CN111647417A - 一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法及得到的机制炭 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法及得到的机制炭。该方法包括以下步骤：S100、将马铃薯渣压滤、烘干，以获得含水率10％‑13％的干物料；S200、将所述干物料制成生棒；S300、高温烧制炭化所述生棒，得到机制炭成品。本发明的方法产品转化率高，并无任何添加，绿色无污染，工艺简单易行，具有推广性。

Description

一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法及得到的机制炭
技术领域
本发明涉及马铃薯渣回收利用领域，具体涉及一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法及得到的机制炭。
背景技术
马铃薯渣是以新鲜马铃薯为原料加工淀粉后的主要副产品，由马铃薯的细胞碎片、细胞壁残余物、残余淀粉颗粒及细胞壁、薯皮细胞或细胞结合物构成。
马铃薯渣由于含水量大，不易储存和运输，容易发酵，有异味，腐败后造成污染等特性，如何进行处理甚至变废为宝一直是个难题，目前现有处理马铃薯渣的技术有：1)制作动物饲料；2)通过发酵生产酒精、葡萄糖；3)提取膳食纤维、果胶等有益物质；4)利用马铃薯渣中的营养成分作为食用菌栽培的原料；5)利用马铃薯渣制备吸附材料及粘合剂等。
目前马铃薯渣的处理和利用按工艺划分有以下几种：1)发酵法：以薯渣为培养基，利用自身微生物进行发酵，使其成为各种生物制剂和有机物料；2)理论法：利用各种酶对马铃薯渣进行处理，从中提取出一些有用的成分；3)混合法：将酶处理和发酵处理结合在一起的方法。
但是以上工艺技术存在以下缺陷：1)经过工业生产和微生物发酵之后的马铃薯渣，很可能存在毒素(如龙葵素)、这对饲料安全和食品安全存有潜在威胁；2)马铃薯渣转化产品具有效益差、生产成本高、产品得率低等缺点，再加上马铃薯淀粉加工的季节性限制、市场化推广难度很大；3)现有技术因其制得的产品在市场上的认可度，品牌建设、渠道运营等等原因不能消耗日益增多的鲜马铃薯渣。
因此，现在亟需开发一种新的马铃薯渣的回收利用工艺，以解决现有技术成本高、不易推广、技术设备要求高、基础设施投入相对较大等问题，以生产出市场潜力大的产品。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种利用马铃薯渣生产得到的机制炭。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
第一个方面，本发明提供一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法，该方法包括以下步骤：
S100、将马铃薯渣压滤、烘干，以获得含水率10％-13％的干物料；
S200、将所述干物料制成生棒；
S300、高温烧制炭化所述生棒，得到机制炭成品。
本发明开发出以马铃薯渣为原料来生产机制炭的工艺，在处理污染环境的马铃薯渣的同时弥补炭材市场原料紧缺的现状，解决现有技术成本高、不易推广、技术设备要求高、基础设施投入相对较大等问题，并且通过本发明方法生产的产品市场潜力巨大。
以下针对每一步骤进行详细说明：
S100、将马铃薯渣压滤、烘干，以获得含水率10％-13％的干物料。
处理马铃薯渣的首要工艺是降低其含水量，从而提高烘干效率，降低烘干成本，并且提高烘干成品的品质。
根据本发明的方法，优选地，所述马铃薯渣的含水率90％-95％，经过压滤后，所得滤饼的含水率为60％-75％。
根据本发明的方法，优选地，所述压滤采用压滤机进行。所述压滤机可以采用隔膜式压滤机、连续带式压滤机等。
根据本发明的方法，优选地，所述压滤机采用处理污泥的隔膜式压滤机。隔膜式压滤机具有压滤后含水率低，用水量低等优势。
根据本发明的方法，优选地，所述隔膜式压滤机的滤布透气量为1000L/m2/s。
根据本发明的方法，优选地，所述隔膜式压滤机采用隔膜泵直接进料，进料压力为8kg/cm2，进料时间为10min，压榨压力为20kg/cm2，压榨时间为30min，吹风压力为10kg/cm2，吹风时间为10min，单机循环时间为50min-55min，滤饼厚度为18mm-22mm，每块滤饼重量为6.5kg-7.5kg。本发明根据隔膜式压滤机的工作参数设置，确保所得滤饼的含水率达到60％-75％。
根据本发明的方法，所述烘干可以采用闪蒸机、管束式烘干机或明火滚筒烘干机等。
明火滚筒烘干因其造价低廉，热效率高，不需要蒸汽锅炉和蒸汽，虽然烘干后的颜色呈深黄色或淡褐色，并且成品中会掺杂直径为1cm以下的球状颗粒(内部也是干燥的，含水率10％-13％)，但作为制炭原料并不要求颜色，并且制棒机的压力足以粉碎这些颗粒。
