用中小径竹烧制高密度竹炭的方法技术

一种用中小径竹烧制高密度竹炭的方法，选用列管式移动床干馏炭化炉等烧炭各阶段温度可控、高温区温度达1000℃、炉下部近出炭口有密封区的炭化炉烧制，对竹材进行劈分和截段处理后入炉，再经过熏烟干燥与预炭化、主炭化、煅烧精炼、密闭冷却出炭等步骤烧制而成，本竹炭密度达0.9-1.2g/cm3，应用领域进一步拓宽。用本方法烧制高密度竹炭，其中小径竹的原料丰富、更新期短，烧制时几乎不需其它供热热源，25.5-42小时即可出炭，生产周期短、生产效率高，节能效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含碳物料干馏制炭的方法，具体是竹材干馏烧制高密度竹炭的方法。
技术介绍
全球范围内的森林禁伐，普遍采用以竹代木，造成毛竹等大径竹的过度开发利用， 大径竹的资源趋紧。毛竹等大径竹一般需4龄后方可利用，更新期长。而另一方面食用笋竹中的雷竹等中径竹、山野遍坡的小径竹尚未得到充分利用，这类竹2龄即可利用，更新周期短，能解决竹材短缺的燃眉之急。CN201427338公告了“一种小径竹胶合板”，开拓了小径竹利用的新途径。当人们认识竹炭具有许多特殊的理化特性，有极高的利用价值后，烧制竹炭已十分普遍，有干馏热解法和土窑烧制法两种方法，目前在一般炭化炉中干馏热解，其精炼温度难以提高，烧制不出高密度的竹炭，竹炭品质不甚理想。土窑烧制竹炭的高温干馏时间长达20天，效率低，又需大量薪柴作热源，与低碳经济相悖。CN1667085公开了 “一种竹炭的生产方法”，以毛竹为原料，经热解炭化、高温精炼和降温退窑三个步骤，需用煤、竹木下脚料作热源，并用热电耦辅助加热，能耗高。CN1485400公开了“一种制取导电竹炭的方法”，采用分级控温，一开始就将炉温升至1500°C，用土封堵炉门降温至700°C，再打开炉门点火升温至1500°C，再封堵炉门降温至常温后出炭，泡洗、烘干，制成导电竹炭。业内学者公知，在竹炭的烧制过程中，因采用的炉窑不同、各阶段控制的温度不同、时间不同、气体氛围不同、竹材原料不同等因素的影响，烧制成的竹炭的理化特性差异极大。经检索，尚未发现用中、小径竹为原料，基本不另加热源，只需25. 5-42小时烧制出高密度竹炭的方法的相关报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种。解决上述技术问题所采用的技术方案是本， 按下列步骤进行(1)炭化炉的选择采用市售的列管式移动床干馏炭化炉或自燃内热移动床干馏炭化炉或通风均勻的移动床连续炭化炉烧制，并在设备主炭化段炉体高度的基础上增高 l-2m，炉体有效容积5-7m3，炉体内筒直径1. 2-1. 6m ；(2)竹材的预处理将中、小径竹材劈分或不劈分，截锯成长度< 30cm的段料投入炉内；(3)竹材的熏烟干燥和预炭化点燃炉下部少量引燃物，引竹材焖烧产烟以200°C 以下低温互相熏烤干燥，100-200°C，耗时5-10h，前1小时空气流量800-1000m7h，后保持空气流量 1500-1800m7h ；(4)主炭化步骤C3)结束后即转入主炭化阶段，升温至200-450°C，耗时15_24h， 升温至420°C前空气流量1500-1800m7h，420-450°C时保持3小时空气流量1500_1800m7h后保持1小时空气流量600-1000m7h，空气流量交替变化至完成这阶段炭化，再升温至 450-600°C，耗时 4-6h，保持空气流量 1500_1800m7h ；(5)煅烧精炼升温至600°C -800°C，耗时l_2h，保持空气流量1500-1800m3/h ；再升温至800-1100°C，耗时0. 