TWI633180B - Continuous operation method for producing vinegar liquid and activated carbon - Google Patents
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Abstract
一種醋液與活性炭的連續作業生成方法，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含一個將該木質材料加熱至150℃的加熱步驟；一個持續加熱該木質材料直至500℃，收集該木質材料裂解產生的氣體並冷凝為醋液的收集步驟；一個以維持在500℃的溫度使該木質材料整體均溫的均熱步驟；一個在將該木質材料加熱至850~1000℃的過程中導入過熱蒸氣或惰性氣體，使該木質材料在碳化的過程中活化而形成活性炭的升溫活化步驟；及一個維持溫度使該木質材料持續碳化，同時導入水氣、氮氣，及二氧化碳的混合氣體，使該木質材料進一步活化的持溫物理活化步驟。
Description
本發明是有關於一種產品生成方法，特別是指一種醋液與活性炭的連續作業生成方法。
對於木質材料進行高溫裂解時，會產生有價值的經濟產物，主要有木炭以及木醋液。
當高溫裂解木質材料的製程參數、步驟不同的情況下，會產生性質有所差異的不同木炭種類，其中又以活性炭的經濟價值較高。活性炭和一般單純用以當作燃料之木炭的差異，主要是經過活化的程序，使活性炭具有高比表面積及高孔隙體積，因此活性炭具備極佳的吸附能，故活性炭常廣泛作為吸附劑的使用，最常見的例如是液態或氣態汙染物的回收及純化。
而所述的木醋液中，含有醋酸、甲酸、酚類等等成分，上述各成分經研究顯示，使用於農作物時有利於作物根部和葉片的生長，並有減緩老化且提高果實風味的效果。除此之外，對於消除家禽糞尿臭味、加速堆肥發酵也有相當的效果。
然而，傳統的高溫裂解製程中，在對木質材料加熱的過程會產生焦油，而所述的焦油會因填充於生成之活性炭的部分孔隙中，造成活性炭的比表面積變小，因而影響製成之活性炭的品質。另外，由於木醋液在高溫裂解製程中，必須以收集氣體而冷凝的方式獲得，考量到製造活性炭的過程中所需的溫度，以及可能通入其他氣體而幫助生成的需要，目前並沒有在製造高品質活性炭的同時能有效收集醋液之氣體的物理方法，因此發明人特別針對生成高品質活性炭且同時獲得有經濟價值之木醋液的需求，積極進行相關的研究開發。
因此，本發明之目的，即在提供一種能生成高品質之活性炭，並能在一次性作業中同時獲得醋液的醋液與活性炭的連續作業生成方法。
於是，本發明醋液與活性炭的連續作業生成方法，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含一加熱步驟、一收集步驟、一均熱步驟、一升溫活化步驟，及一持溫物理活化步驟。
該加熱步驟是將該木質材料加熱至150℃。
該收集步驟是持續加熱該木質材料直至500℃，過程中收集該木質材料裂解產生的氣體並冷凝為醋液。
該均熱步驟是以維持在500℃的溫度處理該木質材料，使該木質材料整體均溫。
該升溫活化步驟是在將該木質材料加熱至850℃~1000℃的過程中導入過熱蒸氣或惰性氣體，使該木質材料在碳化的過程中活化而形成活性炭。
該持溫物理活化步驟是維持溫度在850℃~1000℃使該木質材料持續碳化，同時導入水氣、氮氣，以及二氧化碳的混合氣體，使該木質材料進一步活化。
本發明之功效在於：加熱裂解該木質材料之逐漸提高溫度的過程中，配合控制溫度升高或持溫的時機，得以同時在特定時機分階段收集到可冷凝為醋液的氣體，且使用水氣、氮氣，以及二氧化碳分階段活化的過程，能增加活性炭的孔隙度以及比表面積，提高所製成之活性炭的品質，也能達成在一次性作業中製得醋液以及活性炭的目的。
參閱圖1，本發明醋液與活性炭連續作業生成方法之一實施例，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含一加熱步驟11、一收集步驟12、一均熱步驟13、一升溫活化步驟14，及一持溫物理活化步驟15。
同時參閱圖1以及圖2，該加熱步驟11是將該木質材料加熱至150℃，由於該木質材料剛取得時含水量較高，所以該加熱步驟11就是要令該木質材料中含有的水分在此時先大量釋放，為了提高所製成之醋液的品質，在此時收集到的氣體大多為水氣，不會進一步冷凝為醋液，避免影響製成之醋液的品質。
該收集步驟12是持續加熱該木質材料直至500℃，過程中收集該木質材料裂解產生的氣體並冷凝為醋液。其中，該收集步驟包括一個第一階段121，及一個第二階段122。該第一階段121的溫度自150℃升高至300℃，並維持在300℃一段時間；而該第二階段122的溫度自300℃升高至500℃。也就是說，在該收集步驟12中，是隨著溫度逐步上升，分成兩個階段來收集得以冷凝為醋液的氣體。在該第一階段121及該第二階段122中分別收集到的氣體，所含有的醋液成分含量會有所不同，主要是在該第一階段121中所收集之氣體的水氣含量較高，依據不同的水分比例，也影響了醋液中醋酸的濃度及成份，故可依據醋液之產品特性而供不同領域使用。
該均熱步驟13是以維持在500℃的溫度處理該木質材料，使該木質材料內、外部的整體均溫，確保後續更劇烈地加溫而需要急遽升溫時，該木質材料的內、外部溫度不至於有過大的差異。
