專利名稱：一種竹子干餾炭化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及竹加工領(lǐng)域，尤其涉及一種竹子干餾炭化的方法。
背景技術(shù)：
竹材由纖維素、半纖維素和少量木質(zhì)素組成，竹炭就是由這3種物質(zhì)不同程度地 分解炭化而成的。竹炭作為竹材的一種熱解產(chǎn)品，是竹材高附加值綜合利用的有效途徑之一。竹炭 由于具有吸潮、過(guò)濾、凈化、消毒、蓄熱、保溫、導(dǎo)電等突出作用，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)療、電 子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)熱分解過(guò)程的溫度變化，竹材活化處理主要分為四個(gè)過(guò)程
第一，干燥過(guò)程主要是把原材料中所含水分依靠外部供給的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，溫度控制 在150°C左右，材料的化學(xué)成分沒(méi)變化。第二，預(yù)炭化過(guò)程由于溫度升高到275°C左右，原材料化學(xué)組成開(kāi)始發(fā)生變化， 其中不穩(wěn)定的組分，如半纖維素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質(zhì)。第三，炭化過(guò)程是活性炭炭化最重要的環(huán)節(jié)，溫度達(dá)到450°C左右，因此又稱為 放熱反應(yīng)階段。原材料急劇地進(jìn)行熱分解，生成大量分解產(chǎn)物。生成的液體產(chǎn)物中含有大 量醋酸、甲醇和木焦油，生成的氣體產(chǎn)物中二氧化碳含量逐漸減少，而甲烷、乙烯等可燃性 氣體逐漸增多。第四，煅燒過(guò)程這個(gè)過(guò)程溫度可達(dá)到1000°C以上，排出殘留在竹炭中的揮發(fā)性 物質(zhì)，提高竹炭的固定碳含量。目前竹炭燒制的方法主要有干餾熱解法和土窯直接燒制法兩種。(1)干餾熱解法。其設(shè)備從目前看主要是外熱式立式干餾釜，這種干餾釜在燒制竹 炭時(shí)，既可使用預(yù)干至含水率為20-25%的竹材，也可使用未經(jīng)預(yù)干的竹材，但以使用經(jīng)預(yù) 干的竹材為佳。燒制周期一般在48-72h。但精煉溫度提不高，影響竹炭密度；干餾釜容積 小，竹炭產(chǎn)量低。(2) 土窯燒制法。它是采用燃料(木材)直接加熱方式，即窯口由燃料燃燒產(chǎn)生 的熱量上升到窯頂后，向窯內(nèi)擴(kuò)散，其中大部分熱氣流流動(dòng)在上層，有小部分熱量向四周輻 射，由上往下緩慢干燥并達(dá)到預(yù)炭化；燃燒窯內(nèi)部分竹材使窯內(nèi)溫度繼續(xù)升高，除去揮發(fā) 性物質(zhì)，此時(shí)窯內(nèi)煙氣循環(huán)流動(dòng)，各點(diǎn)熱量和溫度基本均勻，完成炭化和精煉階段，得到結(jié) 構(gòu)致密的竹炭。土窯燒制法通常有煙熏預(yù)干燥、干燥、預(yù)炭化、炭化、鍛燒(精煉)、自然冷卻 等階段。從目前土窯燒炭的過(guò)程來(lái)看，各階段的溫度和炭化速度要通過(guò)操作者眼觀鼻嗅，一 是觀察煙囪及窯門出煙口煙的變化；二是通過(guò)聞煙味來(lái)確定。從裝窯到出炭一般要25-30 天，竹炭得率為20%左右。土窯造價(jià)便宜，精煉溫度高，竹炭密度大，但質(zhì)量穩(wěn)定性差，得率 不高。中國(guó)專利CN200410008345. 8公開(kāi)了 “一種竹炭的生產(chǎn)方法”，制備時(shí)間長(zhǎng)，并且未考慮竹醋液收集，生產(chǎn)不夠經(jīng)濟(jì)環(huán)保。中國(guó)專利CN03122806. 2公開(kāi)了一種“木竹材連續(xù)干 餾碳化的方法”，制備的竹炭含灰塵雜質(zhì)、表面不光澤、吸附性能不高、抗靜電能力和電磁波 屏蔽性能弱，有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種竹子干餾炭化方法，生產(chǎn)抗靜電能力高、吸附性能強(qiáng)的 竹炭，同時(shí)能夠回收高附加值的竹醋，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的
一種竹子干餾炭化的方法，在立式移動(dòng)床中從頂部加入經(jīng)過(guò)截?cái)嗯楹统醪礁稍锏?竹子，竹子憑借重力逐漸下移，依次經(jīng)歷干燥區(qū)、預(yù)炭化區(qū)、炭化區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)，炭化 區(qū)產(chǎn)生的熱解氣體自下而上在干燥區(qū)與竹子逆流或者錯(cuò)流使竹子干燥并達(dá)到炭化溫度，熱 解氣體從頂部排出進(jìn)入竹醋液冷凝器，冷凝得竹醋液；該方法通過(guò)控制所述燃燒區(qū)不同位 置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5-15°C /min的速率升溫 至700-750°C并保溫40-80min，然后再以5_15°C /min的速率升溫至1000-1500°C并保溫 2-8h。