利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备论文和设计

全文摘要

本实用新型提供一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，涉及材料制备装置领域，包括生物质热解装置、与生物质热解装置连通的生物质炭收集装置、与生物质炭收集装置连通的反应装置和与反应装置连通的产品收集装置，生物质热解装置内设有用于传送生物质的传送机构，生物质热解装置对应传送机构第一端处设有进料口，生物质热解装置对应传送机构第二端处设有出料口，生物质炭收集装置与所述出料口连通。本实用新型技术方案实现了连续化加料及生产的目的，应用方法简单灵活，适用于大规模推广；实现了能源的利用率，节能环保；可灵活控制各个生产环节的工艺参数，有利于得到纯度高，粒度均匀，一致性高的纳米硅基材料。

主设计要求

1.一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，包括生物质热解装置、与生物质热解装置连通的生物质炭收集装置、与生物质炭收集装置连通的反应装置和与反应装置连通的产品收集装置，生物质热解装置内设有用于传送生物质的传送机构，生物质热解装置对应传送机构第一端处设有进料口，生物质热解装置对应传送机构第二端处设有出料口，生物质炭收集装置与所述出料口连通。

设计方案

2.如权利要求1所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，所述传送机构包括网带传输装置和套设于网带传输装置上的传送带。

3.如权利要求1所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，还包括真空泵和尾气处理装置，真空泵进气端与所述产品收集装置管路连通，真空泵出气端与尾气处理装置连通。

4.如权利要求1所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，还包括废气燃烧装置，废气燃烧装置包括燃烧部和与燃烧部连接的供热部，燃烧部与所述生物质热解装置连通，供热部与所述产品收集装置连通。

5.如权利要求3所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，所述尾气处理装置包括燃烧器和布袋除尘器，燃烧器、布袋除尘器和真空泵依次连接。

6.如权利要求1-5任意一项所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，所述生物质炭收集装置顶端与所述生物质热解装置连通，底端与所述反应装置管道连通，生物质炭收集装置和反应装置之间设有用于向反应装置内间歇加料的第一阀门。

7.如权利要求6所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，所述生物质热解装置上设有进料斗，所述进料斗插设于所述进料口，所述进料斗上设有第二阀门。

8.如权利要求6所述的利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，其特征在于，所述产品收集装置和所述反应装置之间设有惰性气源瓶，所述惰性气源瓶分别与产品收集装置和反应装置连通。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及材料制备装置技术领域，尤其涉及一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备。

背景技术

随着锂离子电池向大型应用领域发展，锂离子能量密度等指标需要进一步的提升，在负极材料方面，传统的石墨负极理论比容量为372mAh\/g，已经难以满足高能量密度电池的需求。硅基材料因高达4200mAh\/g的理论比容量而备受关注，但硅基材料在充放电过程中，体积膨胀高达300％，导致硅基负极材料的可逆容量低，循环性能差。为了解决上述问题，提出了将硅基材料纳米化。

目前国内生产一氧化硅所采用的方式为将硅粉与二氧化硅粉混合后加热升华，冷凝后得到一氧化硅，制备纳米硅一般采用机械球磨或者金属镁还原二氧化硅。上述工艺均需用到单质硅与二氧化硅，这两种材料均为不可再生的，且在开采过程中对环境污染破坏很大。

我国是农业大国，每年产生大量生物质原料，例如稻壳的每年产生量可达4000～5000万吨，稻壳中含有木质素、纤维素、多糖等碳氢氧成分，同时稻壳中二氧化硅的质量分数可达到15％～18％。稻壳在无氧环境下碳化，所得到的稻壳碳主要成分为碳与二氧化硅，且二氧化硅均匀的分布在稻壳碳中。对稻壳碳在负压环境下加热反应，可以生成一氧化硅与一氧化碳，一氧化硅是一种性能优良的锂电池负极材料，同时通过一氧化硅可以进一步制得纳米硅。因此，以生物质采为原料制备一氧化硅的研究得到越来越多的关注，因此，以生物质采为原料制备一氧化硅的研究得到越来越多的关注，然而现有采用生物质生产一氧化硅的设备中往往是往投料反应完后，待装置冷却下来再进行下一批次的投料生产，这种生产方式周期长，效率低，无法满足连续化生产，不利于大规模推广。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，可以满足利用生物质能源进行一氧化硅的连续化生产。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，包括生物质热解装置、与生物质热解装置连通的生物质炭收集装置、与生物质炭收集装置连通的反应装置和与反应装置连通的产品收集装置，生物质热解装置内设有用于传送生物质的传送机构，生物质热解装置对应传送机构第一端处设有进料口，生物质热解装置对应传送机构第二端处设有出料口，生物质炭收集装置与所述出料口连通。