該升溫活化步驟14是在將該木質材料加熱至850℃~1000℃(本實施例最高是加熱到1000℃)的過程中導入過熱蒸氣或惰性氣體，使該木質材料在碳化的過程中活化而形成活性炭。其中，該升溫活化步驟14包括一將溫度自500℃提高至650℃的緩升階段141、一個將溫度自650℃提高至750℃並在維持固定溫度的狀態同時導入過熱蒸氣或惰性氣體的定溫階段142，及一個持續加熱而將溫度提高至850℃~1000℃的終溫階段143。由於使該木質材料維持在500℃的該均熱步驟13，會令該木質材料上的焦油增加，因此溫度在從500℃逐漸上升到650℃的過程較為緩慢(也就是時間較長)，主要是要藉由溫度緩步上升的同時去除部分的焦油；然後，當溫度繼續從650℃上升到750℃之後會維持大約2小時的恆溫，同時導入過熱蒸氣或惰性氣體，最後再持續加熱至850℃~1000℃，藉由所述過熱蒸氣或惰性氣體與碳元素的反應，能排出活性炭孔隙中的焦油之沉澱物，打開原本封閉的微孔，並使得所述微孔擴張，有效增加孔隙度和比表面積。由於評估活性炭之品質的重要關鍵，即是高孔隙度以及高比表面積所能產生的優良吸附性，故使用該實施例進行上述流程，確實得以製成品質優良的活性炭。
該持溫物理活化步驟15是以維持在850℃~1000℃(本實施例是維持在1000℃)的溫度使該木質材料持續碳化，同時導入水氣、氮氣，以及二氧化碳的混合氣體，使該木質材料進一步活化。由於該木質材料可以選用櫸木、竹類，或者其他木類，溫度的選擇也需要配合木種調整，而每一種不同的木種其中除了碳元素以外的成分差異，配合每一種木種各自適合的高溫時，則更容易發揮其化性而與不同的氣體反應。因此，在850℃~1000℃之間的適當溫度中，除了水氣以外，額外採用氮氣和二氧化碳以特定比例混合，更有利於配合不同之木質材料種類，進一步產生優質活化，讓所製成的活性炭之孔隙度及比表面積數值的呈現更佳，以提高製成之活性炭的品質。
舉例而言，當該木質材料選用含碳量相對較高的竹類時，為了使碳元素確實和水氣反應，故水氣比例會相對於二氧化碳要高，較佳是採用莫耳數比3:2。另外，為了在不影響水氣與碳元素反應的情況下，配合媒介氣體而使所述混合氣體確實導入，通常是採用莫耳數比與水氣及二氧化碳呈5:3:2的氮氣，利用其易於取得以及低活性的特性，達成利於導入且不會影響反應的目的。
綜上所述，本發明醋液與活性炭連續作業生成方法，能在一次性的作業中連續製成醋液以及活性炭，除了能分階段取得含量及成分不同的醋液，也能產生孔隙度、比表面積數值佳的高品質活性炭，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11‧‧‧加熱步驟
12‧‧‧收集步驟
121‧‧‧第一階段
122‧‧‧第二階段
13‧‧‧均熱步驟
14‧‧‧升溫活化步驟
141‧‧‧緩升階段
142‧‧‧定溫階段
143‧‧‧終溫階段
15‧‧‧持溫物理活化步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明醋液與活性炭連續作業生成方法的一實施例；及 圖2是一溫度折線圖，輔助圖1說明該實施例的各個步驟。
Claims (3)
- 一種醋液與活性炭的連續作業生成方法，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含：一加熱步驟，將該木質材料加熱至150℃；一收集步驟，持續加熱該木質材料直至500℃，過程中收集該木質材料裂解產生的氣體並冷凝為醋液；一均熱步驟，以維持在500℃的溫度處理該木質材料，使該木質材料整體均溫；一升溫活化步驟，在將該木質材料加熱至850℃~1000℃的過程中導入過熱蒸氣或惰性氣體，使該木質材料在碳化的過程中活化而形成活性炭；及一持溫物理活化步驟，維持溫度在850℃~1000℃使該木質材料持續碳化，同時導入水氣、氮氣，以及二氧化碳的混合氣體，氮氣、水氣，以及二氧化碳的莫耳數比為5：3：2，使該木質材料進一步活化。
- 如請求項1所述醋液與活性炭的連續作業生成方法，其中，該收集步驟包括：一個第一階段，溫度自150℃升高至300℃，並維持在300℃一段時間；及一個第二階段，溫度自300℃升高至500℃。
- 如請求項1所述醋液與活性炭的連續作業生成方法，其中，該升溫活化步驟包括：一個緩升階段，將溫度自500℃提高至650℃；一個定溫階段，將溫度自650℃提高至750℃並在維 持固定溫度的狀態同時導入過熱蒸氣或惰性氣體；及一個終溫階段，持續加熱而將溫度提高至850℃~1000℃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115072718A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-09-20 | 湘潭大学 | 一种利用竹醋液制备活性炭的新型环保工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103265026A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-08-28 | 西北农林科技大学 | 活性炭生产设备及应用该设备生产活性炭、木醋液、焦油及木煤气的方法 |
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- 2017-12-18 TW TW106144336A patent/TWI633180B/zh active
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