CN101629083A - 一种木材加工剩余物的处理方法及其制备的木炭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木材加工剩余物的处理方法、利用木材加工剩余物制备机制炭的方法和有该方法制备的机制炭。木材加工剩余物的处理方法包括将其进行炭化处理，得到炭和可燃气体，其中炭化处理的炭化温度为400～900℃，炭化处理时间为0.5～4小时，炭化处理过程中每1kg木材加工剩余物通入小于4m³的空气。该处理方法，提高可木材加工剩余物的能源利用率，降低了对环境的污染；采用先炭化后成型的方式制备机制炭，可大大降低木废料直接压缩成型时的能耗，且炭化彻底，点燃时无黑烟产生，机制炭的性能指标符合国家标准GB/T17664－1999一级木炭的标准要求。

Description

一种木材加工剩余物的处理方法及其制备的木炭

技术领域

本发明专利涉及一种对含有纤维素物料的干馏方法及有该方法制备的产物，特别涉及一种木材加工剩余物的干馏方法和由该处理方法制取的炭、气产物。

背景技术

木材加工剩余物(包括：锯末、刨花、边皮、截头等)是木制品生产过程中的必然产物。有条件的企业一般将这些剩余物用于人造板生产。但是，也有很多中小型企业由于布局分散，不便将剩余物集中，加上部分剩余物不适合人造板生产等原因，大量的木材加工剩余物直接作为燃料来使用。然而，直接燃烧木材加工剩余物有以下缺点：(1)燃烧效率很低，一般不超过15％，能源浪费严重；(2)木质燃料挥发分很高，当燃烧不完全时，大量的挥发分随烟气一起排入室内外环境，既直接危害人体健康，也污染大气环境；(3)贮存和使用不方便，使用场合受限制。随着经济发展和社会进步，人们不仅要求能源在数量上要满足供应，而且对于能源的品质也提出了越来越高的要求，即要求：洁净、方便、高效、经济、可再生。木材加工剩余物的炭化、气化燃烧技术的发展给剩余物的低成本合理利用提供了一条有效途径。生物质燃气的能源利用率可达30～35％，比直接燃用木材加工剩余物的能源利用率提高1倍以上，将木质燃料转化为使用方便、燃烧效率较高的洁净、优质能源品种，正成为开发利用木质燃料的重要途径，这样既避免了燃煤锅炉排放对环境的污染，又降低了生产成本。

此外，在传统的机制木炭生产过程中，多数采用先将木废料压缩成型，之后再成型后的棒料进行炭化处理的生产工艺。由于将木废料直接压缩处理的能耗较高，大直径的棒料炭化不完全，且炭化过程中环境污染较严重。

例如：公开号为CN1664065的中国发明专利申请公开了一种利用农林固体废弃物制造机制木炭的方法。将粉碎过的农林废弃物为原料与木焦油按质量比为2～5∶1混合均匀，挤压成型，将成形后棒入炭化炉进行炭化反应，反应分三段完成，第一阶段升温至120℃，时间10-20分钟，第二阶段温度为120～350℃，时间220-240分钟，第三阶段温度为350～450℃，时间130-220分钟，炭化结束，得机制木炭，木炭得率为40-46％。炭化炉产生的尾气通入燃烧室燃烧，为炭化炉升温提供热源，分解产生的木焦油返回混料；

公开号为CN1810928的发明专利申请公开了一种生物质固化炭化气化综合应用方法，该制备工艺是：收集生物质原料是锯末、刨花、树枝、树干林业废弃物木质类原料，烘干，经分离器分离，经炭化后挤压成型，可加工出低温普通机制木炭；炭化过程中，在温控作用下，还原、裂解，产生能量转换，逐步分离出含有一氧化碳、氢气、氧气、焦油的可燃混合气体是生物质燃气，经焦油净化装置处理后，便可使用。

公开号为CN1803981的发明专利申请公开了一种利用中药或植物药提取后固体废弃物制造机制炭的方法。将中药或植物药提取后的固体废弃物粉碎，挤压成棒状，将成形后的棒装入炭化炉进行炭化反应，反应分三阶段完成，第一阶段升温至120℃，时间10～30分钟，第二阶段温度为120～350℃，时间200～400分钟，第三阶段温度为350～450℃，时间100～300分钟，炭化结束，得机制炭。炭化炉产生的尾气通入燃烧室燃烧，为炭化炉升温提供热源，炭得率为40～55％。

