本發(fā)明屬于炭生產(chǎn)制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熱值機制炭及其制備方法。
背景技術(shù)：
機制炭又名薪棒、人造炭、無煙炭、清潔炭，由于機制炭易燃、無煙、無味、無毒、不易爆炸等的諸多好處，已經(jīng)被廣泛用于家庭取暖，燒烤食品。相對比，一般工藝制備的木炭，燃燒時間短，熱值低，不符合節(jié)能環(huán)保的要求，而機制炭的熱值高、燃燒時間長、灰分低、無煙，深受人們的喜愛。但是，隨著機制炭生產(chǎn)規(guī)模的逐年擴大和供求關(guān)系的變化，傳統(tǒng)的制備原料如木屑、竹粉供不應(yīng)求，一方面使得制備機制炭的原料成本大幅提高，另一方面以木屑、竹粉為主要原料，則需要相當(dāng)?shù)牧帜?、竹林資源來滿足機制炭產(chǎn)業(yè)的需要，必然會出現(xiàn)供求失衡，而且國家不斷加大生態(tài)環(huán)境保護力度，禁止砍伐林木，使得機制炭原料上急需進行改革。
我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剩余物達幾十億噸，目前其利用率僅為20％，而且整個過程存在綜合利用程度較低、處理不當(dāng)還會引發(fā)環(huán)境污染等大量問題?，F(xiàn)如今，已經(jīng)有一些機制炭從業(yè)者開始進行對秸稈等進行利用，但是生產(chǎn)出來的機制炭的熱值和燃燒時間往往不盡如人意。另外，這些機制炭在制作過程中，往往不易成型，機制炭的得炭率很低，密度和機械強度也不夠高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種高熱值機制炭，第二目的在于提供一種高熱值機制炭的制備方法，
本發(fā)明的第一目的是這樣實現(xiàn)的，包括以下重量份的原料：鋸末30~40份、竹粉10~20份、堅果殼8~10份、玉米桿6~8份、高粱桿6~8份、大豆桿6~8份、棉花桿6~8份、煙葉桿6~8份、甘蔗渣4~6份、芝麻桿2~4份、香蕉廢料2~4份、馬鈴薯廢料1~2份、木薯皮1~2份、仙人掌1~2份、火龍果莖1~2份、草果植株1~2份。
本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的，包括以下步驟：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量18~25%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為3mm以內(nèi)的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成220~240℃，進行烘干，得到含水量在10%之內(nèi)的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在120~150℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，2~3個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理1~2個小時；將溫度控制在230~270℃對薪棒進行初步炭化處理，維持6~8個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；將溫度控制在450~650℃對薪棒進行炭化處理，維持12~16個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在750~850℃對薪棒進行煅燒處理，維持8~12小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制。
本發(fā)明的有益效果：
1、本發(fā)明以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物配合傳統(tǒng)原料鋸末和竹粉進行機制炭的加工，使用合理的配方，在成倍地減少了鋸末、竹粉用量的基礎(chǔ)上保持甚至增加了機制炭的熱值，減輕了林木資源保護的壓力，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源。
2、本發(fā)明將原料中纖維素和木質(zhì)素的含量進行了合理的搭配，保證了炭棒的密度大和機械強度高，另一方面也保證本發(fā)明機制炭的最高含碳量不低于純鋸末作為原料制備的機制炭；通過在配方中加入香蕉廢料、馬鈴薯廢料、木薯皮、仙人掌、火龍果莖等，不僅作為原料，也增加原料的粘度，特別是在利于炭棒成型，使產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
3、本發(fā)明的制備方法制得的機制炭密度大、體積小、可燃性好、燃燒時間長、固定碳含量高，成型率高，不易破碎；通過在烘干前進行曝曬，使表層水分蒸發(fā)，以減少熱烘的時間和燃料的消耗；在壓制薪棒時使原料中的木質(zhì)素有效軟化進一步增加粘度，利于成型；利用少量外加燃料及大量自身熱分解物燃燒所產(chǎn)生的熱量，進行炭燒過程的熱量供應(yīng)，節(jié)省成本。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明所述的高熱值機制炭，包括以下重量份的原料：鋸末30~40份、竹粉10~20份、堅果殼8~10份、玉米桿6~8份、高粱桿6~8份、大豆桿6~8份、棉花桿6~8份、煙葉桿6~8份、甘蔗渣4~6份、芝麻桿2~4份、香蕉廢料2~4份、馬鈴薯廢料1~2份、木薯皮1~2份、仙人掌1~2份、火龍果莖1~2份、草果植株1~2份。
還包括以下重量份的原料：向日葵桿6~8份、椰子殼2~5份，咖啡果實殼2~5份、水葫蘆2~5份、稻谷殼2~3份。
所述的堅果殼為山核桃殼、葵花籽殼、花生殼、板栗殼中的一種或多種。
所述的香蕉廢料為香蕉植株的莖桿、香蕉皮中的一種或幾種。
所述的馬鈴薯廢料為馬鈴薯植株的莖、葉以及發(fā)芽的馬鈴薯塊莖。
所述的草果植株為枯萎的草果植株和已結(jié)過果的草果植株。
