CN1256405C - 木竹材连续干馏碳化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种木竹材连续干馏碳化新方法，在立式移动床顶部加入原料依次经历干燥、预碳化、碳化、煅烧和冷却几个阶段，在碳化区产生的热解气体自下而上与原料逆流或错流通过料层，加热并干燥原料使其达到碳化温度，然后进入冷凝器冷凝得到木、竹醋液；在煅烧区有控制地导入空气燃烧碳化时放出的可燃气体，使煅烧温度达到700～1100℃，木、竹炭在冷却通道间接冷却至不会自燃的温度后取出。该方法具有木、竹炭的碳化度高、导电性高、吸附性高和木、竹醋液焦油含量低、品质好等优点。
Description
技术领域 本发明属于木材热解领域，是关于木或-和竹材连续干馏碳化制造高碳化度、高吸附性、高导电性木或-和竹炭和优质木或-和竹醋液的方法。
背景技术 现代社会环保意识和绿色观念日益深入人心，木材热解产品作为天然物质新的应用不断地被开发出来，随之而来对木或-和竹炭和木或-和竹醋液品质的要求越来越高，高碳化度、高导电性、高吸附性的木或-和竹炭和高品质的木或-和竹醋液的需求量在不断增长。传统的木或-和竹材干馏碳化的工艺方法，有分批式(间歇式)和连续式两种，连续式干馏碳化在产品质量、能源消耗与生产规模等方面都具有明显优势。现行的内热式连续干馏碳化工艺是在立式移动床中从顶部加入经过截断劈碎和初步干燥的原料，原料凭借重力逐渐下移，依次经历干燥、预碳化、碳化、煅烧和冷却等阶段最后由出料器排出，在煅烧区从外部导入混合燃烧器产生的500℃燃烧气作为载热介质自下而上流动对物料进行加热，并与原料干燥碳化时产生的热解气混合从床层上部流出，然后进入冷凝器冷却冷凝分离出木醋液，不凝缩气体一部分送入床下部冷却区使木炭冷却，另一部分送到混合燃烧器燃烧，产生500℃的燃烧气作为载热介质重新导入煅烧区，开始新一轮循环。该法的缺点一是煅烧温度过低只能生产普通炭，不能生产高碳化度、高吸附性、高导电性的木炭；二是流出的气体流速大、温度高使木醋液的焦油含量过高(4.6～6％)；三是操作繁复、系统厐杂。
发明内容 本发明的目的是提供一种新的木或-和竹材干馏碳化工艺方法，使用这种方法一是提高煅烧温度能一次性生产出高碳化度、高吸附性、高导电性的木或-和竹炭；二是改善碳化区及其以上区段的工况使木或-和竹醋液焦油含量降低；三是操作方便、系统简练。
本发明人认为，现行的连续干馏碳化方法采用如上所说的燃烧气作载热介质虽然有效，但导入的方式却是麻烦、低效和不经济的。碳化是放热反应，只要把原料加热到放热反应起始温度，碳化过程就会自动进行，而且加热原料并不需要太多的热量。利用干馏碳化时生成的热解气体(烟气)作加热介质既方便又经济。但仅仅这样还不够，因碳化放热反应在400℃左右就结束，而木或-和竹炭有效煅烧的温度需在700℃以上，必须进行补充加热才能达到。本发明人注意到在碳化后期会放出不少高热值的可燃性气体，如甲烷、一氧化碳、氢气等，有控制地导入空气使其就近就地燃烧无疑是最佳热源。其次，分流木或-和竹醋液冷凝器排出的不凝缩气体作冷却介质来冷却木或-和竹炭的方法，也过于麻烦，必须另辟蹊径。从炭的热学特性分析，热容低、导热性差，意味着降温需要移去的热量不多，但冷却的速度也不可能太快，可以使用间接冷却的方式实现，采用冷却管道既简练又方便。根据以上思路所完成的本发明的方法是在立式移动床中从顶部加入经过截断劈碎和初步干燥的原料，原料凭借重力逐渐下移，依次经历干燥、预碳化、碳化、煅烧和冷却等阶段最后由出料器排出，在碳化区产生的热解气体(烟气)自下而上与原料逆流或者错流通过料层加热原料使其干燥并达到碳化温度，最后从顶部排出进入木或-和竹醋液冷凝器，木或-和竹醋液冷凝下来，不凝缩气体排放；在煅烧区有控制地导入空气就地就近燃烧碳化过程放出的可燃气体，燃烧气内外同时加热床层使煅烧温度达到700～1100℃，然后从煅烧区下部导出进入烟道排向烟囱；在冷却区木或-和竹炭沿着冷却管道逐渐下移并与冷却介质进行间接热交换，降至不会自燃的温度后取出。必要时(例如升温)在煅烧区可以导入从木或-和竹醋液冷凝器出来的不凝缩气体同时燃烧，也可以从外部导入补充燃烧气；木或-和竹醋液冷凝器排出的不凝缩气体也可以作其它设备的能源利用。
