蒸汽活化炉：炭基物料（椰壳炭、竹炭、松子壳炭、煤基炭等）进行高温刻蚀
蒸汽活化炉（小试）详细技术方案
型号：STR-SAF-1000 立式/间歇式 | 310S不锈钢炉管 | 水蒸气+CO₂双介质
一、简介
STR-SAF-1000是一款实验室专用小试蒸汽活化炉，额定功率8 kW，最高温度1000 ℃，以过热蒸汽（可搭配CO₂）为活化剂，对炭基物料（椰壳炭、竹炭、松子壳炭、煤基炭等）进行高温刻蚀，制备高比表面积活性炭或硬碳负极前驱体。设备采用立式分段模块化结构，1.5 m²占地面积，适合高校、科研院所、企业研发部门的小试-中试过渡阶段。
二、遵循标准
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GB/T 10067.1-2019 电热装置基本技术条件
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GB/T 30835-2014 电热装置安全要求
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JB/T 8195-2010 管式电阻炉
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AMS 2750F 高温测量（校准）
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GB/T 24533-2019 锂离子电池石墨类负极材料（产物检测参照）
三、用途
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生物质炭（椰壳、竹屑、花生壳、松子壳）水蒸气活化制备活性炭；
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煤基炭/硬炭CO₂-水蒸气混合活化；
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催化剂载体高温再生；
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小批量高端活性炭工艺开发与参数优化。
四、核心原理
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物理活化：C + H₂O → CO + H₂（ΔH = +131 kJ/mol）
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搭配CO₂时：C + CO₂ → 2CO（+172 kJ/mol）
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分段控制：
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干燥段 105-150 ℃
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补充炭化段 250-500 ℃
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活化段 750-950 ℃（可调）
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立式分段+环形预热蒸汽管，确保蒸汽与炭料逆流均匀接触。
五、主要技术参数
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 炉型 | 立式、间歇 |
| 炉管材质 | 310S Ø100×3 mm×800 mm |
| 恒温区 | 400 mm，±3 ℃（9点TUS） |
| 额定温度 | 1000 ℃（连续≤950 ℃） |
| 升温速率 | 0-10 ℃/min（PID+SSR） |
| 加热元件 | HRE电阻丝，表面负荷≤2.2 W/cm² |
| 功率 | 8 kW，220 V单相/380 V三相可选 |
| 蒸汽产量 |
3.8 kg/h（3 kW，0.4-0.7 MPa）
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| 蒸汽温度 | 200-300 ℃（过热段） |
| 气氛 | 水蒸气、CO₂、N₂（MFC±1 %） |
| 装料量 |
2 L/批（约400-600 g颗粒炭）
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| 控制精度 | ±1 ℃ |
| 炉内压力 | 微正压 0-0.12 MPa（安全阀0.15 MPa） |
| 外形尺寸 | 700×700×1600 mm（W×D×H） |
| 重量 | 280 kg |
六、可增选配置
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CO₂质量流量控制器（0-500 mL/min）
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炉体倾斜&旋转机构（0-10 rpm，颗粒用）
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纤维毡框架（静止，幅宽200 mm）
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在线CO/CO₂红外分析仪（闭环调节）
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真空泵组（极限50 Pa，用于前期脱气）
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二级冷凝+碱洗尾气塔（去除酸性气体）
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远程IoT模块（手机APP监控）
七、结构特点（模块与结构详细描述）
1. 炉体模块
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双层304不锈钢，风冷夹层；表面≤45 ℃。
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陶瓷纤维保温层130 mm，分层压缩，热面1200 ℃级。
2. 加热模块
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HRE电阻丝螺旋镶嵌，三段独立控温；
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每段配K型热电偶（SCH级，Inconel 600护套）；
