一種高性能復合機制炭的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高性能復合機制炭的制備方法，屬于資源綜合利用技術領域。首先將含水率為5%以下的生物質原料、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；將得到的生物質原料顆粒熱解得到生物炭；將生物炭、褐煤、粘結劑、助燃劑、水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；將得到的帶有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升溫速率升溫至400～700℃炭化1～12h，冷卻后得到復合機制炭。該制備過程是以來源豐富、價格低廉、可再生且易于粉碎的生物質以及價格低廉的褐煤為碳源，具有大規模生產價格低、收率高、熱值高、孔隙率高、廣受市場歡迎的復合機制炭的潛能。

Preparation method of high-performance composite mechanism carbon

The invention relates to a preparation method of a high-performance composite mechanism carbon, belonging to the technical field of resource comprehensive utilization. The moisture content was below 5% of the biomass, were crushed to a particle size of less than 1cm lignite particles; the biomass pyrolysis of biochar; biological carbon, lignite, binder, combustion, mixing water mixed materials, the mixture is compressed into a central hole of the carbon rod will be; with the center hole of the carbon rod with 30 ~ 200 DEG /min heating rate of heating to 400 to 700 DEG C carbonization of 1 ~ 12h, after cooling to obtain the composite mechanism of carbon. The preparation process is abundant, cheap, renewable and easy to smash biomass and low price of lignite as the carbon source, with composite mechanism of carbon mass production of low price, high yield, high calorific value, high porosity, widely welcomed by the market potential.

