CN101892107A - 高固定碳含量成型炭的制备方法 - Google Patents

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蒋剑春
邓先伦
应浩
童娅娟
边轶
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Abstract

本发明公开了一种高固定碳含量成型炭的制备方法，将生物质炭粉与胶黏剂在室温下混合均匀后，挤压成设计形状，晾干表面水份，然后在1.0～2.0Pa的真空度下，以5～10℃/min的升温速度升温至600～900℃保温保压4～6小时，再以5～10℃/min的速度降至室温，然后在30～50min内将压力升至1大气压，即得到高固定碳含量成型炭。是一种具有高固定碳含量、高热值且具有足够硬度和韧性的成型炭产品。

Description

高固定碳含量成型炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种成型炭的制备技术，尤其是涉及一种利用生物质炭粉制备成型炭的方法。
背景技术
在我国，有许多的果壳、果核农业秸杆等农林副产品的废弃物，竹木采运，加工过程也伴生着大量的枝丫、梢头、锯末、板皮、截头等剩余物，如何充分利用这些天然可再生资源，是科技工作者关注的一个十分重要的研究领域，生物质成型炭的制备就是其中一个重要研究方向。生物质成型炭具有热值高，燃烧时无二氧化硫产生的特点，属可再生的清洁能源，可替代传统木炭，更可替代煤、油、气等化石能源，广泛应用于工业、生活领域。
生物质成型炭的制备方法一般分为二条途径，比较常见的方法是将农业废弃物及农村加工剩余物粉碎成屑，用螺旋机高温、高压挤压成型后，再炭化制成生物质成型炭，但该法生产设备投入费用高，磨损大，能源消耗强度大，工艺缺陷明显。生物质成型炭制备的另一个方法是先将生物质材料热解制成炭，粉碎后与一定比例的胶黏剂捏合、成型，制成具有一定强度、燃烧无烟、无味、安全卫生的成型燃烧炭，可供烧烤、餐饮、供暖等生产生活使用。该制备工艺生产具有设备投入费用较低、设备磨损小、生产过程能源消耗强度低等优点，常规生产工艺制备的成型炭、固定碳含量较低，一般都85％以下，热值较低，多在7000Kcal/Kg以下，强度较差，成品易碎，燃烧时常有少量的火星及气味产生；影响使用过程的安全舒适性。
发明内容
为了解决现有技术存在的生物质成型炭的固定炭含量和热值低、强度低、易碎等缺点，本发明提供了一种高固定碳含量成型炭的制备方法，制得的成型炭固定碳含量和热值高、具有一定强度和韧度、使用过程安全舒适。
本发明采用如下技术方案：一种高固定碳含量成型炭的制备方法，将生物质炭粉与胶黏剂在室温下混合均匀后，挤压成设计形状，晾干表面水份，然后在1.0～2.0Pa的真空度下，以5～10℃/min的升温速度升温至600～900℃保温保压4～6小时，再以5～10℃/min的速度降至室温，然后在30～50min内将压力升至1大气压，即得到高固定碳含量成型炭。
所述的生物质炭粉为木屑炭粉或竹炭粉。
按生物质炭粉与胶黏剂之比为1.0～3.0∶1的重量比投料。
所述的胶黏剂为常规的淀粉、聚乙烯醇类改性胶黏剂，
更优选的制备条件为：按生物质炭粉∶胶黏剂之比为3∶1的重量比投料，在室温下搅匀后挤压成设计形状，晾干表面水分后，在1.5Pa的真空度下，以7℃/min的速度将炉温升到600～900℃，保温保压5小时，然后以8℃/min的速度降至室温，再在40分钟内升至1大气压，取出成型物，即得到高固定碳含量成型炭。
有益效果：
与常规成型炭制备技术相比，本发明独创性采用了真空热处理工艺，使产品固定碳含量增加、热值更高、强度变好、燃烧时无火星及有害气味产生，产品使用过程的安全舒适性得到改善，具体来说：
(1)本发明首次在真空环境中，采用高温热处理工艺来制备生物质成型炭，有效地提高了成型炭产品的固定碳含量，由一般的85％以下，提高到了现在的90％以上，对提高成型炭的热值及燃烧时的安全舒适性作用明显。
(2)本发明首次采用真空操作工艺制备生物质成型炭，通过控制成型炭过程的升温及降温速度以及真空环境，使制备的成型炭产品质地致密，强度和韧性得到明显改善，增强了最终成型炭产品的耐烧性。
(3)本发明通过对成型炭产品进行真空热处理操作，使制备的成型炭产品具有优良的使用性能，按中华人民共和国国家标准GB/T17664-1999《木炭和木炭试验方法》测定产品的固定碳含量在90％以上(国家标准优级品指标为85％)，产品热值在7500Kcal/Kg以上(常规产品热值在7000Kcal/Kg以下)，且产品具有足够的强度和韧性。
(4)本发明采用的制备工艺，不添加任何有害化学试剂，为环境友好型生产过程。
附图说明
图1为炭粉压缩成型工艺流程图。
具体实施方式：
一种高固定碳含量成型炭的制备方法，按图1所示流程生产，将生物质炭粉如木屑炭粉、竹炭粉等，与胶黏剂在室温下按重量比1.0～3.0∶1的比例混合均匀后，挤压成设计形状如圆形、方形、六角形等，晾干表面水份后放入真空炉中，然后在0.8～1.2小时内使达到1.0～2.0Pa的真空度，以5～10℃/min的升温速度升温至600～900℃保温保压4～6小时，再以5～10℃/min的速度降至室温，然后在30～50min内将压力升至1大气压，即得到高固定碳含量成型炭。
所述的胶黏剂为常规胶黏剂如淀粉、聚乙烯醇类改性胶黏剂，所用的生物质炭粉的粒径小于100目。
更优选的生产条件为：按生物质炭粉∶胶黏剂之比为3∶1的重量比投料，在室温下搅匀后挤压成设计形状，晾干表面水分后，在1.5Pa的真空度下，以7℃/min的速度将炉温升到600～900℃，保温保压5小时，然后以8℃/min的速度降至室温，再在40分钟内升至1大气压，取出成型物，即得到高固定碳含量成型炭。
实施例1
一种高固定碳含量成型炭的制备方法是按生物质炭粉∶胶黏剂为(1.0-3.0)∶1的重量比，在常温下搅匀后挤压成一定形状(圆形、方形、六角形等)的成型物，晾干表面水分后，再放入真空炉中，炉内气压经0.8-1.2小时抽到1.0-2.0Pa的真空度，并以5-10℃/min的速度将炉内温升到600-900℃，在该温度下保温保压4-6小时，然后以5-10℃/min的速度降压至常温，再将炉内气压在30-50分钟内升至常压取出，而得到高固定碳含量、高热值且具有足够强度和韧性的成型炭产品。按中华人民共和国国家标准GB/T17664-1999《木炭和木炭试验方法》测定产品的固定碳含量在90％以上(国家标准优级品指标为85％)，产品热值在7500Kcal/Kg以上。
实施例2
一种高固定碳含量成型炭的制备方法是按竹炭粉∶胶黏剂为1∶1的重量比，在常温下搅匀后挤压成一定形状(圆形、方形、六角形等)的成型物，晾干表面水分后，再放入真空炉中，炉内气压经0.8小时抽到1Pa的真空度，并以5℃/min的速度将炉内温升到600℃，在该温度下保温保压4小时，然后以5℃/min的速度降压至常温，再将炉内气压在30分钟内升至常压取出，而得到高固定碳含量、高热值且具有足够强度和韧性的成型炭产品。按中华人民共和国国家标准GB/T17664-1999《木炭和木炭试验方法》测定产品的固定碳含量在91％，产品热值在7540Kcal/Kg。成型炭强度和韧性测定是将炭粉压制成5×5cm炭块样品，将一批5个样品从1.5m自由落下至钢板上，测定产生明显裂纹时的平均跌落次数。次数在8次以上为具有高的强度和韧性，本工艺制备的成型炭抗跌次数在9次以上。
实施例3
一种高固定碳含量成型炭的制备方法是按木屑炭粉∶胶黏剂为3∶1的重量比，在常温下搅匀后挤压成一定形状(圆形、方形、六角形等)的成型物，晾干表面水分后，再放入真空炉中，炉内气压经1.2小时抽到2Pa的真空度，并以10℃/min的速度将炉内温升到900℃，在该温度下保温保压6小时，然后以10℃/min的速度降压至常温，再将炉内气压在50分钟内升至常压取出，而得到高固定碳含量、高热值且具有足够强度和韧性的成型炭产品。按中华人民共和国国家标准GB/T17664-1999《木炭和木炭试验方法》测定产品的固定碳含量在94％，产品热值在7650Kcal/Kg。

