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Abstract

本发明涉及一种高热值木炭的制作方法，其包括如下步骤：（1）选材；（2）窖烧炭化，包括原料干燥阶段、预炭化阶段、全面炭化阶段、精煤混合、成型；（3）干馏。本发明的制作方法将传统工艺中的窑烧法和干馏法相结合，并且在制作过程中添加了精煤，使木炭的含碳量大幅度提高，其热值与传统方法生产的木炭相比有了显著提高。

Description

一种高热值木炭的制作方法
 
【技术领域】
      本发明涉及一种木炭的制作方法，具体涉及一种高热值木炭的制作方法。
 
【背景技术】
木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧或在隔绝空气条件下热解，所残留的褐色或黑色多孔固体燃料。木炭的主要成份是炭元素，灰分很低，热值约27.21-33.49兆焦/千克，此外还有氢、氧、氮以及少量的其他元素，其含量与树种关系不大，主要取决于最终炭化的温度及时间。
木炭由于无烟、无味、无毒，可广泛应用于家庭取暖，烧烤食品，在工业上可作为钢铁冶炼、硅铁冶炼及铜冶炼过程中的还原剂和增碳剂，也可作为工业原料，深加工活性炭、炸药和二硫化碳等高附加值的化工产品。
现有技术中制备木炭的方法主要有两种：窑烧法和干馏法。窑烧法是用泥土筑窑，满装木材后，从窑门或火门点火燃烧，使木材在窑内炭化，挥发物逸出而剩余木炭。干馏法，即木材干馏，其是一个复杂的化学反应过程，一般可分为三个阶段：①脱水分解：干馏操作初期，温度相对较低，有机物首先脱水，随着温度升高，逐渐分解产生低分子挥发物；②热解：随着干馏温度的继续升高，有机物中的大分子发生键的断裂，即发生热解，得到液体有机物(包括焦油)；③缩合和碳化：当温度进一步提高时，随着水和有机物蒸气的析出，剩余物质受热缩合成胶体，同时，析出的挥发物逐渐减少，胶体逐渐固化和碳化，并且随着温度升高、加热时间的延长，所生成的固体产物中的碳含量逐渐增多，氢、氧、氮和硫等其他元素含量逐渐减少，进而得到木炭。
传统的窑烧法和干馏法，由于工艺条件的限制，其需要大量的能耗，并且得到的木炭含碳量较低，发热量小。
 
【发明内容】
为了克服传统工艺的缺点，本发明提供一种高热值木炭的制作方法，把传统的窑烧法和干馏法相结合，并且在制作过程中添加了精煤，使木炭的含碳量大幅度提高，其热值与传统方法生产的木炭相比有了显著提高。
本发明提供一种高热值木炭的制作方法，其包括如下步骤：
（1）选材：选取长度为15-20cm、直径为3.0-6.0cm的木材，放置在露天场所晾晒1-2天，使其含水率控制在5%-12%之间；
（2）窖烧炭化
原料干燥阶段：将检验合格的原料装入炭窖，点火，升温至160℃-180℃，烘烤4-6h；
预炭化阶段：继续升温至200℃-300℃，烘烤2-3h；
全面炭化阶段：继续升温至400℃-600℃，维持在该温度下炭化5-7h，木质原料在高温下炭化为木炭；
精煤混合：将得到的木炭降温到常温后，将其粉碎为1mm-2mm大小的木炭颗粒，放入混合机，加入精煤粉和沥青粘结剂，搅拌0.5-1h；
成型：将混合后的物料加入成型机，压缩成型炭，晾晒1-2小时；
（3）干馏：将晾晒后的型炭装入炭窖，加热到500-700℃,干馏4-6h，得成品木炭。
其中，用于制备木炭的木材可以来源于各种天然树木（如杨木、柳木、桦木、松木），也可由木屑加工而成。
所述炭窑可以采用各种常见的窑，如鲤鱼窑、木瓢窑、铁窑、机窑。
预炭化阶段的温度优选为250-300℃。
全面炭化阶段的温度优选为550℃-600℃。
精煤混合步骤中，木炭与精煤粉、沥青粘结剂的重量比为5-7：3-4：0.1-0.5，优选为6:3.7:0.3。
成型阶段中，压缩得到的型炭的形状可以为球状或棒状。
干馏阶段中，加热的温度优选为550-650℃。
下面对各操作步骤进行详细说明。
1、选材：
选材对于木炭的质量尤为重要，尤其要严格控制木材的含水率，必须控制在5%-12%之间。含水率小于5%，原料炭化速度慢，且粘度差，成棒不结实；含水率大于12%，则会导致炭棒弯曲，成炭密度小。因此，干燥原料时，可将原料放置露天场所晾晒1-2天，让其表层水份蒸发以减少炭化时间和燃料消耗。
2、窖烧炭化
2.1、原料干燥阶段：
检验合格的原料装窖后，从点火到温度升至160℃，这时原料所含的水分主要依靠外加热量进行蒸发，原材料化学性质在此没有变化，160℃-180℃高温烘烤4-6h，此阶段能有效的蒸发原材料内含的大量水分。
2.2、预炭化阶段：
这个阶段主要靠原料自身燃烧产生热量，使温度上升到200℃-300℃之间，此时，原材料发生热分解反应，其组成开始发生变化，其中不稳定成份，如半纤维素发生分解生成CO2、CO和少量醋酸等物质，本阶段持续时间约2-3h，可从观察窗观察炭化的效果来调节时间。
2.3、全面炭化阶段：
这个阶段温度为400℃-600℃，此时木质原材料急剧地进行热分解，同时产生了大量的醋酸、甲醇和木焦油等液体产物，此外还产生了甲烷、乙烯等可燃性气体，这些气体可在炉内燃烧，热分解和气体燃烧产生了大量的热，此阶段主要依靠煤炭燃烧的外加热量，使炉温升高，木质原料在高温下干馏成炭。
2.4、精煤混合
   将成品木炭粉碎至1-2mm颗粒的木炭粉，按照木炭与精煤粉、沥青粘结剂的重量比为5-7：3-4：0.1-0.5的比例加入精煤粉和沥青粘结剂，配置完成后搅拌0.5-1h，使木炭粉、精煤与沥青粘结剂充分混合。
   精煤和木炭与沥青粘结剂间的浸温和粘合会直接影响木炭的质量，除了精煤的含水量以及木炭粉与沥青粘结剂的粘合会影响煤粒外，沥青粘结剂的粘度和构成也会影响成型过程，这也决定了成型后的木炭的抗压强度。当沥青与木炭粉、精煤成型时，需将沥青粘结剂加热至55℃-70℃，使沥青粘结剂熔化，有助于粘合速度，温度过高反而会引起沥青粘结剂老化，影响粘结效果。
2.5、成型：
   将混合料加入成型机，尺寸可根据使用需求进行设定，成型后，将型炭放置空地煤场晾晒1-2小时，然后装窖干馏。
3、干馏：
    型炭风干1-2小时后，装窖加热到550-650℃,恒温干馏4h，待完全炭化粘结后，可得成品木炭。
本发明把传统的窑烧法和干馏法相结合，节省了燃料的消耗，并且在制作过程中添加了精煤，使木炭的含碳量大幅度提高，其热值可达120-150兆焦/千克，与传统方法生产的木炭相比有了显著提高。
 
