一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法與流程

2023-05-03 14:00:41 2

本發明屬於生物質能源技術領域，具體涉及一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法。

背景技術：

現有的生物質炭包括由傳統土窯生產的粗製炭，如竹炭、木炭等以及由可燃物組成的引火物以及與煤結合製成棒炭。傳統的粗致炭技術含量低、土窯結構欠合理，次品率高且原料的轉化率相對較低。傳統的生物質炭以樹木為原料燒制而成，為了滿足生產需要大量的砍伐樹木，對森林樹木造成不可逆轉的毀壞。在目前森林覆蓋率越來越低、溫室效應日益嚴重的情況下，生產傳統生物質炭也越來越威脅著人類的生存環境。

另一種是由可燃物與煤結合的生物質炭，其配方及工藝中均是採用 KNO3和 Ba(NO3)2作為氧化劑，它們固體粉末狀態被加入煤和炭素中，經過對這些物質的混合、成型烘乾而製成生物質炭成品。在使用過程中，作為氧化劑的KNO3和Ba(NO3)2在燃燒過程中受熱分解會釋放出較高濃度的NO2，此外原料煤中也含有大量的硫化物以及重金屬離子，燒烤時受熱會隨著廢氣粘到燒烤食品上，對人體健康危害極大。

目前生物質炭的缺點都大大限制了生物質炭的生產和使用。因此，對工藝簡單、環保無毒且能提供大量熱量的生物質炭及其生產方法的研究很有必要。目前的研究中，大都集中於生物質炭的結構、添加劑以及煤預處理等方面，沒有針對生物質炭的替換原料進行研究。

中藥藥渣主要來源於中成藥生產、原料藥生產、中藥材加工與炮製以及含中藥的輕化工產品生產等，以中成藥生產帶來的藥渣量最大，約佔藥渣總量的70%。中藥渣是一種典型的工業生物質，具有形態複雜、含水率較高等特點。據報導，目前全國中藥渣的年產生量達3000萬噸以上。目前，國內共有中藥企業達 2000家以上，我國每年僅植物類藥渣的排放量就高達90萬餘噸。藥渣一般為溼物料，極易腐爛，味道臭異。對於中藥渣的處理傳統方法為焚燒、填埋和固定區域堆放等，這些處理方法造成了資源浪費並會對自然環境帶來風險。其中黃柏藥渣是中藥渣的一種，如何有效處理黃柏藥渣成為了研究的方向。

技術實現要素：

本發明提供一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法，以解決將黃柏藥渣作為垃圾處理或是曬乾後用來作為燃料，造成大量資源浪費和環境汙染等問題，本發明把黃柏藥渣作為製備生物質炭的原料，這不僅可以大大降低生產成本，同時可以減少環境汙染，節約資源，促進資源循環利用，為黃柏藥渣的有效處理提供了新思路，具有廣闊的市場前景。

為解決以上技術問題，本發明採用以下技術方案：

一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法，包括以下步驟：

S1：將黃柏藥渣採用熱空氣烘乾成含水率為21%-22%，製得幹黃柏藥渣，所述熱空氣為煤煙氣與空氣熱交換得到，所述煤煙氣溫度為920-960℃，所述空氣溫度為4-36℃，所述熱空氣溫度為250-480℃；

S2：將步驟S1製得的幹黃柏藥渣粉碎，過100-200目篩子，製得幹黃柏藥渣粉碎物；

S3：將步驟S2製得的幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑在攪拌轉速為80-130r/min下混合10-16min，製得混合物Ⅰ，所述的熱解催化劑以重量份為單位，包括以下原料：高嶺土8-30份、氧化鈷1-4份、氧化鎳2-3份、氧化鈦2-3份、氧化鋁1-2份、氧化鋅1-2份、水玻璃10-35份；

所述熱解催化劑的製備方法，包括以下步驟：

S31：將高嶺土、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、水玻璃在攪拌轉速為100-160r/min下混合8-12min，製得球狀顆粒Ⅰ；

S32：將步驟S31製得的球狀顆粒Ⅰ在950-1100℃範圍的溫度下焙燒，冷卻至室溫後篩分而得到的粒徑為0.01-0.06mm，孔隙容積為0.05-0.08mL/g，振實密度為0.82-0.96g/mL，磨耗率為2.05%-2.38%的球狀顆粒Ⅱ；

