一种高性能复合机制炭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能复合机制炭的制备方法，属于资源综合利用技术领域。首先将含水率为5%以下的生物质原料、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；将得到的生物质原料颗粒热解得到生物炭；将生物炭、褐煤、粘结剂、助燃剂、水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；将得到的带有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升温速率升温至400～700℃炭化1～12h，冷却后得到复合机制炭。该制备过程是以来源丰富、价格低廉、可再生且易于粉碎的生物质以及价格低廉的褐煤为碳源，具有大规模生产价格低、收率高、热值高、孔隙率高、广受市场欢迎的复合机制炭的潜能。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能复合机制炭的制备方法
本专利技术涉及一种高性能复合机制炭的制备方法，属于资源综合利用

技术介绍
长期以来，木炭一直被广泛地用作生活燃料，木炭是将木材在缺氧的条件下燃烧或热解而制取的，生产木炭需要消耗大量的森林资源，严重破坏了生态环境，我国森林覆盖面积不到国土的10%，森林的形成需要一定的生长周期，大量的森林砍伐不符合保护生态环境、创建低炭社会、发展循环经济的要求；传统木炭的生产方法为将木材放入炉窑之中热解进行土窑制炭工艺具有密封性差、生产周期长、产量低、成本高等缺点，且热解过程中的烟气直接排放，不仅浪费资源还造成了环境污染，近年来，随着国家环保要求的提高，土窑制炭被淘汰将是大势所趋；农林生物质原料是典型的可再生能源，其具有来源广泛，储量丰富，生长周期短等优点。地球上每年生产的生物质总量约为1400~1800亿吨，我国每年废弃的秸秆高达60亿多吨，资源化潜力巨大，且农林生物质原料热解所得生物质炭孔洞结构发达、易于燃烧。但农林生物质资源也存在其局限性，主要表现为：分布不集中，不易收集等，因此单独使用农林生物质为原料制备机制炭，从产量角度考虑远远无法满足日常生产生活对炭质燃料的需求；我国褐煤资源丰富，且价格低廉，但褐煤挥发成分高(>40%)、固定碳含量低、孔洞结构不发达，单独使用褐煤制备的机制炭燃烧效果不理想，这些缺点限制了褐煤的应用，以褐煤为原料，采用中低温干馏对褐煤进行炭化处理，脱去其中的大部分水分和挥发分，得到性能较好的褐煤半焦炭，并将其与生物质炭混合，可以扩大其应用范围。基于以上背景，本文提出了一种既克服了生物质炭产量小，又解决了褐煤固定碳含量低，孔隙结构不发达等问题的复合机制炭制备方法。本专利技术旨在充分利用可再生的农林生物质资源和价格低廉、储量丰富的褐煤，首先利用热解（干馏）技术对农林生物质原料进行加工，热解过程中的烟气得到充分利用，并将热解所产生的副产品生物质炭（配比较小）与储量十分丰富的褐煤（配比较大）混合后进行第二步炭化，炭化过程中烟气挥发去除，增加了复合机制炭的孔隙率，且烟气排入水池中被吸收，吸收了烟气的水分被循环用到复合机制炭配料环节。本专利技术制备的复合机制炭不仅解决了生物质炭和褐煤两者的局限性，而且资源得到循环利用，符合节能环保、绿色发展的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种高性能复合机制炭的制备方法。该制备过程是以来源丰富、价格低廉、可再生且易于粉碎的生物质以及价格低廉的褐煤为碳源，具有大规模生产价格低、收率高、热值高、孔隙率高、广受市场欢迎的复合机制炭的潜能。本专利技术通过以下技术方案实现。一种高性能复合机制炭的制备方法，其具体步骤如下：（1）首先将含水率为5%以下的生物质原料、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；（2）将步骤（1）得到的生物质原料颗粒在温度为400℃～900℃下热解得到生物炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；（3）将质量百分比为10～40%的步骤（2）得到的生物炭、质量百分比为40～70%步骤（1）得到的褐煤、质量百分比为1～10%粘结剂、质量百分比1～10%为助燃剂、质量百分比为5～14%的水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；（4）将步骤（3）得到的带有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升温速率升温至400～700℃炭化1～12h，冷却后得到复合机制炭。所述步骤（1）中生物质原料为核桃壳、松子壳、椰子壳、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡壳、花生壳中的一种或者几种任意比例混合物。所述步骤（3）中粘结剂制备方法为：将含30wt%以上腐植酸的泥煤、褐煤或风化煤粉碎至粒径小于1mm，按照液固比为1～10:1ml/g加入到百分比浓度为5～30%的NaOH溶液中，在温度为80～120℃下搅拌20～40min制备得到粘结剂。所述步骤（3）得到的助燃剂为50～80wt%二氧化锰、15～30wt%三氧化二铝和5～20wt%碳酸钙混合物。所述步骤（4）炭化过程产生的热解烟气将通过管道引入到蓄水池中被水吸收，蓄水池中的污水将循环利用于步骤（3）中作为混合物料的水。本专利技术的有益效果是：该机制炭的固定碳含量≥80%，灰分≤5%，热值≥35MJ/Kg，燃烧时最低温度大于或等于420℃；该机制炭中所用生物质原料和褐煤价格低廉，脱灰效果好，孔隙率高，本机制炭的制备过程中采用两步炭化，第一步炭化过程为生物质原料的热解（干馏）炭-气联产，热解烟气和副产品生物质炭均得到了充分利用；第二步为生物质炭（配比较小）、褐煤（配比较大）等混合物炭化，提高了褐煤的固定碳含量，且挥发分去除过程中产生的大量孔隙有利于机制炭的燃烧，此外，热解烟气排入水池中被吸收，吸收了烟气的水分被循环用到复合机制炭配料环节。