一种由油茶壳制备木炭的方法与流程

本发明涉及碳制备技术，尤其涉及一种由油茶壳制备木炭的方法。
背景技术：
：油茶是我国特有的木本食用油料树，属于全世界四大木本油料植物之一。油茶壳是将种子榨油，分离出来的副产品。据统计，2020年全国油茶种植面积达6800万亩，高产油茶林1400万亩，茶油产量62.7万吨。由此粗略估算全年产生的油茶壳超过200万吨。油茶壳直接当作废弃物直接丢弃，或者焚烧掉，均会造成资源浪费，且对生态环境产生严重污染。技术实现要素：本发明为解决现有技术中油茶壳直接废弃或者燃烧，造成资源浪费、污染环境的问题，提供一种由油茶壳制备木炭的方法，将油茶壳转变为木炭，提高了资源的利用率和油茶壳的附加值，实现废弃作物的资源化利用。本发明采用的技术方案是：一种由油茶壳制备木炭的方法，包括以下步骤：步骤1，挑选油茶壳，取一部分油茶壳进行粉碎，控制油茶壳粉碎后的直径d≤3mm；步骤2，对粉碎后的油茶壳和未粉碎的油茶壳进行混合、筛选，分离粒径超限的油茶壳以及杂物；其中，筛网网眼大小为1cm；步骤3，对筛分后的油茶壳进行干燥，干燥温度160~250℃；步骤4，采用挤出成型方式，将干燥后的油茶壳制成半成品炭棒，挤出温度260~320℃，挤出压力10~50mpa；步骤5，将半成品炭棒进行高温无氧环境中进行炭化，炭化温度450~550℃，炭化时间10~30h，制成木炭；步骤6，将从高温无氧环境中移出的木炭转移至无氧或者低氧环境中，冷却至室温，包装。进一步地，步骤1中，所述油茶壳的含水量70~80%。进一步地，步骤1中，油茶壳粉碎部分占油茶壳总重量的80~90%。进一步地，步骤2中，粒径超限的油茶壳和杂物再次进行粉碎。进一步地，步骤3中，油茶壳干燥后含水量为5~10%。进一步地，步骤5中，碳化时间为20~30h。进一步地，步骤3中，对干燥后的油茶壳再次进行筛分，分选出0~1mm、1.01~1.5mm、1.51~3mm以及3.01~10mm的油茶壳，按照重量百分比之和为100%计，0~1mm的油茶壳10~20%，1.01~1.5mm的油茶壳30~40%，1.51~3mm的油茶壳40~50%，以及3.01~10mm的油茶壳5~10%的进行配置，混合。通过级配，以利于提高半成品炭棒的密实程度。进一步地，步骤3中，挤出前还混入有粒径为1~3mm的油料作物和/或粒径小于1mm锯末，油料作物用量为油茶壳重量的1~5%，锯末用量为油茶壳重量的1~10%。进一步地，所述油料作物包括油菜籽、棉麻籽、蓖麻籽、油茶籽中的一种或者多种。进一步地，步骤5中，炭化前先将半成品炭棒进行高温无氧环境中进行热处理，温度200~250℃，时间1~1.5h。本发明的有益效果是：本发明为解决现有技术中油茶壳直接废弃或者燃烧，造成资源浪费、污染环境的问题，提供一种油茶壳制备木炭的方法。该方法包括粉碎、筛选、烘干、制棒、炭化、冷却等步骤。采用本发明中的方法，将油茶壳转变为木炭，可用于工业硅生产等行业中，提高了资源的利用率和油茶壳的附加值，实现废弃作物的资源化利用，实现集约化生产，增加了种植户的经济收入，拓宽了油茶副产品深加工利用的途径。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1~4中的工艺流程图。具体实施方式在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。实施例1~4一种由油茶壳制备木炭的方法，其流程如附图1所示。该方法包括以下步骤，步骤1，挑选油茶壳，取其中一部分油茶壳，采用粉碎机对油茶壳进行粉碎，选择合适的粉碎筛网，控制油茶壳粉碎后的直径d≤3mm。其中，选用的油茶壳应干净卫生，未被工业或者生活垃圾污染。油茶壳原料的水分控制在70~80%，水分含量过高会延长干燥时间，水分过低会加重粉碎机负荷。