S4：將步驟S3製得的混合物Ⅰ放到微波反應釜中，以10-60℃/min的速度升溫至690-800℃，熱解4-9min，製得生物質燃氣和混合物Ⅱ；

S5：在微波反應釜中，溫度為410-460℃下採用步驟S4製得的生物質燃氣乾餾炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷卻至室溫，製得混合物Ⅲ；

S6：向步驟S5製得的混合物Ⅲ中加入澱粉粘合劑、石灰水，在攪拌轉速為120-180r/min下混合10-15min，經壓製成塊狀型後採用步驟S1所述熱空氣烘乾至含水率≤6%，製得生物質炭；

所述澱粉粘合劑的製備方法，包括以下步驟：

S61：配製濃度為25-28Be』木薯澱粉漿Ⅰ；

S62：向步驟S61的木薯澱粉漿Ⅰ中加入濃度為1%-5%乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺，然後在溫度為36-39℃，攪拌轉速為100-120r/min下進行交聯接枝反應0.4-0.6h，製得漿料Ⅱ；

S63：向步驟S62的漿料Ⅱ中加入氫氧化鉀和環氧氯己烷，然後在溫度為40-46℃，攪拌轉速為110-150r/min下進行交聯反應0.3-0.5h，製得漿料Ⅲ；

S64：將步驟S63的漿料Ⅲ進行預糊化並在溫度為165-168℃下烘乾，製得含水率≤6%的物料Ⅳ；

S65：將步驟S64的物料Ⅳ粉碎、過100-160目篩子，製得澱粉粘合劑。

進一步地，步驟S3中所述幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑的質量比為100-220:1-3。

進一步地，步驟S6中所述混合物Ⅲ、澱粉粘合劑、石灰水的質量比為18-40:4-6:6-8。

進一步地，步驟S6中所述壓製成塊狀型採用的壓力為10-15Mpa。

進一步地，步驟S62中所述木薯澱粉漿Ⅰ、乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺的質量比為30-80:10-25:12-20。

進一步地，步驟S63中所述漿料Ⅱ、氫氧化鉀、環氧氯己烷的質量比為35-73:12-25:15-20。

進一步地，步驟S63中所述交聯反應的溫度為42℃，攪拌轉速為125r/min下進行交聯反應0.4h。

本發明具有以下有益效果：

（1）本發明的製備方法條件可控，黃柏藥渣製備生物質炭的轉化率高，無廢渣產生；

（2）本發明製備過程中不添加引火物等添加劑，製得的生物質炭無煙無毒無味；

（3）本發明製得的生物質炭起火快，燃燒時間長達3.1h以上，有利於使用；

（4）本發明製得的生物質炭外表光滑無裂紋、無爆花，易於保存和運輸；

（5）本發明把黃柏藥渣作為製備生物質炭的原料，這不僅可以大大降低生產成本，同時可以減少環境汙染，節約資源，促進資源循環利用，為黃柏藥渣的有效處理提供了新思路，具有廣闊的市場前景。

具體實施方式

為便於更好地理解本發明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬於本發明的保護範圍，但不限制本發明的保護範圍。

在實施例中，所述黃柏藥渣製備生物質炭的方法，包括以下步驟：

S1：將黃柏藥渣採用熱空氣烘乾成含水率為21%-22%，製得幹黃柏藥渣，所述熱空氣為煤煙氣與空氣熱交換得到，所述煤煙氣溫度為920-960℃，所述空氣溫度為4-36℃，所述熱空氣溫度為250-480℃；

S2：將步驟S1製得的幹黃柏藥渣粉碎，過100-200目篩子，製得幹黃柏藥渣粉碎物；

S3：將步驟S2製得的幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑在攪拌轉速為80-130r/min下混合10-16min，製得混合物Ⅰ，所述幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑的質量比為100-220:1-3，所述的熱解催化劑以重量份為單位，包括以下原料：高嶺土8-30份、氧化鈷1-4份、氧化鎳2-3份、氧化鈦2-3份、氧化鋁1-2份、氧化鋅1-2份、水玻璃10-35份；