因此，本发明优选地采用明火滚筒烘干机，且加配破碎轴。破碎轴的作用在于将粘坨状的物料打碎提高烘干效率，并且使物料不易结块，进一步提高烘干效率，降低能耗。
根据本发明的方法，优选地，所述明火滚筒烘干机的热源可以用天然气或煤，尺寸为直径2米、长12米，所述破碎轴的转数为190转/min-210转/min。
本发明在选定的明火滚筒烘干机及相应的参数条件下，将压滤后含水率60％-75％的滤饼烘干，获得1吨含水率10％-13％的物料所消耗的能量约200-260kg(5500大卡煤)。
S200、将所述干物料制成生棒。
根据本发明的方法，优选地，将所述干物料使用制作机制木炭的制棒机螺旋挤压制成生棒。
根据本发明的方法，优选地，所述制棒机的套筒(六角)的内直径为48mm，套筒加热圈温度为160-200℃，制成的生棒45厘米长、重1.15kg，外表无开裂，无弯曲变形，不松散。
S300、高温烧制炭化所述生棒，得到机制炭成品。
根据本发明的方法，优选地，利用炭化木炭的土窑高温烧制炭化生棒，工艺流程与炭化机制木炭基本相同，但是具体的碳化过程的具体条件区别于传统木质原料。具体包括：干燥阶段，120-140℃；预炭化阶段，140-380℃；炭化阶段，380-750℃；煅烧阶段，750-800℃；冷却阶段。
其中，前三个阶段(干燥阶段、预炭化阶段和炭化阶段)的时间为68-74小时，煅烧阶段的时间为20-23小时，冷却阶段采用自然冷却，耗时示室外温度而定。
第二个方面，本发明提供一种通过以上方法得到的机制炭。
根据本发明的机制炭，优选地，所述机制炭的含碳量为75％-85％，灰分为10％-14％，挥发分为3％-6％，硫为0.05％-0.07％。
根据本发明的机制炭，优选地，所述机制炭的高位热量为6300-6500卡，低位热量为5900-6100卡。
本发明首次将马铃薯渣作为原料，用机制炭的制棒设备和炭化设备将其制作成机制炭，在处理污染环境的马铃薯渣的同时弥补炭材市场原料紧缺的现状，解决现有技术成本高、不易推广、技术设备要求高、基础设施投入相对较大等问题，并且通过本发明工艺生产的产品市场潜力巨大。
本发明的有益效果包括：
1)本发明的方法产品转化率高，并无任何添加，绿色无污染，工艺简单易行，具有推广性。
2)用本发明的方法和原料制作的机制炭成本低，竹炭的原料竹粉成本约为600-700元/吨(随含水量的大小浮动，市场价格和地区波动)，锯末炭的原料锯末成本约为400-500元/吨(随含水量的大小浮动，市场价格和地区波动)，而马铃薯渣原料成本趋近于零。每制作一吨成品机制炭的总成本约为1000-1500元，而市场上主打的锯末炭和竹炭总成本分别约为2000-2500元/吨和2500-3000元/吨(每制作一吨锯末炭或竹炭需要锯末或竹粉2-3吨)。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。
实施例1：
本实施例使用马铃薯渣生产机制炭，具体的过程包括：
S100、将马铃薯渣压滤、烘干，以获得含水率10％-13％的干物料。
具体的，将马铃薯渣(含水率90％-95％)，经过隔膜泵抽入隔膜式压滤机，经压滤后得到含水率60％-75％的物料，用明火直筒式烘干机将其烘干至含水率10％-13％的干物料。
其中，所述隔膜式压滤机的滤布透气量为1000L/m2/s；采用隔膜泵直接进料，进料压力为8kg/cm2，进料时间为10min，压榨压力为20kg/cm2，压榨时间为30min，吹风压力为10kg/cm2，吹风时间为10min，单机循环时间为50min-55min，滤饼厚度为18mm-22mm，每块滤饼重量为6.5kg-7.5kg。
所述明火直筒式烘干机加配破碎轴，破碎轴的作用在于将粘坨状的物料打碎提高烘干效率，并且使物料不易结块，进一步提高烘干效率，降低能耗。热源可以用天然气或煤，尺寸为2米直径、12米长，所述破碎轴的转数为190-210转/min。将压滤后含水率60％-75％的滤饼烘干，获得1吨含水率10％-13％物料所消耗的能量约为200-260kg(5500大卡煤)。
S200、将所述干物料制成生棒。
具体的，将所述干物料使用制作机制木炭的制棒机螺旋挤压制成生棒。
所述制棒机的套筒(六角)的内直径为48mm，套筒加热圈温度为160-200℃，制成的长约45cm，重约1.15kg的生棒，外表无开裂，无弯曲变形，不松散。
S300、高温烧制炭化所述生棒，得到机制炭成品。
具体的，利用炭化木炭的土窑高温烧制炭化生棒，工艺流程与炭化机制木炭基本相同，但是具体的碳化过程的具体条件区别于传统木质原料。具体包括：干燥阶段，120-140℃；预炭化阶段，140-380℃；炭化阶段，380-750℃(前三个阶段耗时68-74小时)；煅烧阶段，750-800℃(耗时20-23小时)；冷却阶段(自然冷却，耗时示室外温度而定)。
得到的机制炭成品经抽样检测，含碳量80％，灰分12％，挥发分4.26％，硫0.06％，高位热量为6340卡，低位热量为6090卡。