本专利技术制备的复合机制炭不仅解决了生物质炭和褐煤两者的局限性，而且资源得到综合利用，符合绿色发展的要求。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该高性能复合机制炭的制备方法，其具体步骤如下：（1）首先将含水率为5%以下的生物质原料（质量比1:1:1:1的核桃壳、松子壳、椰子壳和玉米芯混合生物质原料）、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；（2）将步骤（1）得到的生物质原料颗粒在温度为400℃下热解3h得到生物炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；（3）将质量百分比为10%的步骤（2）得到的生物炭、质量百分比为70%步骤（1）得到的褐煤、质量百分比为10%粘结剂、质量百分比1%为助燃剂、质量百分比为9%的水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；粘结剂制备方法为：将含30wt%以上腐植酸的泥煤粉碎至粒径小于1mm，按照液固比为10:1ml/g加入到百分比浓度为5%的NaOH溶液中，在温度为80℃下搅拌20min制备得到粘结剂；助燃剂为50wt%二氧化锰、30wt%三氧化二铝和20wt%碳酸钙混合物；（4）将步骤（3）得到的带有中心孔的炭棒以200℃/min的升温速率升温至700℃炭化1h，冷却后得到复合机制炭；炭化过程产生的热解烟气将通过管道引入到蓄水池中被水吸收，蓄水池中的污水将循环利用于步骤（3）中作为混合物料的水。结果表明，生物质炭化得率为32%；经检测，该复合机制炭的固定碳含量为83wt%，灰分含量为5wt%，热值为35MJ/Kg，燃烧时最高温度可以达到420℃。实施例2该高性能复合机制炭的制备方法，其具体步骤如下：（1）首先将含水率为5%以下的生物质原料（甘蔗渣）、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；（2）将步骤（1）得到的生物质原料颗粒在温度为600℃下热解2.5h得到生物炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；（3）将质量百分比为30%的步骤（2）得到的生物炭、质量百分比为50%步骤（1）得到的褐煤、质量百分比为5%粘结剂、质量百分比10%为助燃剂、质量百分比为5%的水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；粘结剂制备方法为：将含30wt%以上腐植酸的褐煤粉碎至粒径小于1mm，按照液固比为1:1ml/g加入到百分比浓度为20%的NaOH溶液中，在温度为80℃下搅拌20min制备得到粘结剂；助燃剂为60wt%二氧化锰、20wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能复合机制炭的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）首先将含水率为5%以下的生物质原料、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；（2）将步骤（1）得到的生物质原料颗粒在温度为400℃～900℃下热解得到生物炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；（3）将质量百分比为10～40%的步骤（2）得到的生物炭、质量百分比为40～70%步骤（1）得到的褐煤、质量百分比为1～10%粘结剂、质量百分比1～10%为助燃剂、质量百分比为5～14%的水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；（4）将步骤（3）得到的带有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升温速率升温至400～700℃炭化1～12h，冷却后得到复合机制炭。

【技术特征摘要】
1.一种高性能复合机制炭的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）首先将含水率为5%以下的生物质原料、褐煤分别破碎至粒度小于1cm的颗粒；（2）将步骤（1）得到的生物质原料颗粒在温度为400℃～900℃下热解得到生物炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；（3）将质量百分比为10～40%的步骤（2）得到的生物炭、质量百分比为40～70%步骤（1）得到的褐煤、质量百分比为1～10%粘结剂、质量百分比1～10%为助燃剂、质量百分比为5～14%的水混合均匀得到混合物料，将混合物料压制成带有中心孔的炭棒；（4）将步骤（3）得到的带有中心孔的炭棒以30～200℃/min的升温速率升温至400～700℃炭化1～12h，冷却后得到复合机制炭。2.根据权利要求1所述的高性能复合机制炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中生物质原料为核桃壳、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文会，杨兴卫，魏奎先，陈正杰，伍继君，谢克强，刘大春，杨斌，王华，戴永年，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53