油茶壳粉碎部分占油茶壳总重量的80~90%。步骤2，对粉碎后的油茶壳和未粉碎的油茶壳进行混合、筛选，分离粒径超限的油茶壳以及的杂物；其中，筛网网眼大小为1cm。油茶壳中杂物主要包括油茶杆、叶子等。分离粒径超限的油茶壳和杂物可以与新的油茶壳一并再次粉碎加工，或者作为燃料剂使用。该步骤中，引入3~10mm粒径的油茶壳进行级配，以提高半成品炭棒在挤压成型时的密实程度。步骤3，对筛分后的油茶壳进行干燥，干燥温度160~250℃。油茶壳干燥后，水分控制在5~10%。步骤4，采用挤出成型方式，将干燥后的油茶壳制成半成品炭棒，挤出温度260~320℃，挤出压力10~50mpa。步骤5，将半成品炭棒进行高温无氧环境中进行炭化，炭化温度450~550℃，炭化时间10~30h，制成木炭。其中，优选控制炭化时间20~30h。步骤6，将从高温无氧环境中移出的木炭转移至无氧或者低氧环境中，冷却至室温，包装。其中，低氧环境中，氧气的体积浓度小于5%。实施例1~4和对照例1参照上述方式进行，具体的生产工艺条件如下表1。表1工艺条件实施例1实施例2实施例3实施例4对照例1原料油茶壳油茶壳油茶壳油茶壳马尾松和杉木木屑（1：1）粉碎占比/�908387/干燥温度/℃160250200220250挤出温度/℃260320280300320挤出压力/mpa5010403510碳化温度/℃450550490520550碳化时间/h1030202530实施例1~4中制备的木炭的理化指标如下表2所述。表2实施例1~4中制备的木炭的理化指标实施例1实施例2实施例3实施例4高位发热量/mj/kg28.4230.1529.5428.40低位发热量/mj/kg25.3427.3326.1824.36全水分/%6.205.896.816.36干燥基含硫量/%0.100.100.100.10干燥基挥发分/.1315.6514.3013.47干燥基灰分/.5512.4812.2513.26干燥基固定碳/w.3275.6176.3376.08总体转化率/5.0535.6535.8135.27实施例4与对照例1中制备的木炭综合对比如下表3。表3木炭综合对比表实施例4对照例1尺寸/cm3.85*3.85*40.53.9*3.9*41.5重量/g450567木炭颜色黑色黑色灰分颜色灰褐灰白燃烧时间/h5.04.5发热量/mj/kg28.4230.6固定碳77.3282.06从表2中的检测数据可以看出，采用油茶壳制备的木炭的高位发热量大于28mj/kg，低位发热量大于24mj/kg，其与标准煤的发热量29mj/kg接近，可用作燃料。从表3中的数据也可以采用油茶壳制备的木炭与机制木炭的品质差别不太大，均可满足日常的需求。另一方面，采用油茶壳制备的木炭中固定碳含量在75%以上，灰分含量在12~13%，其可用作还原剂，满足工业硅冶炼等行业对固定碳的要求。再者，从油茶壳到木炭的总体转化率在35%左右。每吨木炭生产的成本费用包括:原料油茶壳2.8（每亩油茶林可生产0.15t油茶壳)费共计1400元，生产使用电费成本约500元，人工成本费约700元，包装费等其它费用共计200元，生产1t木炭的成本费共计2800元整。而目前市场上销售木炭的出厂价格约为4000元/t，利用油茶壳每生产1t木炭，可创造1200元的利润。实施例5~9一种由油茶壳制备木炭的方法，该方法包括以下步骤，步骤1，挑选油茶壳，取其中一部分油茶壳，采用粉碎机对油茶壳进行粉碎，选择合适的粉碎筛网，控制油茶壳粉碎后的直径d≤3mm。其中，选用的油茶壳应干净卫生，未被工业或者生活垃圾污染。油茶壳原料的水分控制在70~80%。油茶壳粉碎部分占油茶壳总重量的85%。步骤2，对粉碎后的油茶壳和未粉碎的油茶壳进行混合、筛选，分离粒径超限的油茶壳以及的杂物；其中，筛网网眼大小为1cm。油茶壳中杂物主要包括油茶杆、叶子等。