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过零SSR调功，EMC符合GB/T 17626。
3. 炉管模块（核心）
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310S Ø100×3×800 mm，内镜面Ra≤0.8 µm；
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尾部30°锥形收口+φ25 mm快拧出料口；
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顶部水冷CF63法兰，VITON O圈耐250 ℃；
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炉管承压0.45 MPa水压测试。
4. 蒸汽系统
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3.8 kg/h蒸发器，PID 200 ℃过热；
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环形预热管（Ø25.4 mm）埋入耐火层，≥3圈均布小孔Ø3 mm，蒸汽预热后喷出；
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伴热管180 ℃，防止冷凝。
5. 气氛系统
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两路MFC（N₂/CO₂）0-500 mL/min；
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炉头混合腔，3点径向注入，避免沟流。
6. 安全模块
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超温断电、断偶保护、炉壳开门断电；
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0.15 MPa弹簧安全阀+防爆膜片；
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N₂应急吹扫按钮（30 s内充满炉管）。
八、标准配置清单
| 名称 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|
| 立式主机（含温控箱） | 1 套 | 8 kW，三温区独立 |
| 310S炉管 Ø100×3×800 mm | 1 根 | 已预装水冷法兰 |
| 蒸汽发生器 3.8 kg/h | 1 台 | 3 kW，过热段 |
| MFC N₂/CO₂ 500 mL/min | 各1 路 | ±1 % F.S. |
| 冷凝回收瓶 500 mL | 2 只 | 串联，耐酸碱 |
| 工具包（法兰钩、O圈×5） | 1 套 | — |
| 中/英文SOP手册 | 1 份 | 含工艺曲线U盘 |
九、易损件与寿命
| 名称 | 寿命 | 更换提示 |
|---|---|---|
| O型圈 VITON | 200 次或6 个月 | 龟裂即换 |
| 热电偶 SCH | ≥1000 h | 精度±3 ℃校准 |
| 加热丝 HRE | ≥2000 h | 电阻漂移>10 % 换 |
| 炉管 310S | ≥1500 h | 年检焊缝染料渗透 |
十、售后质保
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整机 12 个月（加热元件、炉管、密封件 6 个月）；
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出厂 9 点 TUS 温度均匀性证书（AMS 2750F）；
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国内 48 h 响应，海外 7 d 远程指导；
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终身提供耗材与工艺升级支持，软件免费迭代。
十一、包装运输
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小件（主机、蒸汽器）：胶合板熏蒸木箱+PE防震膜，ISPM15标识；
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大件（炉管单独）：缠绕膜+蜂窝纸板+叉车脚，适合国内零担；
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毛重 280 kg，体积 1.2 m³，顶部吊环、底部滑轨。
十二、使用注意事项（含加热元件）
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首次使用：850 ℃空烧 30 min，形成 Cr₂O₃ 钝化膜；
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水蒸气通入前炉温≥500 ℃，防止冷凝水斑蚀；
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升温速率≤10 ℃/min，禁止空烧；
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停机：先停蒸汽，继续 N₂ 吹扫至 ≤200 ℃；
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每月内表面检查，锈点≤1 mm 用 5 % 柠檬酸擦拭；
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焊缝每半年染料渗透检测，裂纹≤1 mm 可补焊。
十三、操作方法（SOP 简版）
① 装料：400 g 2 mm椰壳炭→310S网篮，推入恒温区；
② 检漏：抽真空≤50 Pa，5 min压升≤0.3 Pa/min；
③ 升温：5 ℃/min→500 ℃，N₂ 300 mL/min，30 min（补充炭化）；
④ 活化：继续 5 ℃/min→800 ℃，通水蒸气10 g/min，恒温60 min；
⑤ 结束：先停蒸汽，N₂吹扫至<200 ℃；
⑥ 出料：反转炉管5 rpm，自动排料；
⑦ 检测：BET 2300±50 m²/g，烧失率28–32 %。
② 检漏：抽真空≤50 Pa，5 min压升≤0.3 Pa/min；
③ 升温：5 ℃/min→500 ℃，N₂ 300 mL/min，30 min（补充炭化）；
④ 活化：继续 5 ℃/min→800 ℃，通水蒸气10 g/min，恒温60 min；
⑤ 结束：先停蒸汽，N₂吹扫至<200 ℃；
⑥ 出料：反转炉管5 rpm，自动排料；