Claims (5)

1.一种高固定碳含量成型炭的制备方法，将生物质炭粉与胶黏剂在室温下混合均匀后，挤压成设计形状，晾干表面水份，其特征在于：然后在1.0～2.0Pa的真空度下，以5～10℃/min的升温速度升温至600～900℃保温保压4～6小时，再以5～10℃/min的速度降至室温，然后在30～50min内将压力升至1大气压，即得到高固定碳含量成型炭。
2.如权利要求1所述的高固定碳含量成型炭的制备方法，其特征在于，所述的生物质炭粉为木屑炭粉或竹炭粉。
3.如权利要求1所述的高固定碳含量成型炭的制备方法，其特征在于，按生物质炭粉与胶黏剂之比为1.0～3.0∶1的重量比投料。
4.如权利要求1所述的高固定碳含量成型炭的制备方法，其特征在于，所述的胶黏剂为常规的淀粉、聚乙烯醇类改性胶黏剂。
5.如权利要求1所述的高固定碳含量成型炭的制备方法，其特征在于，按生物质炭粉：胶黏剂之比为3∶1的重量比投料，在室温下搅匀后挤压成设计形状，晾干表面水分后，在1.5Pa的真空度下，以7℃/min的速度将炉温升到600～900℃，保温保压5小时，然后以8℃/min的速度降至室温，再在40分钟内升至1大气压，取出成型物，即得到高固定碳含量成型炭。
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