所述熱解催化劑的製備方法，包括以下步驟：

S31：將高嶺土、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、水玻璃在攪拌轉速為100-160r/min下混合8-12min，製得球狀顆粒Ⅰ；

S32：將步驟S31製得的球狀顆粒Ⅰ在950-1100℃範圍的溫度下焙燒，冷卻至室溫後篩分而得到的粒徑為0.01-0.06mm，孔隙容積為0.05-0.08mL/g，振實密度為0.82-0.96g/mL，磨耗率為2.05%-2.38%的球狀顆粒Ⅱ；

S4：將步驟S3製得的混合物Ⅰ放到微波反應釜中，以10-60℃/min的速度升溫至690-800℃，熱解4-9min，製得生物質燃氣和混合物Ⅱ；

S5：在微波反應釜中，溫度為410-460℃℃下採用步驟S4製得的生物質燃氣乾餾炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷卻至室溫，製得混合物Ⅲ；

S6：向步驟S5製得的混合物Ⅲ中加入澱粉粘合劑、石灰水，所述混合物Ⅲ、澱粉粘合劑、石灰水的質量比為18-40:4-6:6-8，在攪拌轉速為120-180r/min下混合10-15min，經在壓力為10-15Mpa下壓製成塊狀型後採用步驟S1所述熱空氣烘乾至含水率≤6%，製得生物質炭；

所述澱粉粘合劑的製備方法，包括以下步驟：

S61：配製濃度為25-28Be』木薯澱粉漿Ⅰ；

S62：向步驟S61的木薯澱粉漿Ⅰ中加入濃度為1%-5%乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺，然後在溫度為36-39℃，攪拌轉速為100-120r/min下進行交聯接枝反應0.4-0.6h，製得漿料Ⅱ，所述木薯澱粉漿Ⅰ、乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺的質量比為30-80:10-25:12-20；

S63：向步驟S62的漿料Ⅱ中加入氫氧化鉀和環氧氯己烷，然後在溫度為40-46℃，攪拌轉速為110-150r/min下進行交聯反應0.3-0.5h，製得漿料Ⅲ，所述漿料Ⅱ、氫氧化鉀、環氧氯己烷的質量比為35-73:12-25:15-20；

S64：將步驟S63的漿料Ⅲ進行預糊化並在溫度為165-168℃下烘乾，製得含水率≤6%的物料Ⅳ；

S65：將步驟S64的物料Ⅳ粉碎、過100-160目篩子，製得澱粉粘合劑。

下面通過更具體實施例對本發明進行說明。

實施例1

一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法，包括以下步驟：

S1：將黃柏藥渣採用熱空氣烘乾成含水率為21%，製得幹黃柏藥渣，所述熱空氣為煤煙氣與空氣熱交換得到，所述煤煙氣溫度為940℃，所述空氣溫度為20℃，所述熱空氣溫度為360℃；

S2：將步驟S1製得的幹黃柏藥渣粉碎，過150目篩子，製得幹黃柏藥渣粉碎物；

S3：將步驟S2製得的幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑在攪拌轉速為110r/min下混合13min，製得混合物Ⅰ，所述幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑的質量比為160:2，所述的熱解催化劑以重量份為單位，包括以下原料：高嶺土20份、氧化鈷3份、氧化鎳3份、氧化鈦3份、氧化鋁2份、氧化鋅2份、水玻璃24份；

所述熱解催化劑的製備方法，包括以下步驟：

S31：將高嶺土、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、水玻璃在攪拌轉速為130r/min下混合10min，製得球狀顆粒Ⅰ；

S32：將步驟S31製得的球狀顆粒Ⅰ在1000℃範圍的溫度下焙燒，冷卻至室溫後篩分而得到的粒徑為0.03mm，孔隙容積為0.06mL/g，振實密度為0.9g/mL，磨耗率為2.2%的球狀顆粒Ⅱ；