新的研究表明如果能采用先炭化成炭，然后再压缩成型的生产工艺，可降低生产能耗，又可减少环境污染。

例如：公开号为CN1944598的发明专利申请提供了一种生物质动力用炭的制备工艺及其在发电中的应用。该制备方法为：1)将生物质即秸秆，收集后晾晒、粉碎；2)粉碎后的生物质送入炭化池，进行炭化并除去其中的焦油；3)炭化后生成的生物质炭粉与黏结剂和掺料按重量份为：生物质炭粉70-80份，黏结剂10-15份，掺料10-15份比例充分搅拌混合；4)搅拌好的物料送成型机成型，制成生物质动力用炭；5)晾晒干燥后制得成品。

公开号为CN1900242的发明专利申请公开了一种植物炭蜂窝煤原料及其生产工艺，它由占总重量45～54％的高能植物炭、10～15％的添加剂、35～40％的粘结剂及为余量的助燃剂组成，高能植物炭是选用玉米杆、高粱杆、麦秆、竹木屑及酒渣、中药渣等的粉粒在入口温度为300℃、出口温度为400℃的炭化机中炭化2.0～2.5分钟的无定形炭，将高能植物炭送配料机，同时向配料机中加入添加剂及助燃剂，用喷浆机将粘结剂喷入配料机中配料，把配料送入搅拌机搅拌0.5～1.0分钟，混合均匀后成为制造植物炭蜂窝煤的原料。

公开号为CN1865397的发明专利申请公开了一种秸秆型炭，制作步骤如下：构建炭化窑；将秸秆粉碎为1.5厘米左右长度的碎料，使其干燥后含水分小于20％；在窑内铺满干柴引燃，在隔氧和限制进氧的条件下，窑内温度控制在300-600℃进行热解反应，反应时间8-16小时，使全部填料充分炭化，变成黑色后立即向窑内喷水，使全窑瞬间冷却熄火，成为炭化料；如需继续生产下一窑时，在窑内留有余火，继续填满碎料，进行下一窑的炭化；最后将炭化料加工成型炭。

公开号为CN1583982的发明专利申请公开了一种炭的制备方法，本发明是将有机物炭化后所得的炭料粉碎后加入水和粘结剂制成某一形状的产品即得。作为对进一步改进，将制成的某一形状的产品进行烘干或晾晒。本发明在对有机物炭化前进行粉碎，使炭化彻底，产品点燃时无黑烟产生；将有机物炭化后所得的炭料粉碎后加入粘结剂即得。

公开号为CN1563277的发明专利申请公开了一种用农作物秸秆制取秸秆炭和秸秆醋液的方法是一种通过高温热解制取农作物秸秆炭及相应的液体产物—草醋液的方法，该方法的制备步骤为：将农作物秸秆装入干馏釜内，通过在高温300℃-600℃、时间为4-12h隔绝氧气或限制性地供给氧气的条件下热解反应，经过干燥、预炭化、炭化、煅烧阶段，固体经冷却得到秸秆炭，热解气体经气液分离得到秸秆醋液和可燃气体，可燃气体再回送到燃烧室内给热解反应提供热源。

虽然采用先炭化后压制成型的工艺可以降低生产能耗，减少对环境的污染程度，但是采用上述制备方法制备机制炭仍然存在炭化不彻底，制备的机制炭的得率低，炭化时间长，炭化效率低，制备的机制炭的炭含量低，灰分高，产品热值低的问题。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术的问题而提供木材加工剩余物的处理方法及有该方法制备的木炭。本发明方法将木材加工剩余物进行炭化处理，提高了木材加工剩余物的能源利用率，可燃气作为清洁能源，进一步降低了环境污染；本发明方法采用先炭化后成型的方式，大大降低了能耗，且炭化彻底，炭燃烧时无黑烟。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种木材加工剩余物的处理方法，包括将木材加工剩余物进行炭化处理，得到炭和可燃气体。