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明的方法进行说明，但其并不限制本发明。
实施例1
选取长度为15-20cm、直径为3.0-6.0cm的松木作为原料，放置在露天场所晾晒1-2天，使其含水率控制在5%-12%之间。将木材原料装入炭窖，点火，升温至160℃-180℃，烘烤4-6h。继续升温至250-300℃，烘烤2-3h。再次升温至550℃-600℃，维持在该温度下炭化5-7h，木质原料在高温下炭化为木炭。将得到的木炭降温到常温后，将其粉碎为1mm-2mm大小的木炭颗粒，放入混合机，以每600Kg木炭加入370kg精煤粉和30kg沥青粘结剂的比例混合，搅拌0.5-1h。将混合后的物料加入成型机，压缩成炭棒，晾晒1-2小时。将晾晒后的型炭棒装入炭窖，加热到550-650℃℃,干馏4-6h，得成品木炭。
经检测，该木炭的热值可达150兆焦/千克。
 
实施例2
将木屑压缩为长度15-20cm、直径3.0-6.0cm的木材，放置在露天场所晾晒1-2天，使其含水率控制在5%-12%之间。将木材原料装入炭窖，点火，升温至160℃-180℃，烘烤4-6h。继续升温至250-300℃，烘烤2-3h。再次升温至550℃-600℃，维持在该温度下炭化5-7h，木质原料在高温下炭化为木炭。将得到的木炭降温到常温后，将其粉碎为1mm-2mm大小的木炭颗粒，放入混合机，以每600Kg木炭加入370kg精煤粉和30kg沥青粘结剂的比例混合，搅拌0.5-1h。将混合后的物料加入成型机，压缩成炭棒，晾晒1-2小时。将晾晒后的型炭棒装入炭窖，加热到550-650℃℃,干馏4-6h，得成品木炭。
经检测，该木炭的热值可达130兆焦/千克。
 
用本发明的方法生产的木炭的热值可达120-150兆焦/千克，相比普通木炭的27.21-33.49兆焦/千克的热值有了显著提高。

Claims (10)

1.一种木炭的制作方法，其包括如下步骤：
（1）选材：选取长度为15-20cm、直径为3.0-6.0cm的木材，放置在露天场所晾晒1-2天，使其含水率控制在5%-12%之间；
（2）窖烧炭化
原料干燥阶段：将检验合格的木材装入炭窖，点火，升温至160℃-180℃，烘烤4-6h；
预炭化阶段：升温至200℃-300℃，烘烤2-3h；
全面炭化阶段：继续升温至400℃-600℃，维持在该温度下炭化5-7h，木质原料在高温下炭化为木炭；
精煤混合：将得到的木炭降温到常温后，将其粉碎为1mm-2mm大小的木炭颗粒，放入混合机，加入精煤粉和沥青粘结剂，搅拌0.5-1h；
成型：将混合后的物料加入成型机，压缩成型炭，晾晒1-2小时；
（3）干馏阶段：将晾晒后的型炭装入炭窖，加热到500-700℃,干馏4-6h，得成品木炭。
2.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：用于制备木炭的木材来源于天然树木，或由木屑加工而成。
3.如权利要求2所述的木炭的制作方法，其特征在于：所述天然树木为杨树、柳树、桦树、松树。
4.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：所述炭窑为鲤鱼窑、木瓢窑、铁窑、机窑。
5.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：预炭化阶段的温度为250-300℃。
6.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：全面炭化阶段的温度为550℃-600℃。
7.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：精煤混合步骤中，木炭与精煤粉、沥青粘结剂的重量比为5-7：3-4：0.1-0.5。
8.如权利要求7所述的木炭的制作方法，其特征在于：精煤混合步骤中，木炭与精煤粉、沥青粘结剂的重量比为6:3.7:0.3。
9.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：成型步骤中，压缩得到的型炭的形状为球状或棒状。
10.如权利要求1所述的木炭的制作方法，其特征在于：干馏阶段中，加热的温度为550-650℃。
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