本發(fā)明通過(guò)控制所述燃燒區(qū)不同位置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，保證其升溫速率 和保溫速率，在高溫下延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。由于炭化和煅燒的溫度與時(shí)間對(duì)竹炭微孔有較大影 響，在高溫下延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，使竹炭微孔里層活化更充分均勻，形成更多微孔，使得竹炭吸 附性能提高、抗靜電能力等性能提高。本發(fā)明方法在煅燒區(qū)有控制地導(dǎo)入空氣就地就近燃燒炭化過(guò)程放出的可燃?xì)怏w， 然后從煅燒區(qū)下部導(dǎo)出進(jìn)入煙道排向煙囪；在冷卻區(qū)竹炭沿著冷卻管道逐漸下移并與冷 卻介質(zhì)進(jìn)行間接熱交換，降至不會(huì)自燃的溫度后取出。本發(fā)明的立式移動(dòng)床燃燒區(qū)一側(cè)布置有許多小孔，可供助燃物如空氣或竹醋液冷 凝器部分不凝縮氣體等流入；另一側(cè)對(duì)應(yīng)有各個(gè)小孔處的測(cè)溫點(diǎn)，通過(guò)與該測(cè)溫點(diǎn)連接的 溫度感應(yīng)裝置控制顯示。當(dāng)燃燒區(qū)某處的溫度過(guò)低時(shí)，打開(kāi)該處的小孔，導(dǎo)入助燃物就地 就近燃燒，使該處溫度升高，保證竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5-15°C /min的速率升溫 至700-750°C并保溫40-80min，然后再以5_15°C /min的速率升溫至1000-1500°C并保溫 2-8h。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，在所述的煅燒區(qū)通過(guò)控制導(dǎo)入的在所述煅燒區(qū) 有控制地導(dǎo)入空氣或從竹醋液冷凝器出來(lái)的不凝縮氣體同時(shí)燃燒進(jìn)行階梯式升溫。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，從竹醋液冷凝器出來(lái)的不凝縮氣體排放后作其 他設(shè)備的能源利用。作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，在所述的煅燒區(qū)通過(guò)控制導(dǎo)入的助燃物量進(jìn) 行階梯式升溫，使竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以12°C /min的速率升溫至720°C并保溫 60min，然后再以12°C /min的速率升溫至1200°C并保溫6h。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，在1000-1500°C區(qū)噴入水蒸氣或二氧化碳。本 發(fā)明人經(jīng)研究試驗(yàn)得知，水蒸氣或二氧化碳對(duì)竹炭的比表面積具有較大影響，在高溫時(shí)通 入竹炭的活化劑水蒸氣或二氧化碳，使得竹炭吸附性能進(jìn)一步提高，比表面積達(dá)1000m2/g以上。這種微孔結(jié)構(gòu)使竹炭具有特殊的吸附能力，有吸潮、過(guò)濾、凈化、消毒、蓄熱、保濕的作 用，能起到改善環(huán)境衛(wèi)生、提高空氣質(zhì)量的作用。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種優(yōu)選，
將取出的竹炭放入含酸量2-4%的溶液中浸泡l_2h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘 干 0.5-lho作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，將取出的竹炭放入含酸量2. 8%的溶液中浸 泡1. 6h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干0. 8h。本發(fā)明通過(guò)該溶液泡洗，可去堿、降低竹炭PH值，并可除灰塵、雜質(zhì)，除去微孔中 的灰分，解決黑色侵染問(wèn)題，提高表面光澤性，通過(guò)烘干可減少竹炭的含水量，使竹炭電導(dǎo) 率保持穩(wěn)定。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果
1、煅燒溫度高，炭化度高，導(dǎo)電性強(qiáng)、抗靜電能力高；
2、階梯式升溫使竹炭吸附性能更強(qiáng)；
3、溶液泡洗使竹炭表面光亮、質(zhì)量穩(wěn)定；
