CN110117496A - 一种牛粪基机制炭的炭化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牛粪基机制炭的炭化方法，包括预热阶段、排水阶段、炭化阶段、保温阶段和冷却阶段；该炭化方法根据牛粪基机制炭生料棒的特性针对性的调整炭化的过程和炭化的参数，不仅使生料棒炭化时能耗更低，炭化时间更短，炭化度更高，而且，还能保证生料棒不破裂，得到的机制炭成品率高，适合牛粪基机制炭的大规模生产和推广应用。

Description

一种牛粪基机制炭的炭化方法
技术领域
本发明涉及环保节能材料领域，具体涉及一种牛粪基机制炭的炭化方法。
背景技术
机制炭，又名人造炭、再生炭、无烟清洁炭，是以木质碎料挤压加工成的炭质棒状物。机制炭原料来源广泛，稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆等皆可作为原料生产机制炭，且以锯末、刨花、竹屑为原料生产的机制炭品质最佳。机制炭具有密度大、热值高、无烟、无味、无污染、不爆炸、易燃的优点，是国际上公认的绿色环保产品。
目前国内生产机制炭的主要原材料是锯末、花生壳、各种秸秆等，虽然具有原料来源广、成本低廉的优点，但由于锯末、花生壳、各种秸秆中含有大量非木质纤维类的有机成分，导致其氢氧元素含量较高，生料棒炭化后的损失量较大，得到的机制炭密度较小、燃烧时间较短；同时，锯末、花生壳、各种秸秆的长短大小不一、孔隙率高，也导致其在制备过程中粉碎和压制成型的难度增大，生产成本增加，不利于机制炭的大规模生产和应用。
牛粪在藏语中称之为"久瓦"， "久瓦"在西藏作为烧茶做饭的燃料已有千年的历史，且至今仍然被生活在雪域高原的广大农牧民视为最佳燃料，并且，牛粪的主要成份是木质纤维，而现今生产机制炭的根本材料也是木质纤维，因此，人们已将牛粪作为了生产机制炭的原材料之一，且既提供了一种新的制备机制炭的原材料，又解决了牛粪大量排放造成的环境问题。然而，在采用牛粪制作机制炭的实验过程中我们发现，由于牛粪属于牛的排泄物，饲料中的可被吸收利用的营养物质已经失去，排泄的均为难以消化利用的、纯度很高的木质纤维，并且，经过牛的牙齿和肠胃的磨碎、消化处理，牛粪中的木质纤维细度也很小，挤压成型后的生料棒密实度大；因而导致在采用现有机制炭炭化方法对其进行炭化处理时，容易出现炭化能耗较高、炭化度较低、成品率较低的问题，极大的限制了牛粪基机制炭的大规模生产和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服的采用现有机制炭炭化方法生产牛粪基机制炭时，存在的炭化能耗较高、炭化度较低、成品率较低的缺陷，提出了一种牛粪基机制炭的炭化方法；该炭化方法根据牛粪基机制炭生料棒的特性针对性的调整炭化的过程和炭化的参数，不仅使生料棒炭化时能耗更低，炭化时间更短，炭化度更高，而且，还能保证生料棒不破裂，得到的机制炭成品率高，适合牛粪基机制炭的大规模生产和推广应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种牛粪基机制炭的炭化方法，包括以下步骤：
（1）预热阶段：将生料棒以0.5-1℃/min的升温速度加热到115-125℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.5-2.0℃/min的升温速度加热到275-285℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.0-1.5℃/min的升温速度加热到440-460 ℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.2-0.4℃/min的速度降温到430-410 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
其中，步骤（1）中所述的生料棒是以牛粪为主要原材料成型而成的；优选的，所述的生料棒包括以下重量百分比原材料制备而成：70-95%的牛粪和5-30%的多孔材料；多孔材料的加入能使生料棒内部热交换更快速，水蒸发速度更快，有利于生料棒的炭化处理；最优选的，所述生料棒包括以下重量百分比原材料制备而成：85%的牛粪和15%的多孔材料；优选的生料棒配比，炭化能耗更低，炭化时间更短，炭化度更高，制备得到的机制炭综合性能更好。
其中，优选的，所述的多孔材料包括稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆、酒糟中的一种或多种；优选的多孔材料来源广泛，成本低廉。
其中，优选的，步骤（1）中所述的生料棒密度为1.3-1.5g/cm3；最优选的，所述生料棒的密度为1.4g/cm3；优选的生料棒密度，炭化能耗更低，炭化时间更短，炭化度更高，制备得到的机制炭综合性能更好。
其中，优选的，步骤（1）中，预热阶段的升温速度为0.8℃/min，温度终点为120℃；优选的预热升温速度和温度终点，不会因为快速升温而引起生料棒的破裂，预热效果好，能耗低。
其中，优选的，步骤（2）中，排水阶段的升温速度为1.8℃/min，温度终点为280℃；优选的排水升温速度和温度终点，生料棒的水分蒸发速度快，不会因为快速升温而引起生料棒的破裂，生料棒排水效果好，能耗低。
其中，优选的，步骤（3）中，炭化阶段的升温速度为1.2℃/min，温度终点为450℃；优选的炭化升温速度和温度终点，生料棒的炭化速度快，炭化度高，能耗低，时间短。
其中，优选的，步骤（4）中，保温阶段的降温速度为0.3℃/min，温度终点为420℃；优选的保温降温速度和温度终点，生料棒的炭化速度快，炭化度高，能耗低，时间短。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明炭化方法根据牛粪基机制炭的生料棒性能，针对性的调整炭化工艺，将炭化分为多个阶段，在显著降低耗能的同时，增加生料棒的炭化度，得到的机制炭性能更好。
2、本发明方法根据牛粪基机制炭的生料棒性能，针对性的调整炭化参数，优化炭化的升温速度和温度，显著降低了耗能的同时，增加了生料棒的炭化度，得到的机制炭性能更好。
3、本发明方法简单、可靠，适合用于牛粪基机制炭的大规模生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式中的所采用的生料棒为同样标准，均由85%的牛粪和15%的稻壳的组成，含水量为10%；密度为1.4g/cm3。
实施例1
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
实施例2
（1）预热阶段：将生料棒以0.5℃/min的升温速度加热到115℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.5℃/min的升温速度加热到275℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.0℃/min的升温速度加热到440℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.2℃/min的速度降温到410 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
实施例3
（1）预热阶段：将生料棒以1℃/min的升温速度加热到125℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以2.0℃/min的升温速度加热到285℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.5℃/min的升温速度加热到460℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.4℃/min的速度降温到430 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
实施例4
（1）预热阶段：将生料棒以0.5℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.5℃/min的升温速度加热到460℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.2℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例1
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以2.5℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例2
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以2.0℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例3
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.5℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例4
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到150℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到300℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例5
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到480℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到420 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
对比例6
（1）预热阶段：将生料棒以0.8℃/min的升温速度加热到120℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.8℃/min的升温速度加热到280℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.2℃/min的升温速度加热到450℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.3℃/min的速度降温到400 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
17664-1999），并对炭化的成品率（炭化后，形状完好率）和能耗成本进行统计，结果记录如下： 将上述实施例1-4和对比例1-6中制备得到的牛粪基机制炭进行性能检测（GB/T
序号 固定碳（%） 精炼度 成品率（%） 能耗成本（元/100kg）
实施例1 87.82 5-7 ≥95% 23.4
实施例2 87.71 5-7 ≥95% 24.8
实施例3 87.27 5-7 ≥95% 23.8
实施例4 86.53 5-7 ≥95% 24.3
对比例1 86.12 6-8 ≤89% 27.7
对比例2 85.82 7-9 ≤91% 23.5
对比例3 84.28 7-9 ≤92% 24.1
对比例4 87.26 5-6 ≥95% 28.3
对比例5 87.87 5-6 ≥95% 27.9
对比例6 87.86 5-6 ≥95% 28.1
通过上述检测和统计结果可知，实施例1-4采用本发明炭化方法制备得到的牛粪基机制炭，具有炭化度高、能耗低、成品率高的优点；而对比例1中，排水阶段升温速度过快，生料棒受热膨胀速度快，发生破裂，导致机制炭的成品率显著降低，同时，排水时间不足，生料棒进行炭化时含水量大，炭化能耗增加；对比例2中，炭化阶段的升温速度过快，炭化时间不足，受热不均，导致得到的机制炭成品率、精炼度、固定碳含量均显著降低；对比例3中，保温阶段的降温速度快，炭化精炼的时间不足，导致得到的机制炭成品率、精炼度、固定碳含量均显著降低；对比例4中，排水阶段的温度终点温度过高，显著增加了炭化能耗；对比例5中，炭化阶段的温度终点过高，导致机制炭的炭化能耗显著增加；对比例6中，保温阶段的温度终点过低，导致保温阶段时间过长，能耗显著增加。