本發(fā)明所述的高熱值機制炭的制備方法，包括以下步驟：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量18~25%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為3mm以內(nèi)的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成220~240℃，進行烘干，得到含水量在10%之內(nèi)的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在120~150℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，2~3個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理1~2個小時；將溫度控制在230~270℃對薪棒進行初步炭化處理，維持6~8個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；將溫度控制在450~650℃對薪棒進行炭化處理，維持12~16個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在750~850℃對薪棒進行煅燒處理，維持8~12小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制。
步驟3）中所述的薪棒的橫截面為正方形、正六邊形、圓形中的一種。
實施例1
原料重量份組成：鋸末30份、竹粉10份、堅果殼8份、玉米桿6份、高粱桿6份、大豆桿6份、棉花桿6份、煙葉桿6份、甘蔗渣4份、芝麻桿2份、香蕉廢料2份、馬鈴薯廢料1份、木薯皮1份、仙人掌1份、火龍果莖1份、草果植株1份。所述堅果殼為山核桃殼、葵花籽殼、花生殼和板栗殼。所述的香蕉廢料為香蕉植株的莖桿和香蕉皮。所述的馬鈴薯廢料為馬鈴薯植株的莖、葉以及發(fā)芽的馬鈴薯塊莖。所述的草果植株為枯萎的草果植株和已結(jié)過果的草果植株。
制備方法：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量18%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為3mm的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成220℃，進行烘干，得到含水量為10%的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；所述的薪棒的橫截面為正六邊形；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在120℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，3個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理2個小時；將溫度控制在230℃對薪棒進行初步炭化處理，維持8個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；將溫度控制在450℃對薪棒進行炭化處理，維持16個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在750℃對薪棒進行煅燒處理，維持12小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制炭。
本實施例制得的機制炭無異味，無非機制炭類雜質(zhì)，斷面具有金屬光澤；密度大，每千克機制炭的熱值達到 6000kcal 以上。本發(fā)明成倍地減少了鋸末、竹粉等用量，同時將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源，炭棒易成型，產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高成品質(zhì)量。
實施例2
原料重量份組成：鋸末32份、竹粉12份、堅果殼9份、玉米桿7份、高粱桿7份、大豆桿7份、棉花桿7份、煙葉桿7份、甘蔗渣5份、芝麻桿3份、香蕉廢料3份、馬鈴薯廢料1份、木薯皮1份、仙人掌1份、火龍果莖1份、草果植株1份、向日葵桿6份、椰子殼2份，咖啡果實殼2份、水葫蘆2份、稻谷殼2份。所述的堅果殼為山核桃殼。所述的香蕉廢料為香蕉植株的莖桿。所述的馬鈴薯廢料為馬鈴薯植株的莖、葉以及發(fā)芽的馬鈴薯塊莖。所述的草果植株為枯萎的草果植株和已結(jié)過果的草果植株。
制備方法：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量20%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為2mm以內(nèi)的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成230℃，進行烘干，得到含水量在8%的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；所述的薪棒的橫截面為正方形；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在130℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，3個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理2個小時；將溫度控制在250℃對薪棒進行初步炭化處理，維持7個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；在無氧條件下，將溫度控制在550℃對薪棒進行炭化處理，維持14個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在800℃對薪棒進行煅燒處理，維持10小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制炭。
本實施例制得的機制炭無異味，無非機制炭類雜質(zhì)，斷面具有金屬光澤；密度大，每千克機制炭的熱值達到 6210kcal。本發(fā)明成倍地減少了鋸末、竹粉等用量，同時將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源，炭棒易成型，產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高成品質(zhì)量。
實施例3