4、制得的竹炭抗靜電能力高、吸附性能強(qiáng)、屏蔽電磁波能力強(qiáng)，適于保健竹炭的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明竹子干餾炭化立式移動(dòng)床的溫度控制系統(tǒng)示意圖。其中，A-干燥 區(qū)；B-預(yù)炭化區(qū)；C-炭化區(qū)；D-煅燒區(qū)；E-冷卻區(qū)；F-帶CPU的溫度感應(yīng)裝置； dl/d2/d3-助燃物導(dǎo)入孔；tl/t2/t3_測(cè)溫點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，竹子干餾炭化的立式移動(dòng)床分為干燥區(qū)A、預(yù)炭化區(qū)B、炭化區(qū)C、煅 燒區(qū)D和冷卻區(qū)E。煅燒區(qū)D —側(cè)分布有許多可以調(diào)節(jié)開(kāi)啟或閉合的助燃物導(dǎo)入孔，如dl、 d2、d3等，另一側(cè)對(duì)應(yīng)有各個(gè)小孔處的測(cè)溫點(diǎn)如tl、t2、t3等，各小孔處溫度通過(guò)與該測(cè) 溫點(diǎn)連接的溫度感應(yīng)裝置F顯示。實(shí)施例一
在立式移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率39%的竹片(長(zhǎng)約36cm)，各測(cè)溫 點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為150°C，預(yù)炭化區(qū)B為275°C，炭化區(qū)C為450°C，升溫時(shí)觀測(cè)圖1所 示D區(qū)即燃燒區(qū)不同位置的溫度，當(dāng)燃燒區(qū)某處如d2的溫度過(guò)低時(shí)，打開(kāi)該處的小孔，導(dǎo)入 空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)溫度以5°C /min 的速率升溫至700°C并保溫40min，然后再以5°C /min的速率從700°C升溫至1100°C并保 溫2h，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為40°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天(不 包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭，得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭7000kg，出竹醋液5500kg。 竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量96%，電阻值0. 5 Ω /cm,灰分含量0. 5%，碘吸附值平均 900mg/g，PH 值 7。對(duì)比實(shí)施例一
5在立式移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率39%的竹片(長(zhǎng)約36cm)，各測(cè) 溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)200°C以下，預(yù)炭化區(qū)280-340°C，炭化區(qū)400-420°C，升溫時(shí)從外燃 室導(dǎo)入部分燃燒氣，運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒區(qū)溫度控制在900-1000°C，導(dǎo)入竹醋液冷凝器部分不凝縮氣 體同時(shí)燃燒，最高溫度達(dá)1100°C，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為 40°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天(不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭。得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭 5970kg,出竹醋液4940kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量94%，電阻值10 Ω /cm,灰分 含量為2-4%，碘吸附值最高為700mg/g，PH值8_10。
實(shí)施例二
在16管連體的列管移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率30%的孟宗竹片(長(zhǎng) 約40cm)，各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為200°C，預(yù)炭化區(qū)B為270°C，炭化區(qū)C為500°C， 升溫時(shí)從外燃式導(dǎo)入部分燃燒氣和竹醋液冷凝器部分不凝縮氣體同時(shí)燃燒，使燃燒區(qū)溫度 以15°C /min的速率升溫至750°C并保溫80min，然后再以15°C /min的速率從750°C升溫 至1500°C并保溫8h，在1500°C區(qū)噴入水蒸氣60min，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自 然冷卻，出料溫度為30°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8天(不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭，將取出的竹炭放 入含酸量4%的溶液中浸泡2h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干lh，得到結(jié)果總投 料40000kg，出竹炭7150kg，出竹醋液5400kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量95%， 電阻值0. 4 Ω /cm,灰分含量0. 4%，比表面積1200m2/g，碘吸附值平均800mg/g，PH值7。對(duì)比實(shí)施例二