优选地，所述传送机构包括网带传输装置和套设于网带传输装置上的传送带。

优选地，还包括真空泵和尾气处理装置，真空泵进气端与所述产品收集装置管路连通，真空泵出气端与尾气处理装置连通。

优选地，还包括废气燃烧装置，废气燃烧装置包括燃烧部和与燃烧部连接的供热部，燃烧部与所述生物质热解装置连通，供热部与所述产品收集装置连通。

优选地，所述尾气处理装置包括燃烧器和布袋除尘器，燃烧器、布袋除尘器和真空泵依次连接。

优选地，所述生物质炭收集装置顶端与所述生物质热解装置连通，底端与所述反应装置管道连通，生物质炭收集装置和反应装置之间设有用于向反应装置内间歇加料的第一阀门。

优选地，所述生物质热解装置上设有进料斗，所述进料斗插设于所述进料口，所述进料斗上设有第二阀门。

优选地，所述产品收集装置和所述反应装置之间设有惰性气源瓶，所述惰性气源瓶分别与产品收集装置和反应装置连通。

本实用新型实施例提供了一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备。具备以下有益效果：1、通过生物质热解装置和生物质炭收集装置的配合使用，实现了连续化加料及生产的目的，设备有效提高了生物质生产一氧化硅的产量，产量高且设备应用方法简单灵活，适用于大规模推广；2、有效利用了生成过程产生的废气，将废气燃烧生热再利用，实现了能源的利用率，节能环保；3、设备可操作性强，可灵活控制各个生产环节的工艺参数，有利于得到纯度高，粒度均匀，一致性高的纳米硅基材料。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的设备结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如附图1所示,一种利用生物质硅源连续化制备一氧化硅的设备，包括生物质热解装置1、与生物质热解装置1连通的生物质炭收集装置2、与生物质炭收集装置2连通的反应装置3和与反应装置3连通的产品收集装置4，生物质热解装置1内设有用于传送生物质的传送机构，生物质热解装置1对应传送机构第一端处设有进料口11，生物质热解装置1对应传送机构第二端处设有出料口12，生物质炭收集装置2与所述出料口12连通；所述传送机构包括网带传输装置13和套设于网带传输装置13上的传送带14。采用该设备，生物质从进料口进入，落入传送带上，在传送机构的传送中不断受热碳化生成生物质炭，传送至出料口后完全碳化并从出料口送出进入生物质炭收集装置内，该过程实现了生物质的连续碳化过程，可连续加料进入生物质热解装置内无氧环境下碳化，随后生物质炭被送入生物质炭收集装置内，通过生物质炭收集装置向反应装置内间歇加料，生物质碳在反应装置内反应生成一氧化硅蒸汽，一氧化硅蒸汽进入产品收集装置，同时生物质炭收集装置内收集的生物质炭再次加入反应装置内进行反应，一氧化硅蒸汽在产品收集装置内冷凝生成纳米一氧化硅颗粒，该方法实现了生物质制备一氧化硅的连续化生产，产量高且设备应用方法简单灵活，适用于大规模推广，能够充分利用可再生能源，节能环保。

进一步，还包括真空泵5和尾气处理装置6，真空泵5进气端与所述产品收集装置4管路连通，真空泵5出气端与尾气处理装置6连通；尾气处理装置6包括燃烧器和布袋除尘器，燃烧器、布袋除尘器和真空泵5依次连接。真空泵为设备内的气体流动提供驱动力，反应装置内生成一氧化硅蒸汽的同时还会生成一氧化碳副产物，将一氧化碳通过燃烧器的燃烧后再排放，排放物经过布袋除尘器进行除尘处理，有效避免了空气污染。

进一步，还包括废气燃烧装置7，废气燃烧装置7包括燃烧部和与燃烧部连接的供热部，燃烧部与所述生物质热解装置1连通，供热部与所述产品收集装置4连通。生物质在碳化过程中，其中的纤维素、木质素以及多糖等碳氢氧成分会脱去一些含碳氢的小分子，这些小分子都是易燃烧的成分，这些小分子通过管道进入燃烧装置内燃烧，燃烧产生的热量用于产品收集装置供热的供热，生物质在无氧碳化的过程中所产生的可燃性气体，可用于后续工序的加热，实现了能源的充分利用，安全节能。

进一步，所述生物质炭收集装置2顶端与所述生物质热解装置1连通，底端与所述反应装置3管道连通，生物质炭收集装置2和反应装置3之间设有用于向反应装置3内间歇加料的第一阀门8。生物质炭从生物质炭收集装置顶端进入后，通过第一阀门控制向反应装置内的间歇加料，结构简单，满足了灵活操作需求。

进一步，所述生物质热解装置1上设有进料斗9，所述进料斗9插设于所述进料口11，所述进料斗9上设有第二阀门10。通过控制第二阀门的开合大小，可以控制连续装料的速度。

进一步，所述产品收集装置4和所述反应装置3之间设有惰性气源瓶，所述惰性气源瓶分别与产品收集装置4和反应装置3连通。惰性气采用氩气，通过调节氩气输入流量可以控制产品的粒径，设备可操作性强，可灵活控制各个生产环节的工艺参数，有利于得到纯度高，粒度均匀，一致性高的纳米硅基材料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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