在打开进料口放料时，管式炉会有1-2秒
钟漏入空气的间隙，本发明放料后密闭进料口，管式炉保持一定的氛围气体，排出空气成分），可实现热转化固体产物的快速获取，提高了有机固体物热转化过程固体产物的品质。
附图说明
15.图1为本发明具体实施方式中磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉的示意图(进料状态)。
16.图2为本发明具体实施方式中磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉的示意图(出料状态)。
17.图3为本发明具体实施方式中磁力牵引进料加热和出料冷却管式炉中的冷却水套横截面图。
18.图中标注为：1电阻丝，2炉管，3样品小车，4连接杆，5阻隔垫，6助推小车，7冷却水进水口，8冷却水出水口，9冷却水套，10反吹载气进口，11进出料口，12载气进口，13载气出口，14阻热套，15磁力小车，16磁力小车轨道。
19.具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
21.实施例一如图1和图2所示，该磁力牵引进出料管式炉主要包括炉管2、样品小车3、连接杆4、助推小车6、冷却水套9、进出料口11、磁力小车15、磁力小车轨道16。样品小车3通过连接杆4与助推小车6相连，磁力小车15在助推小车6的正下方，磁力小车15处在磁力小车轨道16上，磁力小车15可以吸引助力小车6，磁力小车15在轨道上左右移动可带动助力小车6在炉管2内左右移动，助力小车6可通过连接杆4推动样品小车3在炉管2内左右移动；样品小车3可从冷却水套9中移动至炉管2的高温核心区域，炉管2的高温核心区域由电阻丝1加热形成；炉管2的加热区域的左端设置有载气进口12，炉管2加热区域的右端设置有载气出口13；炉管2加热区域的电阻丝与冷却水套9之间设置有阻热套14，阻热套14在炉管2的外部；如图3所示，冷却水套9呈马蹄状，冷却水套9上设置有冷却水进口7和冷却水出口8；磁力小车15和磁力小车轨道16可以通过冷却水套9的下部通道，助推小车15的轮子为陶瓷轮子；连接杆4上设置有阻隔垫5，阻隔垫5在样品小车3处于核心加热温度区域时起到载气出口导流的作用；反吹载气进口10在炉管2上，位于冷却水套9的右侧，在样品小车移动至冷却水套后，反吹载气通过反吹载气进口10对样品进行反吹，可加速样品冷却。
22.实施例二工作时，将有机固体物放入样品小车3，助推小车6通过连接杆4将样品小车3从进出料口11推到冷却水套9中，依靠冷却水进水口7的进水和冷却水出水口8的出水，冷却水套9能够保持样品小车3处于低温状态；冷却水套9和电阻丝1之间设置有阻热套14隔开；载气从载气进口12进入炉管2，电阻丝1加热炉管2温度升高到设定温度后，磁力小车15沿着磁力小车轨道16向左移动，带动助推小车6向左移动，助推小车6通过连接杆4将样品小车3推入炉管2的高温核心区域进行热转化反应，反应过程产生的挥发分等物质从载气出口13流出，
阻隔垫5起到载气出口导流的作用；待有设定的机固体物反应时间结束，磁力小车15沿着磁力小车轨道16向右移动，带动助推小车6向右移动，助推小车6通过连接杆4将样品小车3牵引至冷却水套9中，此时，部分载气从反吹载气进口10进入炉管2，对机固体物反应剩余物进行辅助冷却；待机固体物反应剩余物冷却到一定温度后，打开进出料口11，取出样品小车3，获得固体物反应剩余物，从而避免了物料冷却过程中管式炉漏气的风险。