S4：將步驟S3製得的混合物Ⅰ放到微波反應釜中，以30℃/min的速度升溫至750℃，熱解7min，製得生物質燃氣和混合物Ⅱ；

S5：在微波反應釜中，溫度為440℃下採用步驟S4製得的生物質燃氣乾餾炭化混合物Ⅱ0.5h，冷卻至室溫，製得混合物Ⅲ；

S6：向步驟S5製得的混合物Ⅲ中加入澱粉粘合劑、石灰水，所述混合物Ⅲ、澱粉粘合劑、石灰水的質量比為30:5:7，在攪拌轉速為150r/min下混合12min，經在壓力為13Mpa下壓製成塊狀型後採用步驟S1所述熱空氣烘乾至含水率為6%，製得生物質炭；

所述澱粉粘合劑的製備方法，包括以下步驟：

S61：配製濃度為26Be』木薯澱粉漿Ⅰ；

S62：向步驟S61的木薯澱粉漿Ⅰ中加入濃度為3%乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺，然後在溫度為38℃，攪拌轉速為110r/min下進行交聯接枝反應0.5h，製得漿料Ⅱ，所述木薯澱粉漿Ⅰ、乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺的質量比為65:16:15；

S63：向步驟S62的漿料Ⅱ中加入氫氧化鉀和環氧氯己烷，然後在溫度為43℃，攪拌轉速為130r/min下進行交聯反應0.4h，製得漿料Ⅲ，所述漿料Ⅱ、氫氧化鉀、環氧氯己烷的質量比為54:20:18；

S64：將步驟S63的漿料Ⅲ進行預糊化並在溫度為166℃下烘乾，製得含水率為6%的物料Ⅳ；

S65：將步驟S64的物料Ⅳ粉碎、過130目篩子，製得澱粉粘合劑。

實施例2

一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法，包括以下步驟：

S1：將黃柏藥渣採用熱空氣烘乾成含水率為21%，製得幹黃柏藥渣，所述熱空氣為煤煙氣與空氣熱交換得到，所述煤煙氣溫度為920℃，所述空氣溫度為4℃，所述熱空氣溫度為250℃；

S2：將步驟S1製得的幹黃柏藥渣粉碎，過100目篩子，製得幹黃柏藥渣粉碎物；

S3：將步驟S2製得的幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑在攪拌轉速為80r/min下混合16min，製得混合物Ⅰ，所述幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑的質量比為100:1，所述的熱解催化劑以重量份為單位，包括以下原料：高嶺土8份、氧化鈷1份、氧化鎳2份、氧化鈦2份、氧化鋁1份、氧化鋅1份、水玻璃10份；

所述熱解催化劑的製備方法，包括以下步驟：

S31：將高嶺土、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、水玻璃在攪拌轉速為100r/min下混合12min，製得球狀顆粒Ⅰ；

S32：將步驟S31製得的球狀顆粒Ⅰ在950℃範圍的溫度下焙燒，冷卻至室溫後篩分而得到的粒徑為0.01mm，孔隙容積為0.05mL/g，振實密度為0.82g/mL，磨耗率為2.05%的球狀顆粒Ⅱ；

S4：將步驟S3製得的混合物Ⅰ放到微波反應釜中，以10℃/min的速度升溫至690℃，熱解9min，製得生物質燃氣和混合物Ⅱ；

S5：在微波反應釜中，溫度為410℃℃下採用步驟S4製得的生物質燃氣乾餾炭化混合物Ⅱ0.6h，冷卻至室溫，製得混合物Ⅲ；

S6：向步驟S5製得的混合物Ⅲ中加入澱粉粘合劑、石灰水，所述混合物Ⅲ、澱粉粘合劑、石灰水的質量比為18:4:6，在攪拌轉速為120r/min下混合10min，經在壓力為10Mpa下壓製成塊狀型後採用步驟S1所述熱空氣烘乾至含水率為5.67%，製得生物質炭；

所述澱粉粘合劑的製備方法，包括以下步驟：

S61：配製濃度為25Be』木薯澱粉漿Ⅰ；

S62：向步驟S61的木薯澱粉漿Ⅰ中加入濃度為1%乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺，然後在溫度為36℃，攪拌轉速為100r/min下進行交聯接枝反應0.6h，製得漿料Ⅱ，所述木薯澱粉漿Ⅰ、乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺的質量比為30:10:12；

S63：向步驟S62的漿料Ⅱ中加入氫氧化鉀和環氧氯己烷，然後在溫度為40℃，攪拌轉速為110r/min下進行交聯反應0.5h，製得漿料Ⅲ，所述漿料Ⅱ、氫氧化鉀、環氧氯己烷的質量比為35:12:15；