本发明与上述现行内热式连续干馏碳化法相比有如下优点：第一煅烧温度高，因碳化度和导电性与煅烧温度正相关，温度提高了碳化度自然增高，导电性自然变好，而且700℃以上是炭的活化温度，燃烧气是很好的活化剂，导入空气燃烧热解产生的可燃性气体所形成的燃烧气在加热炭料的同时对炭料起活化作用，可以使木或-和竹炭的吸附性得到极大的提高。第二木或-和竹醋液溶解焦油的含量大幅度下降，焦油生成量与原料含水率和碳化温度都相关，本工艺由于没有从外部导入载热介质，且原料的含水率可以相对为高，使碳化区往上各区段的温度较低，焦油生成量自然要少，加上气体流速也低，使床层类似填料塔的蒸馏功能却得到加强，沸点相对为高的焦油不容易从床内排出进入冷凝器溶于木或-和竹醋液中。第三操作显著简化，系统的设备大为节减，可以革除原料干燥炉、混合燃烧器、载热介质输送设备、冷却介质输送设备等，由于不用载热介质循环，气体流量大为减少，木或-和竹醋液冷凝器也可以做得小一些。
实施例：在16管连体的列管移动床干馏炭化炉中进行中试，以平均含水率39％的竹片(长度约36cm)和竹加工剩余物为原料，各测温点的温度，干燥区200℃以下，预炭化区280～340℃，炭化区400～420℃，升温时从外燃室导入部份燃烧气，正常运转煅烧区温度控制在900～1000℃，导入木竹醋掖冷凝器部分不凝缩气体时同时燃烧，最高温度可达到1100℃；竹炭冷却管道和竹醋液冷凝器采用自然冷却(风冷)，出料温度一般低于40℃。连续运转10天(不包括温炉时间)，得到如下结果：总投料42032kg，出竹炭6075kg，出竹醋液5145kg。竹炭质量：平均固定碳(可燃基)含量95.2％、最低94.2％、最高96.6％，电阻值10Ω以下的占产品的90％以上、电阻3Ω以下的也很多、最低的小于1Ω，碘吸附值平均700mg/g、最低545mg/g、最高818mg/g，而现行其它方法生产的竹炭平均固定碳(可燃基)含量通常不到90％，碘吸附值250～350mg/g，导电性基本没有(电阻值1万Ω以上)；竹醋液质量：溶解焦油平均1.17％、最低0.32％、最高2.97％(陈年干毛竹片)，而现行其它方法生产的竹醋液的溶解焦油通常在3.5～5％。
Claims (4)
1、一种木竹材干馏碳化的方法，在立式移动床中从顶部加入经过截断劈碎和初步干燥的原料，原料凭借重力逐渐下移，依次经历干燥、预碳化、碳化、煅烧和冷却等阶段最后由出料器排出，其特征在于：碳化区产生的热解气体自下而上与原料逆流或者错流通过料层加热原料使其干燥并达到碳化温度，最后从顶部排出进入木或-和竹醋液冷凝器，木或-和竹醋液冷凝下来，不凝缩气体排放；在煅烧区有控制地导入空气就地就近燃烧碳化过程放出的可燃气体，燃烧气内外同时加热床层使煅烧温度达到700～1100℃，然后从煅烧区下部导出进入烟道排向烟囱；在冷却区木或-和竹炭沿着冷却管道逐渐下移并与冷却介质进行间接热交换，降至不会自燃的温度后取出。
2、根据权利要求1所述的木竹材干馏碳化的方法，其特征在于：在煅烧区有控制地导入空气就地就近燃烧碳化过程放出的可燃气体时，还导入从木或-和竹醋液冷凝器出来的不凝缩气体同时燃烧。
3、根据权利要求1所述的木竹材干馏碳化的方法，其特征在于：所说的燃烧气包括必要时从外部导入的燃烧气。
4、根据权利要求1、2、3中任一项所述的木竹材干馏碳化的方法，其特征在于：不凝缩气体排放后作其它设备的能源利用。
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