原料重量份組成：鋸末35份、竹粉15份、堅果殼10份、玉米桿8份、高粱桿8份、大豆桿8份、棉花桿8份、煙葉桿8份、甘蔗渣6份、芝麻桿4份、香蕉廢料4份、馬鈴薯廢料2份、木薯皮2份、仙人掌2份、火龍果莖2份、草果植株2份、向日葵桿8份、椰子殼3份，咖啡果實殼3份、水葫蘆3份、稻谷殼3份。所述的堅果殼為葵花籽殼和花生殼。所述的香蕉廢料為香蕉皮。所述的馬鈴薯廢料為馬鈴薯植株的莖、葉以及發(fā)芽的馬鈴薯塊莖。所述的草果植株為枯萎的草果植株和已結(jié)過果的草果植株。
制備方法：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量22%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為1mm的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成240℃，進行烘干，得到含水量在6%的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；所述的薪棒的橫截面為圓形；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在140℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，2個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理2個小時；將溫度控制在260℃對薪棒進行初步炭化處理，維持7個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；將溫度控制在500℃對薪棒進行炭化處理，維持15個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在850℃對薪棒進行煅燒處理，維持8小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制炭。
本實施例制得的機制炭無異味，無非機制炭類雜質(zhì)，斷面具有金屬光澤；密度大，每千克機制炭的熱值達到 6100kcal。本發(fā)明成倍地減少了鋸末、竹粉等用量，同時將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源，炭棒易成型，產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高成品質(zhì)量。
實施例4
原料重量份組成：鋸末40份、竹粉20份、堅果殼10份、玉米桿8份、高粱桿8份、大豆桿8份、棉花桿8份、煙葉桿8份、甘蔗渣6份、芝麻桿4份、香蕉廢料4份、馬鈴薯廢料2份、木薯皮2份、仙人掌2份、火龍果莖2份、草果植株2份、向日葵桿8份、椰子殼5份，咖啡果實殼5份、水葫蘆5份、稻谷殼3份。所述堅果殼為山核桃殼和板栗殼。所述的香蕉廢料為香蕉植株的莖桿和香蕉皮。所述的馬鈴薯廢料為馬鈴薯植株的莖、葉以及發(fā)芽的馬鈴薯塊莖。所述的草果植株為枯萎的草果植株和已結(jié)過果的草果植株。
制備方法：
1）原料處理：將原料經(jīng)過篩選剔除雜物后，在陽光下曝曬至含水量25%，然后用粉碎機將曝曬后的原料粉碎成直徑為1.5mm的顆粒；
2）原料烘干：將經(jīng)過步驟1）處理的原料送入烘干機，將溫度設(shè)置成240℃，進行烘干，得到含水量在9%之內(nèi)的干燥原料，然后將干燥原料自然冷卻；
3）壓制薪棒：將經(jīng)過步驟2）處理的干燥原料送入制棒機，將干燥原料壓制成帶中心孔的薪棒，然后將壓制好的薪棒自然冷卻；所述的薪棒的橫截面為正六邊形；
4）炭化過程：將經(jīng)過步驟3）處理的薪棒裝入炭化爐，然后關(guān)閉爐蓋，爐蓋與炭化爐的接觸處用沙土封閉，使用炭化爐加熱裝置，在無氧條件下，先將溫度控制在150℃對薪棒進行干燥處理，將薪棒中的水分蒸發(fā)出去，2個小時后進行排蒸汽處理，然后繼續(xù)進行干燥處理1個小時；將溫度控制在270℃對薪棒進行初步炭化處理，維持6個小時，同時將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量；將溫度控制在650℃對薪棒進行炭化處理，維持16個小時，將產(chǎn)生的煙氣返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，將產(chǎn)生的木醋液和木焦油回收并儲存用于精制出售；在無氧條件下，將溫度控制在850℃對薪棒進行煅燒處理，維持8小時，將產(chǎn)生的氣體返回炭化爐加熱裝置燃燒提供熱量，然后在缺氧狀態(tài)下自然冷卻至室溫，即得機制炭。
本實施例制得的機制炭無異味，無非機制炭類雜質(zhì)，斷面具有金屬光澤；密度大，每千克機制炭的熱值達到 6350kcal。本發(fā)明成倍地減少了鋸末、竹粉等用量，同時將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源，炭棒易成型，產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高成品質(zhì)量。
通過實施例可知，本發(fā)明以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物配合傳統(tǒng)原料鋸末和竹粉進行機制炭的加工，使用合理的配方，在成倍地減少了鋸末、竹粉用量的基礎(chǔ)上保持甚至增加了機制炭的熱值，減輕了林木資源保護的壓力，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物利用起來，變廢為寶，大大降低了成本，極大地擴大了機制炭原料的來源。本發(fā)明將原料中纖維素和木質(zhì)素的含量進行了合理的搭配，保證了炭棒的密度大和機械強度高，另一方面也保證本發(fā)明機制炭的最高含碳量不低于純鋸末作為原料制備的機制炭；通過在配方中加入香蕉廢料、馬鈴薯廢料、木薯皮、仙人掌、火龍果莖等，不僅作為原料，也增加原料的粘度，特別是在利于炭棒成型，使產(chǎn)品不容易開裂破碎，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的制備方法制得的機制炭密度大、體積小、可燃性好、燃燒時間長、固定碳含量高，成型率高，不易破碎；通過在烘干前進行曝曬，使表層水分蒸發(fā)，以減少熱烘的時間和燃料的消耗；在壓制薪棒時使原料中的木質(zhì)素有效軟化進一步增加粘度，利于成型；利用少量外加燃料及大量自身熱分解物燃燒所產(chǎn)生的熱量，進行炭燒過程的熱量供應(yīng)，節(jié)省成本。