分离粒径超限的油茶壳和杂物可以与新的油茶壳一并再次粉碎加工，或者作为燃料剂使用。步骤3，对筛分后的油茶壳进行干燥，干燥温度180~200℃。油茶壳干燥后，水分控制在7~8%。对干燥后的油茶壳再次进行筛分，分选出0~1mm、1.01~1.5mm、1.51~3mm以及3.01~10mm的油茶壳，按照重量百分比之和为100%计，0~1mm的油茶壳10~20%，1.01~1.5mm的油茶壳30~40%，1.51~3mm的油茶壳40~50%，以及3.01~10mm的油茶壳5~10%的进行配置，混合。通过级配，以利于提高半成品炭棒的密实程度。步骤4，采用挤出成型方式，将干燥后的油茶壳制成半成品炭棒，挤出温度290~300℃，挤出压力35~40mpa。必要时，挤出前还混入有粒径为1~3mm的油料作物和/或粒径小于1mm的锯末，油料作物用量为油茶壳重量的1~5%，锯末用量为油茶壳重量的1~10%。油料作物包括油菜籽、棉麻籽、蓖麻籽、油茶籽中的一种或者多种。步骤5，将半成品炭棒进行高温无氧环境中进行炭化，炭化温度490~500℃，炭化时间25~27h，制成木炭。必要时，炭化前先将半成品炭棒进行高温无氧环境中进行热处理，温度200~250℃，时间1~1.5h。步骤6，将从高温无氧环境中移出的木炭转移至无氧或者低氧环境中，冷却至室温，包装。其中，低氧环境中，氧气的体积浓度小于5%。实施例5~9参照上述工艺进行，其具体工艺如下表4所示。表4具体工艺参数实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9原料油茶壳油茶壳油茶壳 油菜籽5%油茶壳 锯末10%油茶壳 油菜籽5% 锯末5%干燥温度/℃180~200180~200180~200180~200180~200挤出温度/℃290~300290~300290~300290~300290~300挤出压力/mpa35~4035~4035~4035~4035~40热处理未进行进行进行进行进行碳化温度/℃490~500490~500490~500490~500490~500碳化时间/h25~2725~2725~2725~2725~27其中，实施例5~9中的油茶壳，按照重量百分比之和为100%计，0~1mm的油茶壳15%，1.01~1.5mm的油茶壳35%，1.51~3mm的油茶壳45%，以及3.01~10mm的油茶壳5%的进行配置。实施例5~9中制备的木炭的性能如下表5所示。表5实施例5~9中制备的木炭的理化指标实施例1实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9高位发热量/mj/kg29.5429.3331.0530.4730.9431.14低位发热量/mj/kg26.1826.6427.5128.0127.4527.71全水分/%6.817.517.617.557.427.37干燥基含硫量/%0.100.090.150.160.110.13干燥基挥发分/.3014.6615.1716.2015.8716.51干燥基灰分/.2512.2014.5013.5414.2013.00干燥基固定碳/v.3376.2679.0278.7178.6478.09总体转化率/5.8136.0037.0136.4936.8836.64从表5中的实施例1与实施例5中木炭的检测数据可知，在碳化前进行热处理，有利于提高油茶壳制备木炭的转化率。另一方面，油茶壳粒径为1~3mm的油料作物和/或粒径小于1mm的锯末，可以进一步提高半成品木炭棒的密实程度，减小其内部孔洞，排除夹带的氧气，利于进行成分的无氧炭化。同时，油料作物或者锯末中含有油脂，在半成品炭棒可充当粘合剂的作用，还可以在板成品炭棒形成油膜，起到隔绝氧气和水分的作用，延长半成品炭棒的暂存周期，提高木炭发热量。当前第1页12