CN107629828A - 一种利用炭粉制备成型炭的方法 - Google Patents

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杨晓晓
傅泽武
李�瑞
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Abstract

本发明公开了一种利用炭粉制备型炭的方法，其核心技术在于利用生物质热解副产物重质焦油作为粘合剂，炭粉在与重质焦油混合后经过压力成型得到型炭粗坯，再经过热解实现均质化，不但解决了生物质副产焦油的处理难题，也提高了型炭的质量，减少了非木质源粘合剂加入带来的燃烧灰分、挥发分等问题，降低了加工成本，同时也为用于吸附等用途的炭粉回收再利用、煤热解后炭粉制备型炭提供了方法。

Description

一种利用炭粉制备成型炭的方法
技术领域
本发明涉及炭粉成型技术领域，具体地说，利用生物质热解焦油作为粘结剂制备成型炭的方法。
背景技术
随着环境保护问题的日益关注及生物质资源利用幅度的提升，以燃料炭棒及活性炭为主的炭产品市场需求越来越大，由于炭粉过细，使之使用、运输及下游加工有诸多限制，相对而言，能量密度更高、形状规则的成型炭是炭产品应用的主要型式。
按照生产原料，成型炭可以由原木直接炭化生产也可以由生物质粉屑压力成型的固体燃料棒炭化制备得到，因为原料限制后者是目前普遍采用的方法，也称作机制木炭。按照生产工艺，机制木炭可以采用颗粒先成型再炭化工艺和先炭化成炭粉再成型工艺，前者投资高，需要生物质颗粒烘干、成型、碳化等全套设备，投资动辄从几十万到几百万，后者相对前者而言，优势明显：首先是投资较少，仅为前者的十分之一甚至几十分之一；其次就是技术难度比前者低很多，产品质量易于保证。但同时，后者生产的型炭从燃烧指标到各项理化指标与传统机制木炭还有比较大的差距，主要是异味（粘合剂）、机械强度、灰分、燃烧时间、燃烧中产生一定量挥发分等，如果采用合适的粘合剂成型，并且采用合适的后处理手段使成型炭粘合剂与炭粉同一化、改善燃烧质量，那么利用炭粉制备成型炭将更具有吸引力。
同时，通过热转化可以有效实现生物质资源化利用也是人们近年来关注的工艺，其中炭化（转化温度一般小于500℃）、快速热解（转化温度450℃-700℃）、气化（转化温度大于700℃）为热转化的主要三种手段，三种工艺的液体产物中，通过分层或蒸馏，都会得到一定比例的类似于沥青质的生物质焦油，它是由酚类、呋喃、多环芳烃、脂肪族化合物、左旋葡聚糖等组分组成，具有相当的粘合性并且在升温条件下可以发生聚合等反应。虽然已有利用焦油替代苯酚制备酚醛树脂的报道，但工艺成熟度及市场推广仍存在相当问题，焦油的无害化处理已经成为困扰相关产业的一个难题。
综上，降低成型炭的粘合剂成本、提高成型炭产品质量，将生物质包括成型燃料热解后副产焦油高值化利用，都是生物质资源化利用中需要解决的应用技术问题。
发明内容
本发明提出了一种利用木材热解副产物焦油作为粘合剂，通过现有成型设备将炭粉加工成成型燃料的方法，不但解决了副产焦油的处理难题，也提高了型炭的质量，减少了非木质源粘合剂加入带来的燃烧灰分、挥发分等问题，降低了加工成本，同时也为用于吸附等用途的炭粉回收再利用、煤热解后炭粉制备型炭提供了方法。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的，首先实现焦油与一定粒径的炭粉颗粒混合，可以通过以下两种方式实现，一是将未蒸浓的稀焦油与炭粉靠机械搅拌混合、喷雾混合或气流混合等模式混合，再进行加热将稀焦油中轻组分脱出，这种方法等效于将稠焦油掺水后与生物质颗粒混合，第二种方法是利用强效机械搅拌模式，将炭粉颗粒与蒸浓后的稠焦油按比例混合一起；混合完毕后即可进入成型工段，利用冷压成型机或热压成型机将混配好焦油的炭粉颗粒或碎块压制成型炭粗坯；将粗坯加热进行热解以实现均质化，可以使用隔绝空气的干馏设备也可以使用自热型干馏设备，主要目的是在无氧或贫氧的状态下，将得到的型炭粗坯及其中的焦油组分进一步炭化，根据原料材质及用途，最高炭化温度为500℃—900℃，经过冷却得到的产品型炭质量均一。
所述的生物质热转化副产焦油为快速热解、炭化、气化等工艺得到液相产物经过精馏得到的重沸渣油或液相产物分层后得到的重相经过蒸馏脱轻后的重沸部分，所述的炭粉为秸秆、木屑、树皮粉、果壳等农林生产副产物或煤热解得到，也可以是回收的活性炭或污泥炭化得到固体物质，所述的成型炭可以直接作为燃料或进一步活化生产多孔吸附剂。
实施方式
为了使本说明的技术手段、技术原理、技术特征便于理解，下面对于本发明的具体实施方式进行进一步说明，但不限定本发明保护范围，需要说明的是，由于炭化、快速热解、气化等生物质热解转化过程只是产物产率和组成有区别，不会对本发明实施原理有本质的影响，炭粉成型过程中参数变化及焦油组分调整手段也不会对本发明实施原理有本质的影响。
实施例1
从以锯末为原料的机制炭化工厂取得稀焦油,在绝压为 5 kPa, 温度为 85℃条件下进行浓缩,取蒸余重质焦油以1:15比例与粒径小于100目的杨木炭粉混合，放入液压活塞87mm、热压温度为120℃成型压机实验测试台，在30 Mpa的压力下，得到长5cm、宽1cm、厚0.2cm的型炭粗坯试样，放入炭化设备内，以20℃/min升温速率升到650℃，得到形态致密的型炭，燃烧平稳无烟。

Claims (6)

1.一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：利用生物质热转化副产焦油作为粘接剂与炭粉混合，通过压力成型后进行均质化热解制备成型炭。
2.根据权利要求1所述的一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：所述的生物质热转化副产焦油为快速热解、炭化、气化等工艺得到液相产物经过蒸馏或精馏得到的重沸渣油。
3.根据权利要求1所述的一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：所述的生物质热转化副产焦油为快速热解、炭化、气化等工艺得到液相产物分层后得到的重相经过蒸馏或精馏脱轻后的重沸部分。
4.根据权利要求1所述的一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：所述的炭粉为秸秆、木屑、树皮粉、果壳等农林生产副产物或煤热解得到。
5.根据权利要求1所述的一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：所述的炭粉为回收的活性炭或污泥炭化得到固体物质。
6.根据权利要求1所述的一种利用炭粉制备成型炭的方法，其特征在于：所述的成型炭可以直接作为燃料或进一步活化生产多孔吸附剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111187648A (zh) * 2020-01-14 2020-05-22 山东大学 一种清洁成型燃料及制备方法和应用
CN111253988A (zh) * 2020-02-19 2020-06-09 河北工业大学 一种清洁生物质型煤的制备方法
CN113150851A (zh) * 2020-12-11 2021-07-23 农业农村部规划设计研究院 一种生物质焦油作为粘结剂在成型炭中的应用、成型炭及其制备方法
JP7501845B1 (ja) 2023-10-10 2024-06-18 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 粉末活性炭成形体の製造方法

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CN102994188A (zh) * 2012-12-17 2013-03-27 肖国雄 一种机制木炭的生产方法

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