【技術實現步驟摘要】
一種高性能復合機制炭的制備方法
本專利技術涉及一種高性能復合機制炭的制備方法，屬于資源綜合利用

技術介紹
長期以來，木炭一直被廣泛地用作生活燃料，木炭是將木材在缺氧的條件下燃燒或熱解而制取的，生產木炭需要消耗大量的森林資源，嚴重破壞了生態環境，我國森林覆蓋面積不到國土的10%，森林的形成需要一定的生長周期，大量的森林砍伐不符合保護生態環境、創建低炭社會、發展循環經濟的要求；傳統木炭的生產方法為將木材放入爐窯之中熱解進行土窯制炭工藝具有密封性差、生產周期長、產量低、成本高等缺點，且熱解過程中的煙氣直接排放，不僅浪費資源還造成了環境污染，近年來，隨著國家環保要求的提高，土窯制炭被淘汰將是大勢所趨；農林生物質原料是典型的可再生能源，其具有來源廣泛，儲量豐富，生長周期短等優點。地球上每年生產的生物質總量約為1400~1800億噸，我國每年廢棄的秸稈高達60億多噸，資源化潛力巨大，且農林生物質原料熱解所得生物質炭孔洞結構發達、易于燃燒。但農林生物質資源也存在其局限性，主要表現為：分布不集中，不易收集等，因此單獨使用農林生物質為原料制備機制炭，從產量角度考慮遠遠無法滿足日常生產生活對炭質燃料的需求；我國褐煤資源豐富，且價格低廉，但褐煤揮發成分高(>40%)、固定碳含量低、孔洞結構不發達，單獨使用褐煤制備的機制炭燃燒效果不理想，這些缺點限制了褐煤的應用，以褐煤為原料，采用中低溫干餾對褐煤進行炭化處理，脫去其中的大部分水分和揮發分，得到性能較好的褐煤半焦炭，并將其與生物質炭混合，可以擴大其應用范圍。基于以上背景，本文提出了一種既克服了生物質炭產量小，又解決了褐煤固定碳含量低，孔隙結構不發達等問題的復合機制炭制備方法。本專利技術旨在充分利用可再生的農林生物質資源和價格低廉、儲量豐富的褐煤，首先利用熱解（干餾）技術對農林生物質原料進行加工，熱解過程中的煙氣得到充分利用，并將熱解所產生的副產品生物質炭（配比較小）與儲量十分豐富的褐煤（配比較大）混合后進行第二步炭化，炭化過程中煙氣揮發去除，增加了復合機制炭的孔隙率，且煙氣排入水池中被吸收，吸收了煙氣的水分被循環用到復合機制炭配料環節。本專利技術制備的復合機制炭不僅解決了生物質炭和褐煤兩者的局限性，而且資源得到循環利用，符合節能環保、綠色發展的要求。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題及不足，本專利技術提供一種高性能復合機制炭的制備方法。該制備過程是以來源豐富、價格低廉、可再生且易于粉碎的生物質以及價格低廉的褐煤為碳源，具有大規模生產價格低、收率高、熱值高、孔隙率高、廣受市場歡迎的復合機制炭的潛能。本專利技術通過以下技術方案實現。一種高性能復合機制炭的制備方法，其具體步驟如下：（1）首先將含水率為5%以下的生物質原料、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；（2）將步驟（1）得到的生物質原料顆粒在溫度為400℃～900℃下熱解得到生物炭，將熱解過程中產生的生物質氣體進一步處理后用作燃氣；（3）將質量百分比為10～40%的步驟（2）得到的生物炭、質量百分比為40～70%步驟（1）得到的褐煤、質量百分比為1～10%粘結劑、質量百分比1～10%為助燃劑、質量百分比為5～14%的水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升溫速率升溫至400～700℃炭化1～12h，冷卻后得到復合機制炭。所述步驟（1）中生物質原料為核桃殼、松子殼、椰子殼、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡殼、花生殼中的一種或者幾種任意比例混合物。所述步驟（3）中粘結劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的泥煤、褐煤或風化煤粉碎至粒徑小于1mm，按照液固比為1～10:1ml/g加入到百分比濃度為5～30%的NaOH溶液中，在溫度為80～120℃下攪拌20～40min制備得到粘結劑。所述步驟（3）得到的助燃劑為50～80wt%二氧化錳、15～30wt%三氧化二鋁和5～20wt%碳酸鈣混合物。所述步驟（4）炭化過程產生的熱解煙氣將通過管道引入到蓄水池中被水吸收，蓄水池中的污水將循環利用于步驟（3）中作為混合物料的水。本專利技術的有益效果是：該機制炭的固定碳含量≥80%，灰分≤5%，熱值≥35MJ/Kg，燃燒時最低溫度大于或等于420℃；該機制炭中所用生物質原料和褐煤價格低廉，脫灰效果好，孔隙率高，本機制炭的制備過程中采用兩步炭化，第一步炭化過程為生物質原料的熱解（干餾）炭-氣聯產，熱解煙氣和副產品生物質炭均得到了充分利用；第二步為生物質炭（配比較小）、褐煤（配比較大）等混合物炭化，提高了褐煤的固定碳含量，且揮發分去除過程中產生的大量孔隙有利于機制炭的燃燒，此外，熱解煙氣排入水池中被吸收，吸收了煙氣的水分被循環用到復合機制炭配料環節。本專利技術制備的復合機制炭不僅解決了生物質炭和褐煤兩者的局限性，而且資源得到綜合利用，符合綠色發展的要求。具體實施方式下面結合具體實施方式，對本專利技術作進一步說明。實施例1該高性能復合機制炭的制備方法，其具體步驟如下：（1）首先將含水率為5%以下的生物質原料（質量比1:1:1:1的核桃殼、松子殼、椰子殼和玉米芯混合生物質原料）、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；（2）將步驟（1）得到的生物質原料顆粒在溫度為400℃下熱解3h得到生物炭，將熱解過程中產生的生物質氣體進一步處理后用作燃氣；（3）將質量百分比為10%的步驟（2）得到的生物炭、質量百分比為70%步驟（1）得到的褐煤、質量百分比為10%粘結劑、質量百分比1%為助燃劑、質量百分比為9%的水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；粘結劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的泥煤粉碎至粒徑小于1mm，按照液固比為10:1ml/g加入到百分比濃度為5%的NaOH溶液中，在溫度為80℃下攪拌20min制備得到粘結劑；助燃劑為50wt%二氧化錳、30wt%三氧化二鋁和20wt%碳酸鈣混合物；（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以200℃/min的升溫速率升溫至700℃炭化1h，冷卻后得到復合機制炭；炭化過程產生的熱解煙氣將通過管道引入到蓄水池中被水吸收，蓄水池中的污水將循環利用于步驟（3）中作為混合物料的水。結果表明，生物質炭化得率為32%；經檢測，該復合機制炭的固定碳含量為83wt%，灰分含量為5wt%，熱值為35MJ/Kg，燃燒時最高溫度可以達到420℃。實施例2該高性能復合機制炭的制備方法，其具體步驟如下：（1）首先將含水率為5%以下的生物質原料（甘蔗渣）、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；（2）將步驟（1）得到的生物質原料顆粒在溫度為600℃下熱解2.5h得到生物炭，將熱解過程中產生的生物質氣體進一步處理后用作燃氣；（3）將質量百分比為30%的步驟（2）得到的生物炭、質量百分比為50%步驟（1）得到的褐煤、質量百分比為5%粘結劑、質量百分比10%為助燃劑、質量百分比為5%的水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；粘結劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的褐煤粉碎至粒徑小于1mm，按照液固比為1:1ml/g加入到百分比濃度為20%的NaOH溶液中，在溫度為80℃下攪拌20min制備得到粘結劑；助燃劑為60wt%二氧化錳、20wt本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高性能復合機制炭的制備方法，其特征在于具體步驟如下：（1）首先將含水率為5%以下的生物質原料、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；（2）將步驟（1）得到的生物質原料顆粒在溫度為400℃～900℃下熱解得到生物炭，將熱解過程中產生的生物質氣體進一步處理后用作燃氣；（3）將質量百分比為10～40%的步驟（2）得到的生物炭、質量百分比為40～70%步驟（1）得到的褐煤、質量百分比為1～10%粘結劑、質量百分比1～10%為助燃劑、質量百分比為5～14%的水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升溫速率升溫至400～700℃炭化1～12h，冷卻后得到復合機制炭。

【技術特征摘要】
1.一種高性能復合機制炭的制備方法，其特征在于具體步驟如下：（1）首先將含水率為5%以下的生物質原料、褐煤分別破碎至粒度小于1cm的顆粒；（2）將步驟（1）得到的生物質原料顆粒在溫度為400℃～900℃下熱解得到生物炭，將熱解過程中產生的生物質氣體進一步處理后用作燃氣；（3）將質量百分比為10～40%的步驟（2）得到的生物炭、質量百分比為40～70%步驟（1）得到的褐煤、質量百分比為1～10%粘結劑、質量百分比1～10%為助燃劑、質量百分比為5～14%的水混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成帶有中心孔的炭棒；（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升溫速率升溫至400～700℃炭化1～12h，冷卻后得到復合機制炭。2.根據權利要求1所述的高性能復合機制炭的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中生物質原料為核桃殼、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬文會，楊興衛，魏奎先，陳正杰，伍繼君，謝克強，劉大春，楊斌，王華，戴永年，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：云南,53