5-lh，保持空气流量800-1000m7h ；(6)密闭冷却与出炭密闭隔绝空气冷却6_12h，出炭。本专利技术的有益效果是中小径竹材尚未充分开发利用，资源丰富，烧制过程几乎不另用热源，耗时短，节能显著、效率高，烧制成的竹炭密度高，主要呈微孔结构，吸附性强、远红外发射率高。具体实施例方式下面本专利技术结合实施例作进一步详述烧制本炭需选择列管式移动床干馏炭化炉或自然内热移动床干馏炭化炉或通风均勻的移动床连续炭化炉烧制，这些炉除用少量引燃柴外，几乎全用竹材本身发生变化所产生的热，节能，各阶段温度可控，确保竹炭质量。中径竹可以劈分锯成段料入炉，小径竹可不劈分即截段入炉。下面叙述烧炭四个阶段的情况。炭化第一个阶段是竹材熏烟和预炭化阶段，竹材先从炉子上方加料，将燃烧室产生的200°C以下低温烟气导入炭化炉内，烘烤竹材进行干燥，维持100-200°C，耗时5-10h， 前1小时空气流量800-1000m7h，后保持空气流量1500-1800m7h。炭化的第二阶段是主炭化阶段，第一阶段的干燥竹材炭化的持续自身放热反应， 裂解轻质气体自燃排出，可燃气遇导入的空气燃烧，部分烟气沿着炉管上升与炭化中的竹材进行热交换使其升温，温度控制在200-450°C，耗时15-24h ；通过加长炭化炉该段主炭化温度的行程、延长该主炭化段的时间、控制420-450°C段得空气导入，产生高沸点的芳烃为主的烟气和不易挥发的焦油类物质在炉内主炭化段的停留时间延长，使其在竹材的表面充分冷凝，并逐渐向里渗透，有利于竹炭产品的密实化。再升温至450-600°C，耗时4-6h，保持空气流量1500-1800m3/h，使得部分更高沸点成分与竹材的表面接触冷凝、渗透，进一步密实化竹炭产品。炭化第三阶段为煅烧精炼阶段，中、小径竹材壁薄，易炭化过头，应减少竹炭煅烧精炼的时间、降低精炼后期的空气流量。即已基本炭化的初级竹炭沿着炉体继续下降进入煅烧精炼区，竹炭发生自发脱除氢、氧的芳构化过程，产生的可燃气与导入的空气发生有控制的燃烧，竹炭处于可控绝氧状态煅烧，烟气上升与竹炭接触，升温至600-800°C，耗时1-2 小时，保持空气流量1500-1800m7h。再升温至800-1100°C，初步石墨化，固定碳含量不断增加，炭体结构收缩更加密实化，精炼耗时0. 5-1小时，保持空气流量800-1000m7h，提高炭化得率。最后，竹炭继续下降进入密闭隔绝空气冷却阶段，要求底部出料口有很好的密封性，冷却时间6-12小时。用本方法烧制成的高密度竹炭的密度为0. 9-1. 2g/cm3、碘吸附值400-700mg/g、 BET比表面积300-600m2/g、总孔容积0. 2-0. 3cm7g、远红外放射率90-95%。中、小径竹材壁薄、绝干密度大，但含水率相对较低等因素导致中小径竹物料流动性差，在移动床中易出现架桥堵料而炭化过度或炭化不完全现象，为克服这些缺陷，本专利技术人采用炉腔大的炭化炉或加长主炭化段的高度，通过竹材的自重和竹焦油的充分渗透和顺畅流通的手段，解决架桥的问题。中小径竹的纤维宽度普遍小于毛竹的纤维宽度，有利于小径竹在炭化精炼阶段竹炭体积的收缩，竹炭密度增大。毛竹的冷水抽出物和热水抽出物含量为8-13%，而白哺鸡竹、早竹、雷竹的冷水抽出物和热水抽出物含量< 8%，为3-6%。