[发明专利]一种机制木炭的制备方法及其机制木炭

说明书

技术领域

本发明涉及一种专用于特殊形式的固态原物料的干馏方法，特别涉及一种用含纤维素物料制备机制木炭的方法和制备的机制木炭。

背景技术

机制木炭(machine-made charcoal)，又名机制炭，薪棒、人造炭、再生炭、无烟清洁炭，棒炭原料来源广泛，稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆等皆可用作原料生产棒炭，以锯末、刨花、竹屑为最佳。由于机制木炭无烟以及无味和无毒，已经被广泛用于家庭取暖，烧烤食品；在工业领域，可作为工业原料，深加工成活性炭等。因机制木炭密度大，热值高，无烟、无味、无污染、不爆炸、易燃，是国际上公认的绿色环保产品。

制备机制木炭的方法是以木屑(锯末)等为原料，经烘干炉烘干成干湿度适当的标准原材料，冷却后进入成型机(制棒机)，再经高温，高压塑化后制成薪棒(半成品)，然后再经炭化炉炭化而成。使用挤压成型设备的目的是使含一定水分的原料成型，以利于后期的炭化或直接用于作为薪棒燃料，因此原料的含水量以及原料的组成是决定挤压温度的决定因素。机制木炭的制造主要是利用原料的纤维素和木质素这些含碳的成分制作的，从原料的结构成分看，决定其能否成为理想的机制木炭原料的因素有两个：纤维素搭结的好坏和木质素含量的多少。纤维素搭结的好坏直接影响成型棒的密度和机械强度，而木质素含量则确定了成品的最高含碳量。利用的纤维素和木质素化学成分是属于碳水化合物的范畴，分子水平上含很多的亲水基团如构成其基本单位的葡萄糖，含很多的羟基，这些亲水基团亲和很多的水分子，在挤压的过程中，若温度过低，木质素不能有效地软化增加粘度，不利于高压成型，水分不能有效排出，挤压出来的薪棒呈弯曲状，或不成型，影响后续的炭化以及固定碳的得率；若温度过高，木质素软化过快，出棒速度快，薪棒不结实，水分就会快速蒸发变成水蒸气，脱离这些亲水基团，从而使得薪棒爆裂，这是薪棒强烈失水的表示形式，薪棒爆裂或出现断裂的纹路，不利于后期的炭化，同时挤压温度过高，也影响产品的成本，以及对成型机的条件要求。因此，挤压塑化成薪棒的过程中，原料的含水量、挤压的温度是机制木炭制作过程中关键的2个参数。原料的组成影响了含水量以及挤压温度的选择。

板栗(Castanea mollissima)，又名栗、中国板栗，是壳斗科栗属的植物，是我国特有的优良干果树种，其果实栗子由板栗外蓬和板栗壳包裹。板栗果实在加工和使用时需去除外蓬和内壳，因此产生大量的废弃物----板栗外蓬和板栗壳。长期以来，板栗外蓬和板栗壳均作为农林废弃物处理，既污染环境又浪费资源。

我国板栗资源丰富，栽培历史悠久，约有三千年左右。我国板栗目前栽培面积约1000万亩，占世界栗子产量的60％，为世界产栗大国。但板栗采收和深加工过程中，产生的大量的板栗外蓬和板栗壳废弃物，目前只有极少量用于农户辅助燃料，其主要的处理方式是焚烧和就地丢弃。因此，利用板栗外蓬和壳做为原料，生产具有高热量值的机制木炭，使副产物得到充分利用，变废为宝，生产高附加值的产品，将资源优势转化成经济优势，既增添了机制木炭原料种类，又缓解了环境净化的压力，具有重大的经济价值和社会价值。

为了保护环境，走可持续发展经济，适应现代绿色经济发展的要求，对板栗苞和板栗壳的研究也日益增多，以含有纤维素和木质素的板栗外蓬和板栗壳为原料制备机制木炭，因为板栗外蓬的纤维素和木质素含量高，而板栗壳除含有纤维素、木质素之外还含有大量的油脂，混合后的板栗外蓬和板栗壳原料在挤压过程中的温度过高，会导致油脂高温降解，同时也由于油脂散热慢，会加速薪棒的爆裂，出现明显的爆裂纹路。

目前的研究主要有如下研究：杨志斌等人利用板栗苞与木屑和木材加工剩余物制备机制木炭，该研究使用的机制炭原料是碳含量高的板栗外苞、木屑和木材加工剩余物，对碳含量低的板栗内壳没有加以利用，而且该方法制备的机制炭的得率低。该研究利用了含碳量高的板栗外苞和木屑以及其他的木材加工剩余物，其所利用的原料的含碳量高，而对含碳量低、在板栗加工过程中量多、对环境更易造成污染的更为重要的原料板栗壳没有任何利用。