S64：將步驟S63的漿料Ⅲ進行預糊化並在溫度為165℃下烘乾，製得含水率為4%的物料Ⅳ；

S65：將步驟S64的物料Ⅳ粉碎、過100目篩子，製得澱粉粘合劑。

實施例3

一種黃柏藥渣製備生物質炭的方法，包括以下步驟：

S1：將黃柏藥渣採用熱空氣烘乾成含水率為22%，製得幹黃柏藥渣，所述熱空氣為煤煙氣與空氣熱交換得到，所述煤煙氣溫度為960℃，所述空氣溫度為36℃，所述熱空氣溫度為480℃；

S2：將步驟S1製得的幹黃柏藥渣粉碎，過200目篩子，製得幹黃柏藥渣粉碎物；

S3：將步驟S2製得的幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑在攪拌轉速為130r/min下混合10min，製得混合物Ⅰ，所述幹黃柏藥渣粉碎物與熱解催化劑的質量比為220:3，所述的熱解催化劑以重量份為單位，包括以下原料：高嶺土30份、氧化鈷4份、氧化鎳3份、氧化鈦3份、氧化鋁2份、氧化鋅2份、水玻璃35份；

所述熱解催化劑的製備方法，包括以下步驟：

S31：將高嶺土、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、水玻璃在攪拌轉速為160r/min下混合8min，製得球狀顆粒Ⅰ；

S32：將步驟S31製得的球狀顆粒Ⅰ在1100℃範圍的溫度下焙燒，冷卻至室溫後篩分而得到的粒徑為0.06mm，孔隙容積為0.08mL/g，振實密度為0.96g/mL，磨耗率為2.38%的球狀顆粒Ⅱ；

S4：將步驟S3製得的混合物Ⅰ放到微波反應釜中，以60℃/min的速度升溫至800℃，熱解4min，製得生物質燃氣和混合物Ⅱ；

S5：在微波反應釜中，溫度為460℃下採用步驟S4製得的生物質燃氣乾餾炭化混合物Ⅱ0.3h，冷卻至室溫，製得混合物Ⅲ；

S6：向步驟S5製得的混合物Ⅲ中加入澱粉粘合劑、石灰水，所述混合物Ⅲ、澱粉粘合劑、石灰水的質量比為40:6:8，在攪拌轉速為180r/min下混合10min，經在壓力為15Mpa下壓製成塊狀型後採用步驟S1所述熱空氣烘乾至含水率為4.51%，製得生物質炭；

所述澱粉粘合劑的製備方法，包括以下步驟：

S61：配製濃度為28Be』木薯澱粉漿Ⅰ；

S62：向步驟S61的木薯澱粉漿Ⅰ中加入濃度為5%乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺，然後在溫度為39℃，攪拌轉速為120r/min下進行交聯接枝反應0.4h，製得漿料Ⅱ，所述木薯澱粉漿Ⅰ、乙酸異戊酯、二甲基乙醯胺的質量比為80: 25: 20；

S63：向步驟S62的漿料Ⅱ中加入氫氧化鉀和環氧氯己烷，然後在溫度為46℃，攪拌轉速為150r/min下進行交聯反應0.3h，製得漿料Ⅲ，所述漿料Ⅱ、氫氧化鉀、環氧氯己烷的質量比為73: 25:20；

S64：將步驟S63的漿料Ⅲ進行預糊化並在溫度為168℃下烘乾，製得含水率為6%的物料Ⅳ；

S65：將步驟S64的物料Ⅳ粉碎、過160目篩子，製得澱粉粘合劑。

性能測試：

（1）水分含量、灰分含量、固定碳含量、熱值的測定參照 GB/T2001-1991《焦炭工業分析測定方法》中相關的測定方法。

（2）硫含量的測定參照 GB/T2286-2008《焦炭全硫含量的測定方法》中相關的測定方法。

實施例1-3中的生物質炭性能參數如下表所示。

由上表可知，本發明的方法所製得的生物質炭符合燒烤炭的性能要求。

以上內容不能認定本發明具體實施只局限於這些說明，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。