在16管連體的列管移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率30%的孟宗竹片(長(zhǎng) 約40cm)，各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)200°C，預(yù)炭化區(qū)270°C，炭化區(qū)500°C，升溫時(shí)從外燃室 導(dǎo)入部分燃燒氣，運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒區(qū)溫度控制在1000°C，導(dǎo)入竹醋液冷凝器部分不凝縮氣體同時(shí) 燃燒，最高溫度達(dá)1100°C，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為30°C。 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8天(不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭。得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭5500kg， 出竹醋液4600kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量88%，電阻值12 Ω /cm,灰分含量為 5%，碘吸附值 600mg/g, PH 值 10。
實(shí)施例三
在16管連體的列管移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率35%的孟宗竹片(長(zhǎng) 約40cm)，各測(cè)溫點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為150°C，預(yù)炭化區(qū)B為275°C，炭化區(qū)C為450°C， 升溫時(shí)從外燃式導(dǎo)入部分燃燒氣，使燃燒區(qū)溫度以12°C /min的速率升溫至720°C并保溫 60min，然后再以12°C /min的速率從720°C升溫至1000°C并保溫6h，在1000°C區(qū)噴入二氧 化碳30min，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器采用自然冷卻，出料溫度為20°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8天 (不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭，將取出的竹炭放入含酸量2. 5%的溶液中浸泡1. 9h，取出用 清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干0. 8h，得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭7200kg，出竹醋 液5100kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量97%，電阻值0. 3 Ω /cm,灰分含量0. 2%，比 表面積1300m2/g，碘吸附值平均950mg/g，PH值7。
實(shí)施例四在立式移動(dòng)床干餾炭化爐中進(jìn)行中試，以平均含水率40%的竹片(長(zhǎng)約41cm)，各測(cè)溫 點(diǎn)的溫度，干燥區(qū)A為180°C，預(yù)炭化區(qū)B為280°C，炭化區(qū)C為510°C，升溫時(shí)觀測(cè)圖1所 示D區(qū)即燃燒區(qū)不同位置的溫度，當(dāng)燃燒區(qū)某處如d2的溫度過(guò)低時(shí)，打開(kāi)該處的小孔，導(dǎo)入 空氣就地就近燃燒，使該處溫度升高，控制竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)溫度以12°C /min 的速率升溫至720°C并保溫60min，然后再以12°C /min的速率從720°C升溫至1200°C并保 溫6h，在1200°C區(qū)噴入水蒸氣lOmin，噴入二氧化碳20min，竹炭冷卻管道和竹醋液冷凝器 采用自然冷卻，出料溫度為40°C。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天(不包括溫爐時(shí)間)后取出竹炭，將取出的 竹炭放入含鹽酸量2. 8%的溶液中浸泡1. 6h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干lh， 得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭7400kg，出竹醋液5500kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃 基)含量97%，電阻值0. 2 Ω /cm,灰分含量0. 1%，比表面積1400m2/g, PH值7。