其中，炭化处理的炭化温度为400～900℃，炭化处理时间为0.5～4小时。

特别是，炭化处理过程中向每1kg木材加工剩余物通入小于4m³的空气。

特别是，每1kg木材通入空气0.5～3m³。

其中，所述的木材加工剩余物选择针叶材或阔叶材的加工后的剩余物，例如木刨花、木纤维、木材截头、板边。

本发明另一方面提供一种木材加工剩余物的处理方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)木材加工剩余物的炭化处理

将木材加工剩余物粉碎成当量体积直径≤30mm的颗粒后送入炭化炉内，加热升温，进行炭化处理，其中，炭化处理温度为400～900℃，炭化处理0.5～4h；

2)制备机制炭

首先将炭化处理后的固体剩余物冷却，然后将固体颗粒剩余物与黏合剂混合均匀，冲压成机制炭；

3)收集气相产物

收集炭化处理过程中炭化炉中产生的气体，用作燃气燃烧。

其中，步骤1)中所述的炭化处理过程中，还包括向炭化炉中通入空气，其中，每1kg木材通入小于4m³的空气，优选为每1kg木材通入空气0.5～3.5m³。

特别是，步骤1)中所述的炭化温度为500～900℃，炭化时间为1～3h。

特别是，步骤1)中所述剩余物颗粒的当量体积直径优选为≤5-20mm。

尤其是，步骤1)中所述剩余物颗粒的当量体积直径＜5mm的颗粒重量与所述木材加工剩余物总重量之比≤20％；当量体积直径在5-20mm范围内的颗粒重量与所述木材加工剩余物总重量之比≥50％。

其中，步骤2)中所述的黏合剂选择无机黏合剂或有机黏合剂。

特别是，所述的无机黏合剂选择水玻璃、磷酸钠、磷酸钾、硫酸钠、硫酸钾中的一种或多种；所述的有机黏合剂选择煤焦油、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)中的一种或多种。

其中，所述的煤焦油中沥青质的质量百分比含量应≥55％，蒽油的质量百分比含量≤10％。

其中，步骤2)中所述的颗粒炭与黏合剂的重量份配比为75～95∶5～25。

本发明又一方面提供一种按照上述木材加工剩余物处理方法制备而成的木炭。

本发明具有如下优点：

本发明通过炭化处理方式将木材加工剩余物加以利用，制取使用方便、燃烧效率高的清洁能源炭和可燃气体，提高了能源利用率，节约了成本，无环境污染，利于环境保护。

本发明利用木材加工剩余物制取的机制炭的发热量达到7230-7721kcal/kg，固定碳含量为80-82％，挥发份小于12％，灰分小于9％。机制炭的性能指标符合国家标准GB/T17664-1999一级木炭的标准要求。

本发明利用木材加工剩余物生产机制炭采用先炭化后成型的方式，可大大降低木废料直接压缩成型时的能耗，且炭化彻底，点燃时无黑烟产生。

本发明利用木材加工剩余物制取的可燃气体作为清洁能源，用作燃料时，燃烧时间长，无烟、无味，燃烧效率高，进一步降低了对环境的污染。

附图说明

附图1  木材加工剩余物炭化的工艺流程图

具体实施方

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。但并不局限于此。

实施例1

以木材加工剩余物针叶材刨花为原料，其中针叶刨花的粒径：10～40mm；含水率：10～16％。

1)原料粉碎、筛选

对针叶材刨花进行筛选处理，将当量体积直径≤30mm的颗粒直接送入炭化炉内；对于当量体积直径＞30mm的颗粒，经粉碎机粉碎，使其当量体积直径≤30mm后送入炭化炉内，其中，当量体积直径＜5mm的颗粒的重量占剩余物总重量的20％；当量体积直径在5-20mm范围内的颗粒的重量占剩余物总重量的50％；

2)炭化

对炭化炉加热，使炭化炉内的温度升高到500℃，保持温度在500℃的条件下通入空气，进行炭化处理，通过调整炭化炉的引风机的转速来控制空气的通入量；通过调整炭化炉炉排的振动或转动次数，来调节出炭速度或落料速度，即控制炭化时间；其中，在炭化过程中，空气通入量为0.5m³/kg(木材)，即每1kg木材通入0.5m³的空气，炭化处理时间为3h。