而纤维素总含量，毛竹为 50%左右，中小径竹为60%以上。因此，本专利技术人降低在炭化的烟熏干燥和预炭化阶段的温度和时间。本中、小径竹材制备功能型高密度竹炭的生产方法是通过空气通量和炭化温度、 炭化时间的协同调控来实现。即延长高沸点的芳烃为主的烟气和不易挥发的焦油类物质在炉内主炭化段的停留时间，使其在竹材的表面充分冷凝，并逐渐向里渗透，达到竹炭产品的密实化目的。竹炭的功能化和致密化大大拓宽了其应用领域，减少其微细颗粒漂浮于空气中造成的环境污染。高密度竹炭能够提高竹炭的金属质感，与功能矿石复合制备保健功能的日用品和饰品；高密度的功能竹炭可通过粘合剂制备高密度高强度的导电等各种用途的复合材料。竹炭致密化(比重> 1)能够提高其在催化载体、水处理等生物质载体、纤维纺织的功能颗粒载体等方面的应用效果和可行性。竹炭致密化有利于竹炭与涂料、胶粘剂、比本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用中小径竹烧制高密度竹炭的方法，其特征是按下列步骤进行：（１）炭化炉的选择：采用市售的列管式移动床干馏炭化炉或自燃内热移动床干馏炭化炉或通风均匀的移动床连续炭化炉烧制，并在设备主炭化段炉体高度的基础上增高１－２ｍ，炉体有效容积５－７ｍ３，炉体内筒直径１．２－１．６ｍ；（２）竹材的预处理：将中、小径竹材劈分或不劈分，截锯成长度≤３０ｃｍ的段料投入炉内；（３）竹材的熏烟干燥和预炭化：点燃炉下部少量引燃物，引竹材焖烧产烟以２００℃以下低温互相熏烤干燥，１００－２００℃，耗时５－１０ｈ，前１小时空气流量８００－１０００ｍ３／ｈ，后保持空气流量１５００－１８００ｍ３／ｈ；（４）主炭化：步骤（３）结束后即转入主炭化阶段，升温至２００－４５０℃，耗时１５－２４ｈ，升温至４２０℃前空气流量１５００－１８００ｍ３／ｈ，４２０－４５０℃时保持３小时空气流量１５００－１８００ｍ３／ｈ后保持１小时空气流量６００－１０００ｍ３／ｈ，空气流量交替变化至完成这阶段炭化，再升温至４５０－６００℃，耗时４－６ｈ，保持空气流量１５００－１８００ｍ３／ｈ；（５）煅烧精炼：升温至６００℃－８００℃，耗时１－２ｈ，保持空气流量１５００－１８００ｍ３／ｈ；再升温至８００－１１００℃，耗时０．５－１ｈ，保持空气流量８００－１０００ｍ３／ｈ；（６）密闭冷却与出炭：密闭隔绝空气冷却６－１２ｈ，出炭。...

【技术特征摘要】
1. 一种用中小径竹烧制高密度竹炭的方法，其特征是按下列步骤进行(1)炭化炉的选择采用市售的列管式移动床干馏炭化炉或自燃内热移动床干馏炭化炉或通风均勻的移动床连续炭化炉烧制，并在设备主炭化段炉体高度的基础上增高l-aii， 炉体有效容积5-7m3，炉体内筒直径1. 2-1. 6m ；(2)竹材的预处理将中、小径竹材劈分或不劈分，截锯成长度<30cm的段料投入炉内；(3)竹材的熏烟干燥和预炭化点燃炉下部少量引燃物，引竹材焖烧产烟以200°C以下低温互相熏烤干燥，100-2000C，耗时5-10h，前1小时空气流量800-1000m7h，后保持空气流量 1500-1800m3/h ；(4)主炭化步...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄晓伟，陈顺伟，潘炘，章江丽，朱杭瑞，
申请(专利权)人：浙江省林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：86