實(shí)施例五
燒制竹炭的工藝與實(shí)施例二相同，不同的是將取出的竹炭放入含酸量4%的溶液中 浸泡2h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干lh，得到結(jié)果總投料40000kg，出竹炭 7100kg,出竹醋液5400kg。竹炭質(zhì)量平均固定碳(可燃基)含量95%，電阻值0. 35 Ω /cm,灰 分含量0. 4%，比表面積1280m2/g，碘吸附值平均850mg/g，PH值7。
權(quán)利要求
一種竹子干餾炭化的方法，在立式移動(dòng)床中從頂部加入經(jīng)過(guò)截?cái)嗯楹统醪礁稍锏闹褡?，竹子憑借重力逐漸下移，依次經(jīng)歷干燥區(qū)、預(yù)炭化區(qū)、炭化區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)，炭化區(qū)產(chǎn)生的熱解氣體自下而上在干燥區(qū)與竹子逆流或者錯(cuò)流使竹子干燥并達(dá)到炭化溫度，熱解氣體從頂部排出進(jìn)入竹醋液冷凝器，冷凝得竹醋液；其特征在于: 控制所述燃燒區(qū)不同位置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5 15℃/min的速率升溫至700 750℃并保溫40 80min，然后再以5 15℃/min的速率升溫至1000 1500℃并保溫2 8h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于在所述的煅燒區(qū)通過(guò)控制 導(dǎo)入的助燃物進(jìn)行階梯式升溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于在所述的煅燒區(qū)通過(guò)控制 導(dǎo)入的助燃物量進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以12°C /min的速率升 溫至720°C并保溫60min，然后再以12°C /min的速率升溫至1200°C并保溫6h。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于在所述煅燒區(qū)有控制地導(dǎo) 入空氣或從竹醋液冷凝器出來(lái)的不凝縮氣體同時(shí)燃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于從竹醋液冷凝器出來(lái)的不 凝縮氣體排放后作其他設(shè)備的能源利用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于在1000-150(TC區(qū)噴入水蒸 氣或二氧化碳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于將取出的竹炭放入含酸量 2-4%的溶液中浸泡l_2h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹子干餾炭化的方法，其特征在于將取出的竹炭放入含酸量 2. 8%的溶液中浸泡1. 6h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干。
全文摘要
本發(fā)明涉及竹加工領(lǐng)域，尤其涉及一種竹子干餾炭化的方法，在立式移動(dòng)床中的竹子依次經(jīng)歷干燥區(qū)、預(yù)炭化區(qū)、炭化區(qū)、煅燒區(qū)和冷卻區(qū)，熱解氣體從頂部排出進(jìn)入竹醋液冷凝器，冷凝得竹醋液；通過(guò)控制所述燃燒區(qū)不同位置的溫度差進(jìn)行階梯式升溫，使竹子下移過(guò)程中經(jīng)歷的燃燒區(qū)以5-15℃/min的速率升溫至700-750℃并保溫40-80min，然后再以5-15℃/min的速率升溫至1000-1500℃并保溫2-8h。優(yōu)選地，將取出的竹炭放入含酸量2-4%的溶液中浸泡1-2h，取出用清水清洗，然后放入烘干窯內(nèi)烘干0.5-1h。本發(fā)明竹炭炭化度高，導(dǎo)電性強(qiáng)、抗靜電能力高；階梯式升溫使竹炭吸附性能更強(qiáng)；溶液泡洗使竹炭表面光亮、質(zhì)量穩(wěn)定，適于保健竹炭的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C10B53/02GK101921604SQ201010266578
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者丁建中 申請(qǐng)人:浙江建中竹業(yè)科技有限公司