本發(fā)明涉及一種高性能復(fù)合機(jī)制炭的制備方法，屬于資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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(chǎn)木炭需要消耗大量的森林資源，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)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(hù)生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)建低炭社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求；傳統(tǒng)木炭的生產(chǎn)方法為將木材放入爐窯之中熱解進(jìn)行土窯制炭工藝具有密封性差、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量低、成本高等缺點(diǎn)，且熱解過程中的煙氣直接排放，不僅浪費(fèi)資源還造成了環(huán)境污染，近年來，隨著國家環(huán)保要求的提高，土窯制炭被淘汰將是大勢所趨；

農(nóng)林生物質(zhì)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(yōu)點(diǎn)。地球上每年生產(chǎn)的生物質(zhì)總量約為1400~1800億噸，我國每年廢棄的秸稈高達(dá)60億多噸，資源化潛力巨大，且農(nóng)林生物質(zhì)原料熱解所得生物質(zhì)炭孔洞結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、易于燃燒。但農(nóng)林生物質(zhì)資源也存在其局限性，主要表現(xiàn)為：分布不集中，不易收集等，因此單獨(dú)使用農(nóng)林生物質(zhì)為原料制備機(jī)制炭，從產(chǎn)量角度考慮遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足日常生產(chǎn)生活對炭質(zhì)燃料的需求；我國褐煤資源豐富，且價(jià)格低廉，但褐煤揮發(fā)成分高(>40%)、固定碳含量低、孔洞結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，單獨(dú)使用褐煤制備的機(jī)制炭燃燒效果不理想，這些缺點(diǎn)限制了褐煤的應(yīng)用，以褐煤為原料，采用中低溫干餾對褐煤進(jìn)行炭化處理，脫去其中的大部分水分和揮發(fā)分，得到性能較好的褐煤半焦炭，并將其與生物質(zhì)炭混合，可以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

基于以上背景，本文提出了一種既克服了生物質(zhì)炭產(chǎn)量小，又解決了褐煤固定碳含量低，孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)等問題的復(fù)合機(jī)制炭制備方法。本發(fā)明旨在充分利用可再生的農(nóng)林生物質(zhì)資源和價(jià)格低廉、儲量豐富的褐煤，首先利用熱解（干餾）技術(shù)對農(nóng)林生物質(zhì)原料進(jìn)行加工，熱解過程中的煙氣得到充分利用，并將熱解所產(chǎn)生的副產(chǎn)品生物質(zhì)炭（配比較?。┡c儲量十分豐富的褐煤（配比較大）混合后進(jìn)行第二步炭化，炭化過程中煙氣揮發(fā)去除，增加了復(fù)合機(jī)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(huán)用到復(fù)合機(jī)制炭配料環(huán)節(jié)。本發(fā)明制備的復(fù)合機(jī)制炭不僅解決了生物質(zhì)炭和褐煤兩者的局限性，而且資源得到循環(huán)利用，符合節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種高性能復(fù)合機(jī)制炭的制備方法。該制備過程是以來源豐富、價(jià)格低廉、可再生且易于粉碎的生物質(zhì)以及價(jià)格低廉的褐煤為碳源，具有大規(guī)模生產(chǎn)價(jià)格低、收率高、熱值高、孔隙率高、廣受市場歡迎的復(fù)合機(jī)制炭的潛能。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種高性能復(fù)合機(jī)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生的生物質(zhì)氣體進(jìn)一步處理后用作燃?xì)猓?/p>

（3）將質(zhì)量百分比為10～40%的步驟（2）得到的生物炭、質(zhì)量百分比為40～70%步驟（1）得到的褐煤、質(zhì)量百分比為1～10%粘結(jié)劑、質(zhì)量百分比1～10%為助燃劑、質(zhì)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(fù)合機(jī)制炭。

所述步驟（1）中生物質(zhì)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(jié)劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的泥煤、褐煤或風(fēng)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(jié)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(chǎn)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(huán)利用于步驟（3）中作為混合物料的水。

本發(fā)明的有益效果是：該機(jī)制炭的固定碳含量≥80%，灰分≤5%，熱值≥35MJ/Kg，燃燒時(shí)最低溫度大于或等于420℃；該機(jī)制炭中所用生物質(zhì)原料和褐煤價(jià)格低廉，脫灰效果好，孔隙率高，本機(jī)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(zhì)原料的熱解（干餾）炭-氣聯(lián)產(chǎn)，熱解煙氣和副產(chǎn)品生物質(zhì)炭均得到了充分利用；第二步為生物質(zhì)炭（配比較?。⒑置海ㄅ浔容^大）等混合物炭化，提高了褐煤的固定碳含量，且揮發(fā)分去除過程中產(chǎn)生的大量孔隙有利于機(jī)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(huán)用到復(fù)合機(jī)制炭配料環(huán)節(jié)。本發(fā)明制備的復(fù)合機(jī)制炭不僅解決了生物質(zhì)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(fā)展的要求。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