市面上的锯末炭含碳量为75％-85％，灰分为10％-14％，挥发分为3％-6％，硫为0.05％-0.07％，高位热量为6700-7000卡，低位热量为6400-6700卡。
市面上的竹炭含碳量为85-90％,灰分为3％-8％，挥发分为3％-6％，硫为0.05％-0.07％，高位热量7500-7700卡，低位热量为6500-6700卡。
以马铃薯渣为原料以此种方法制作的机制炭与市面上的锯末炭品质差不多，较竹炭还有差距。
本发明利用马铃薯渣生产机制炭的成本计算如下表1所示：
表1马铃薯渣生产机制炭成本计算表(每吨机制炭成本计算)
Figure BDA0002530280580000061
由表1可知，每制作一吨成品机制炭的总成本约为1000-1500元，而市场上主打的锯末炭和竹炭总成本分别约为2000-2500元/吨和2500-3000元/吨。本发明以马铃薯渣为原料制作的机制炭成本低，产品具有市场潜力；并且可以使用现有的机制炭制备设备即可完成，其设备投入低，如有现成的设备，则无需新设备投入。并且全程制备过程无任何添加，绿色无污染，工艺简单易行，具有推广性。
实施例2：
本实施例参照实施例1的制备过程，将马铃薯渣压滤并烘干后如果物料含水率大于13％，用制棒机制得的生棒表面有开裂，冷却后裂纹变大，炭化后会弯曲变形，甚至完全裂成几瓣，得不到完整笔直的机制炭碳棒。
实施例3
本实施例参照实施例1的制备过程，不同之处在于改变碳化过程的具体条件。
本发明的具体的碳化过程的具体条件区别于传统木质原料。具体包括：干燥阶段，120-140℃；预炭化阶段，140-380℃；炭化阶段380-750℃(前三个阶段耗时68-74小时)；煅烧阶段，750-800℃(耗时20-23小时)；冷却阶段(自然冷却，耗时示室外温度而定)。
本实施例调节干燥阶段温度超过140℃，成品炭的内部会有碳化不完全的现象，也就是生炭，降低成品炭的碳含量。
实施例4
本实施例参照实施例1的制备过程，不同之处在于改变碳化过程的具体条件。本实施例调节煅烧阶段温度超过800℃且时间过长，成品炭易粉化，不成型，碎炭较多。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种利用马铃薯渣生产机制炭的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S100、将马铃薯渣压滤、烘干，以获得含水率10％-13％的干物料；
S200、将所述干物料制成生棒；
S300、高温烧制炭化所述生棒，得到机制炭成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述马铃薯渣的含水率为90％-95％，经过压滤后，所得滤饼的含水率为60％-75％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压滤采用隔膜式压滤机。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述隔膜式压滤机的滤布透气量为1000L/m2/s；所述隔膜式压滤机采用隔膜泵直接进料，进料压力为8kg/cm2，进料时间为10min，压榨压力为20kg/cm2，压榨时间为30min，吹风压力为10kg/cm2，吹风时间10min，单机循环时间为50min-55min，滤饼厚度为18mm-22mm，每块滤饼重量为6.5kg-7.5kg。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干采用明火滚筒烘干机。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述明火滚筒烘干机加配有破碎轴；
所述明火滚筒烘干机的热源为天然气或煤，尺寸为直径2米、长12米，所述破碎轴的转数为190转/min-210转/min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述干物料使用制作机制木炭的制棒机螺旋挤压制成生棒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温烧制炭化具体包括：干燥阶段，120-140℃；预炭化阶段，140-380℃；炭化阶段，380-750℃；煅烧阶段，750-800℃；冷却阶段；
其中，所述干燥阶段、预炭化阶段和炭化阶段的时间为68-74小时，煅烧阶段的时间为20-23小时，冷却阶段采用自然冷却。
9.一种通过权利要求1-8任一项所述方法得到的机制炭。
10.根据权利要求9所述的机制炭，其特征在于，所述机制炭的含碳量为75％-85％，灰分为10％-14％，挥发分为3％-6％，硫为0.05％-0.07％；
优选地，所述机制炭的高位热量为6300-6500卡，低位热量为5900-6100卡。
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