⑦ 检测：BET 2300±50 m²/g，烧失率28–32 %。
十四、碳活化工艺曲线（可导入PID）
| 段号 | 速率 ℃/min | 目标 ℃ | 保持 min | 气氛 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5 | 105 | 10 | N₂ 300 | 烘干 |
| 2 | 5 | 500 | 30 | N₂ 300 | 补充炭化 |
| 3 | 5 | 800 | 60 | N₂+水蒸气10 g/min | 活化 |
| 4 | 0 | 800 | 10 | N₂ only | 扫汽 |
| 5 | -5 | 400 | — | N₂ 300 | 强制风冷 |
十五、结论
STR-SAF-1000 立式蒸汽活化炉以小 footprint 实现“实验室→中试”无缝放大，具备：
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310S 炉管抗水蒸气腐蚀，寿命>1500 h；
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环形预热蒸汽管，活化均匀性±3 ℃；
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一键导入工艺曲线，CO/CO₂在线闭环；
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2 L 批处理量，可直接放大至 30 kg 连续回转炉。
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尾气处理小型装置
“蒸汽活化炉（小试）”专配的两种尾气处理小型装置——分别针对生物质与煤质原料的活化工况设计。
尾气处理装置（可自由搭配或多联）=尾气冷凝罐+尾气二次燃烧装置+尾气吸附装置
一、生物质活化尾气小型处理装置
| 项目 | 技术方案与参数 |
|---|---|
| 适用尾气 | 以水蒸气、CO、CO₂、H₂为主，含少量焦油、CH₄，几乎无SO₂ |
| 处理量 | 5-30 L/min（对应0.4-2 kg批料） |
| 核心工艺 | ①分流稳流+②电阻丝/节能网引燃+③配风完全燃烧+④碱洗除焦+⑤冷凝回收 |
| 结构尺寸 | Ø250×600 mm，立式圆筒，304不锈钢 |
| 关键部件 | 分流管（周壁Ø1 cm孔）、两层Ni-Cr电阻丝（2 kW）、20目节能网、双层配风口、火焰探测器、碱洗填料塔（Ø150×400 mm，Na₂CO₃溶液pH 9-10）、两级螺旋冷凝器 |
| 操作温度 | 燃烧区800-900 ℃，碱洗塔<60 ℃ |
| 耗电 | 2 kW，220 V，间歇通电（火焰建立后自动断电） |
| 净化效率 | CO>98 %，焦油>95 %，颗粒物<10 mg/m³ |
| 残渣 | 少量碳黑，每月抽取清理即可 |
| 安装方式 | 法兰对接炉头出口，自带小型引风机（24 V DC，25 W） |
流程示意图：
炉管尾气 → 分流稳流 → 电阻丝预热/引燃 → 配风完全燃烧 → 碱洗塔除焦 → 冷凝回收水分 → 洁净气体排放
炉管尾气 → 分流稳流 → 电阻丝预热/引燃 → 配风完全燃烧 → 碱洗塔除焦 → 冷凝回收水分 → 洁净气体排放
二、煤质活化尾气小型处理装置
| 项目 | 技术方案与参数 |
|---|---|
| 适用尾气 | 含CO、CO₂、H₂、SO₂（50-500 ppm）、NOₓ（20-200 ppm）、粉尘 |
| 处理量 | 5-30 L/min |
| 核心工艺 | ①急冷降温+②半干法碱洗脱酸+③小苏打喷射脱硫+④活性炭吸附除NOₓ/汞+⑤布袋除尘 |
| 结构尺寸 | 600×400×1200 mm（L×W×H），撬装式，304+FRP |
| 关键部件 | 急冷塔（Ø100×300 mm，双流体雾化，<80 ℃）、半干式碱洗塔（Ø150×500 mm，Ca(OH)₂浆液）、小苏打喷射装置（电动送粉，粒径<20 µm）、活性炭吸附箱（0.8 m颗粒炭，层厚100 mm）、脉冲布袋除尘器（PTFE覆膜，1 m²，自动清灰）、15 m排气筒（可折叠） |
| 药剂耗量 | Ca(OH)₂ 0.5-1 kg/批，小苏打0.2-0.3 kg/批 |
| 净化效率 | SO₂>95 %，NOₓ>70 %，颗粒物<10 mg/m³，汞去除率>90 % |
| 耗电 | 0.4 kW（风机+脉冲阀） |
| 安装方式 | 旁路撬装，法兰对接，快速接头；占地<0.6 m² |
流程示意图：
炉管尾气 → 急冷降温 → 半干碱洗脱酸 → 小苏打喷射脱硫 → 活性炭吸附 → 布袋除尘 → 洁净排放
炉管尾气 → 急冷降温 → 半干碱洗脱酸 → 小苏打喷射脱硫 → 活性炭吸附 → 布袋除尘 → 洁净排放
三、选型与对比速览
| 项目 | 生物质小型装置 | 煤质小型装置 |
|---|---|---|
| 主要污染物 | CO、焦油、CH₄ | SO₂、NOₓ、粉尘、重金属 |
| 是否燃烧 | 是（表面燃烧） | 否（吸附+洗涤） |
| 耗电 | 2 kW（间歇） | 0.4 kW（连续） |
| 药剂 | 无（仅碱液） | Ca(OH)₂+小苏打+活性炭 |
| 占地 | Ø250×600 mm | 600×400×1200 mm |
| 净化尾端 | 冷凝水回收 | 15 m折叠排气筒 |
| 投资对比 | 低（≈1.2万元） | 中（≈3.5万元） |
| 标准达标 | GB 16297-96 二级 | GB 16297-96 二级 |
四、安装与维护
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法兰对接：KF50快接+耐高温硅胶垫，5 min完成拆装；
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每批结束：碱洗塔pH试纸检测，<8即更换碱液；
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每月：布袋除尘器脉冲反吹，检查滤袋破损；
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每季度：火焰探测器（生物质）或急冷喷嘴（煤质）拆洗一次。
五、结论
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生物质活化：尾气可燃成分高、几乎无硫，采用“小型燃烧+碱洗”即可达标，投资低、运行简便。
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煤质活化：含SO₂、NOₓ、粉尘，需“急冷+半干法碱洗+小苏打脱硫+活性炭吸附+布袋除尘”组合撬装，占地小但流程完整，确保小试阶段也能满足环保要求。
当前文章：蒸汽活化炉：炭基物料（椰壳炭、竹炭、松子壳炭、煤基炭等）进行高温刻蚀