該高性能復(fù)合機(jī)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(zhì)原料（質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生的生物質(zhì)氣體進(jìn)一步處理后用作燃?xì)猓?/p>

（3）將質(zhì)量百分比為10%的步驟（2）得到的生物炭、質(zhì)量百分比為70%步驟（1）得到的褐煤、質(zhì)量百分比為10%粘結(jié)劑、質(zhì)量百分比1%為助燃劑、質(zhì)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(jié)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(jié)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(fù)合機(jī)制炭；炭化過程產(chǎn)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(huán)利用于步驟（3）中作為混合物料的水。

結(jié)果表明，生物質(zhì)炭化得率為32%；經(jīng)檢測，該復(fù)合機(jī)制炭的固定碳含量為83wt%，灰分含量為5wt%，熱值為35MJ/Kg，燃燒時(shí)最高溫度可以達(dá)到420℃。

實(shí)施例2

該高性能復(fù)合機(jī)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(zhì)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(zhì)原料顆粒在溫度為600℃下熱解2.5 h得到生物炭，將熱解過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)氣體進(jìn)一步處理后用作燃?xì)猓?/p>

（3）將質(zhì)量百分比為30%的步驟（2）得到的生物炭、質(zhì)量百分比為50%步驟（1）得到的褐煤、質(zhì)量百分比為5%粘結(jié)劑、質(zhì)量百分比10%為助燃劑、質(zhì)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(jié)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(jié)劑；助燃劑為60wt%二氧化錳、20wt%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100℃/min的升溫速率升溫至500℃炭化8h，冷卻后得到復(fù)合機(jī)制炭；炭化過程產(chǎn)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(huán)利用于步驟（3）中作為混合物料的水。

結(jié)果表明，生物質(zhì)炭化得率為28%；經(jīng)檢測，該復(fù)合機(jī)制炭的固定碳含量為81wt%，灰分含量為4wt%，熱值為39MJ/Kg，燃燒時(shí)最高溫度可以達(dá)到440℃。

實(shí)施例3

該高性能復(fù)合機(jī)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(zhì)原料（質(zhì)量比為1:1:1的糠醛渣、咖啡殼和花生殼混合生物質(zhì)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(zhì)原料顆粒在溫度為900℃下熱解1.5h得到生物炭，將熱解過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)氣體進(jìn)一步處理后用作燃?xì)猓?/p>

（3）將質(zhì)量百分比為40%的步驟（2）得到的生物炭、質(zhì)量百分比為40%步驟（1）得到的褐煤、質(zhì)量百分比為1%粘結(jié)劑、質(zhì)量百分比5%為助燃劑、質(zhì)量百分比為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；粘結(jié)劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的風(fēng)化煤粉碎至粒徑小于1mm，按照液固比為5:1ml/g加入到百分比濃度為30%的NaOH溶液中，在溫度為100℃下攪拌30min制備得到粘結(jié)劑；助燃劑為80wt%二氧化錳、15wt%三氧化二鋁和5wt%碳酸鈣混合物；

（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以30℃/min的升溫速率升溫至400℃炭化12h，冷卻后得到復(fù)合機(jī)制炭；炭化過程產(chǎn)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(huán)利用于步驟（3）中作為混合物料的水。

結(jié)果表明，生物質(zhì)炭化得率為25%；經(jīng)檢測，該復(fù)合機(jī)制炭的固定碳含量為86wt%，灰分含量為3.5wt%，揮發(fā)分含量為10%，熱值為37MJ/Kg，燃燒時(shí)最高溫度可以達(dá)到430℃。

實(shí)施例4

該高性能復(fù)合機(jī)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(zhì)原料（花生殼）、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(zhì)原料顆粒在溫度為800℃下熱解2h得到生物炭，將熱解過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)氣體進(jìn)一步處理后用作燃?xì)猓?/p>

（3）將質(zhì)量百分比為35%的步驟（2）得到的生物炭、質(zhì)量百分比為50%步驟（1）得到的褐煤、質(zhì)量百分比為1%粘結(jié)劑、質(zhì)量百分比6%為助燃劑、質(zhì)量百分比為8%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(jié)劑制備方法為：將含30wt%以上腐植酸的風(fēng)化煤粉碎至粒徑小于1mm，按照液固比為5:1 ml/g加入到百分比濃度為20%的NaOH溶液中，在溫度為120℃下攪拌40min制備得到粘結(jié)劑；助燃劑為65wt%二氧化錳、20wt%三氧化二鋁和15wt%碳酸鈣混合物；

（4）將步驟（3）得到的帶有中心孔的炭棒以120℃/min的升溫速率升溫至600℃炭化10h，冷卻后得到復(fù)合機(jī)制炭；炭化過程產(chǎn)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(huán)利用于步驟（3）中作為混合物料的水。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。