Claims (10)

1.一种牛粪基机制炭的炭化方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预热阶段：将生料棒以0.5-1℃/min的升温速度加热到115-125℃，进行预热处理,得到预热生料棒；
（2）排水阶段：将预热生料棒以1.5-2.0℃/min的升温速度加热到275-285℃，进行排出处理，得到排水生料棒；
（3）炭化阶段：将排水生料棒在隔绝氧气的条件下以1.0-1.5℃/min的升温速度加热到440-460 ℃，进行炭化处理，得到炭化生料棒；
（4）保温阶段：将炭化生料棒在隔绝氧气的条件下以0.2-0.4℃/min的速度降温到430-410 ℃，进行保温处理，得到机制炭粗品；
（5）冷却阶段：将机制炭粗品在隔绝氧气的条件下冷却到常温，得到牛粪基机制炭成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的生料棒包括以下重量百分比原材料制备而成：70-95%的牛粪和5-30%的多孔材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的生料棒包括以下重量百分比原材料制备而成：85%的牛粪和15%的多孔材料。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的多孔材料包括稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆、酒糟中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的生料棒密度为1.3-1.5g/cm3。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的生料棒密度为1.4g/cm3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）预热阶段的升温速度为0.8℃/min，温度终点为120℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）排水阶段的升温速度为1.8℃/min，温度终点为280℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）炭化阶段的升温速度为1.2℃/min，温度终点为450℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）保温阶段的降温速度为0.3℃/min，温度终点为420℃。
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