水蒸气活化炉

活性炭水蒸气活化炉

水蒸汽活性炭活化炉

水蒸气活性炭活化旋转管式炉

二氧化碳活化炉

木质煤质蒸汽活化炉 

小型负极材料二氧化碳活化炉技术方案参考

1. 简介

本小型负极材料二氧化碳活化炉技术方案旨在详细描述一款专为实验室及小规模生产设计的小型负极材料二氧化碳活化炉。该设备采用高纯度二氧化碳作为活化气体,在精确控制的高温环境下对碳质前驱体(如生物质、沥青基、聚合物等)进行物理活化,以制备高性能锂离子电池负极材料(如硬碳、软碳材料)。本设备具有温度控制精确、气氛均匀、安全可靠、操作简便等特点,是科研机构、高校实验室及企业研发部门进行材料研发和工艺优化的理想选择。

2. 遵循标准

GB/T 10067.1-2019 《电热装置基本技术条件 第1部分:通用部分》

GB/T 10067.4-2005 《电热装置基本技术条件 第4部分:间接电阻炉》

GB 5959.1-2019 《电热装置的安全 第1部分:通用要求》

JB/T 2379-2016 《金属管状电热元件》

相关电气安全与机械安全国家标准

3. 用途

主要用于实验室级别:

硬碳负极材料的CO2活化工艺研究

软碳及其他碳基负极材料的物理活化

活化工艺参数(温度、时间、气体流量)对材料比表面积、孔径分布及电化学性能影响的研究

小批量、多批次的新型负极材料试制

4. 原理

该活化炉基于物理活化原理。将碳化后的前驱体材料置于高温炉膛内,向炉内通入高纯度二氧化碳气体。在设定的高温(通常800-1100°C)下,CO2与碳材料发生氧化还原反应(C + CO2 → 2CO),选择性地蚀刻碳基体,从而创造出丰富的孔隙结构,显著增加材料的比表面积和调整孔径分布,最终提升其作为负极材料的离子迁移速率和比容量。

5. 主要技术参数

项目参数

炉膛尺寸：Φ200×600mm (D×L) (可根据需求定制)

设计温度：1200°C

长期工作温度：≤1100°C

升温速率：≤10°C/min (可编程控制)

温度控制精度：±1°C

炉膛温度均匀性：±5°C (在恒温区范围内)

加热元件：优质掺钼铁铬铝合金电阻丝/硅碳棒

控温方式：PID智能程序控温,30段可编程

气氛系统：高纯度CO? (99.99%以上),流量范围:0-500 sccm/mLmin (可调),配备浮子流量计或质量流量控制器(MFC)

耐压设计：炉壳采用水冷夹层设计,保证外壳温度低于60°C

额定功率：约5-8kW (根据尺寸和升温速率而定)

电源要求：AC 380V, 三相四线制,50Hz

控制系统：彩色触摸屏,支持程序设定、存储、曲线显示;超温报警、断偶报警、过流保护功能

排气系统：配备排气管路,可将反应尾气(主要为CO)导出至室外或废气处理装置

6. 可增选配置

质量流量控制器(MFC):替代浮子流量计,实现气体流量的更精确数字控制。

多路气氛系统:增加一路惰性气体(如N?、Ar)管路,用于预处理吹扫和冷却过程。

真空系统:集成机械真空泵,可在通入气氛前对炉膛进行抽真空,更好地排除空气。

尾气处理装置:小型燃烧或吸附装置,用于处理富含CO的尾气。

数据记录仪:实时记录并输出温度-时间、流量-时间等工艺数据,便于后续分析。

压力控制系统:配备压力传感器和安全泄压阀,实现对炉内微正压的精确控制。

石英或不锈钢坩埚/舟皿:多种规格可选。

7. 结构特点(模块与结构详细描述)

该设备采用立式或卧式整体结构,主要模块如下:

炉体模块:

炉膛:采用高纯度氧化铝多晶纤维材料真空吸附成型,重量轻、热容量小、保温性能极佳。

加热元件:采用优质合金电阻丝,环绕布置在炉膛周围,确保温场均匀。或选用硅碳棒作为发热体。

炉壳:采用双层304不锈钢结构,中间通冷却水,有效降低外壳温度,保证操作安全。

气体进出口:炉体底部和顶部分别设有进气口和出气口,保证气氛流通均匀。

气氛系统模块:

由CO?气瓶接口、减压阀、针阀、精密过滤器、流量计/MFC、不锈钢管路和管件组成。

管路系统具有良好的气密性,确保无泄漏。

控制系统模块:

集成电控柜:内置断路器、接触器、固态继电器(SSR)等电气元件。

温控系统:采用高性能PLC或专用温度控制器,搭配K型或S型热电偶(根据温度选择),实现精确的PID调节和程序控制。

人机界面:彩色触摸屏,提供直观的操作和监控界面。

安全系统:集成超温保护器(独立于主控系统)、漏电保护、水流报警器(监测冷却水)、气压异常报警等多重安全联锁装置。

冷却系统模块:

外接循环冷却水机:为炉壳提供持续冷却。

可选炉体快速冷却系统:通过设计导流结构,在冷却阶段通入惰性气体并加大流量,加速炉内降温。

8. 标准配置

活化炉主机(含炉体、加热系统) 1台

集成电控系统(含触摸屏、温控仪、热电偶) 1套

气氛控制系统(含CO?管路、减压阀、针阀、流量计) 1套

石英反应管(或刚玉坩埚) 1件

样品舟(石英或石墨) 2个

产品说明书、合格证、保修卡 1份

工具包 1套

9. 易损件

加热元件:电阻丝或硅碳棒,长期高温下会逐渐老化。

热电偶:高温环境下损耗件,需定期校验或更换。

密封圈:炉口、法兰等处的硅胶或氟胶密封圈,高温下易老化失去弹性。

石英反应管/坩埚:操作不当或热震可能导致破裂。

10. 使用寿命

炉体整体:在规范操作和良好维护下,设计使用寿命≥8年。

加热元件:在1100°C以下长期连续使用,寿命通常≥1.5年(与使用频率和温度密切相关)。

耐火材料:炉膛保温材料寿命长,基本与炉体同寿命,避免剧烈碰撞和腐蚀性气体即可。

11. 售后质保

整机免费质保期为壹年(自验收合格之日起计算)。

质保期内,因设备自身质量问题导致的故障,提供免费维修或更换部件服务。

终身提供技术支持与有偿维修服务,24小时内响应客户问题。

12. 包装运输

炉体主机:采用高强度木箱包装,内部使用泡沫及塑料薄膜做防震、防潮处理。

电控柜:独立木箱包装。

石英件等易碎品:单独使用泡沫盒精细包装,并贴上“易碎品”标识。

小件配件:统一放入纸箱,内部固定。

包装外均注明“向上”、“防潮”、“小心轻放”等标识,确保运输安全。

13. 使用注意事项

安全第一:操作时必须佩戴耐高温手套、护目镜等防护用具。

加热元件:

避免在高温下突然通入大量冷气体,导致加热元件急冷断裂。

首次使用或长期未用后再次使用时,必须进行烘炉操作,严格按照说明书升温曲线操作,以排除炉体内水分并保护加热元件和炉衬。

严禁超过最高工作温度。

气氛系统:

至关重要:炉体升温前,必须先用CO?或惰性气体充分吹扫炉管内空气(建议至少10-15分钟),防止高温下残留氧气与碳材料或加热元件发生反应,引起燃烧或爆炸。

确保气路连接正确且无泄漏。

尾气CO为有毒易燃气体,必须通过管道妥善导出至室外通风良好处或进行处理,严禁在密闭空间内直接排放。

冷却系统:开机前务必先启动循环水冷却系统,确认水流正常后再通电加热。停机后,需待炉温降至200°C以下方可关闭冷却水。

样品放置:样品不宜堆放过满过密,以免阻碍气氛流通,影响活化均匀性。

停电处理:运行中如突然停电,应立即关闭气阀,并手动尝试缓慢通入冷却水(如有备用水源),但需注意避免冷却过快。

14. 操作方法(简要流程)

准备工作:连接好气路、水路、电源。将样品均匀放入样品舟中。

装样:打开炉管,小心将样品舟推至恒温区中心位置。

密封:确保炉管密封严密。

吹扫:打开CO?气瓶,调节至较低流量(如50-100mL/min),吹扫炉管至少15分钟。

设置程序:在触摸屏上设置所需的升温程序(升温速率、目标温度、保温时间)和冷却程序。

启动运行:先启动循环水机,确认水流正常。然后启动设备运行程序,炉体开始按设定程序加热。

调节流量:在升温过程中或达到目标温度后,将CO?流量调节至工艺所需值。

结束与取样:程序运行结束后,炉子自动停止加热并开始降温。务必在炉温降至200°C以下后,方可关闭气氛和冷却水。待炉温冷却至近室温后,打开炉管取出样品。

记录:详细记录本次活化的所有工艺参数,以备分析。