3)冷却

将炭化后得到的固体产物(即颗粒炭)送入炭化炉底部的水循环冷却仓内，待固体产物冷却至50～60℃时出炭；

4)机制炭制备

将冷却的固体颗粒物与黏合剂水玻璃混合均匀后，置于冲压成型机中，冲压形成成型燃料机制炭，其中，固体颗粒物与水玻璃的重量份配比为80∶20。

5)气相产物用作锅炉燃料

对于炭化处理过程中炭化炉内产生的气相产物(即可燃气体)，可通过简单冷凝后，由引风机送入锅炉中燃烧作为锅炉燃料燃烧。

制备的成型机制炭按照国标GB/T17664-1999进行检测，检测结果如表1。

实施例2

除了木材加工剩余物中当量体积直径＜5mm的颗粒的重量占剩余物总重量的10％，当量体积直径在5-20mm范围内的颗粒的重量占剩余物总重量的70％；炭化过程中炭化温度为700℃，空气通入量为2.0m³/kg(木材)，即每1kg木材通入2.0m³的空气，炭化时间为2h；机制炭制备过程中固体颗粒物与磷酸钠的重量配比为75∶25之外，其余与实施例1相同。

制备的成型炭的性能指标按照国标GB/T17664-1999进行检测，检测结果如表1。

实施例3

除了木材加工剩余物中当量体积直径＜5mm的颗粒的重量占剩余物总重量的5％，当量体积直径在5-20mm范围内的颗粒的重量占剩余物总重量的60％；炭化过程中炭化温度为900℃，空气通入量为3.5m³/kg(木材)，即每1kg木材通入3.5m³的空气，炭化时间为2h；机制炭制备过程中固体颗粒物与硫酸钾的重量份配比为95∶5之外，其余与实施例1相同。

制备的成型炭的性能指标按照国标GB/T17664-1999进行检测，检测结果如表1。

对照例

以市场上销售的山地牌机制木炭作为对照例。

表1成型燃料的性能指标检测结果

	固定碳(％)	发热量(kcal/kg)	挥发份(％)	灰份(％)
					实施例1	80	7721	12	6
实施例2	81	7511	10	7
					实施例3	82	7230	7	9
对照例	70-75	7000	12	9

检测结果表明：

本发明制备的成型木炭燃料的性能指标标符合国家标准GB/T17664-1999一级木炭的标准要求，发热量达到7230-7721kcal/kg，固定碳含量为80-82％，挥发份小于12％，灰分小于9％。

本发明制备的木炭燃料的发热量高于一般木炭的发热量6500kcal/kg，完全能满足作为燃料用于取暖、烧饭、烘烤食品等人们生活及饮食服务行业，而且其密度高，燃烧火力旺、燃烧时间长，无烟、无味、无环境污染。

Claims (10)

1、一种木材加工剩余物的处理方法，其特征在于包括将木材加工剩余物原料进行炭化处理，得到炭和可燃气体。

2、如权利要求1所述的处理方法，其特征在于所述炭化处理的温度为400～900℃，处理时间为0.5～4小时。

3、如权利要求1或2所述的的处理方法，其特征在于在炭化处理过程中，进行炭化处理的木材加工剩余物原料为粉碎成当量体积直径≤30mm的颗粒物，炭化处理后，将经炭化处理获得的炭颗粒冷却，然后将炭颗粒与黏合剂混合均匀，冲压成机制炭。

4、如权利要求3所述的处理方法，其特征在于所述炭化处理过程中，向炭化炉中通入空气，其中，每1kg木材加工剩余物通入4m³以下的空气。

5、如权利要求4所述的处理方法，其特征在于所述的空气通入量为每1kg木材加工剩余物通入空气0.5～3.5m³。

6、如权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于所述的炭化温度为500～900℃，炭化时间为1～3h。

7、如权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于所述的黏合剂选择无机黏合剂或有机黏合剂。

8、如权利要求7所述处理方法，其特征在于所述的无机黏合剂选择水玻璃、磷酸钠、磷酸钾、硫酸钠、硫酸钾中的一种或多种；所述的有机黏合剂选择煤焦油、聚乙烯醇、聚乙烯、聚酰胺中的一种或多种。

9、如权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于所述的颗粒炭与黏合剂的重量份配比为75～95∶5～25。

10、一种木炭，其特征在于按照如权利要求3-10任一所述方法制备而成。

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