阅读说明：本技术 一种基于恒温炭化的制炭工艺 (Constant-temperature carbonization-based charcoal making process ) 是由 王云飞 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于恒温炭化的的制炭工艺,该制炭工艺包括以下步骤：S1、粉料；S2、进料；S3、烘干；S4、中间进料；S5、炭化；S6、出炭。本发明采用恒温炭化的方式进行制炭,炭化装置中对木材的炭化不通过明火炭化；炭化装置内的木材炭化时将产生可燃气体,这些可燃气体通过管道回到燃烧系统内燃烧,以使燃烧系统又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热,以此形成能源循环利用的系统。(The invention discloses a constant-temperature carbonization-based charcoal making process, which comprises the following steps of: s1, powder lot; s2, feeding; s3, drying; s4, intermediate feeding; s5, carbonizing; s6, discharging carbon. The invention adopts a constant temperature carbonization mode to prepare the charcoal, and the carbonization of the wood in the carbonization device does not adopt open fire carbonization; the wood in the carbonizing device generates combustible gas when being carbonized, and the combustible gas returns to the combustion system through the pipeline to be combusted, so that the combustion system can supply heat to the drying device and the carbonizing device through the pipeline, and a system for recycling energy is formed.)

一种基于恒温炭化的制炭工艺

技术领域

本发明属于炭的制备技术领域，具体涉及一种恒温炭化法的制炭工艺。

背景技术

活性炭具有化学稳定性好、比表面积大等优点，在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用。中国是世界上最早制炭的国家，采用土法制炭，但是普遍存在以下问题：首先是土法制炭产量较低，质量不易保证，占地面积很大；其次是污染环境，造成空气污染，并且劳动强度大。

现阶段活性炭的制备主要是采用煤进行化学活化的方式制得，但是由于煤的不可再生性、以及化学活化过程中带来的污染，化学活化法制炭已经不能满足时代发展的需求。

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种物理方式的、节能环保、并能够实现将木材炭化时将产生可燃气体通过管道回到燃烧系统内燃烧，以使燃烧系统又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用，通过恒温炭化的方式以达到制炭目的的制炭工艺。其制备主要是通过木炭制得。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种节能环保、通过恒温炭化的方式以达到制炭目的的制炭工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于恒温炭化的的制炭工艺，该制炭工艺包括如下步骤：

S1、粉料：通过粉碎装置将木材粉碎为木屑；

S2、进料：由传送装置将木屑输送到烘干装置中进行烘干；

S3、烘干：所述木屑在烘干装置中受热烘干，木材的受热温度为200-230摄氏度，烘干持续时间约为16-25分钟；

S4、中间进料：烘干后的木屑由中间进料螺旋输送入炭化装置内；

S5、炭化：所述炭化装置内的温度为W1，所述的温度W1为固定的恒温值，炭化持续时间为T1；

S6、出炭：所述木屑成炭后进入水冷结构中进行冷却，得到所制得的炭。

进一步的，在所述步骤S1中，所述的粉碎装置为粉碎机。

进一步的，在所述步骤S2中，所述传送装置为地面输送机、皮带输送机。

进一步的，在所述步骤S2中，所述烘干装置为烘干炉。

进一步的，所述炭化装置为恒温炭化装置。

进一步的，在所述步骤S4中，所述中间进料螺旋为烘干装置和炭化装置之间的输送装置，其输送方式为旋转的螺旋结构推动旋页之间的木屑前进。

进一步的，在所述步骤S5中，所述炭化装置内的温度W1为560-750摄氏度，炭化持续时间T1为20-30分钟。

进一步的，为了对木屑进行炭化，所述的温度W1和炭化持续时间T1满足W1·T1大于等于11220小于等于20200。

进一步的，在所述步骤S2中，烘干后的木屑含水率为15～20％，特别是烘干后木屑中的含水率为18％。

进一步的，在所述步骤S6中，所述的水冷结构为水冷螺旋，所述水冷螺旋为四级冷却。充分冷却至25℃～30℃，得到基质炭。将基质炭置于物理活化装置内，向物理活化装置内输送入高温水蒸汽，使基质炭与水蒸汽直接接触，水蒸汽破坏基质炭的细胞结构，使基质炭形成无数的微空洞结构，即得活性炭。

本发明还公开了一种基于恒温炭化的的制炭设备，包括粉碎机、输送带、烘干炉、炭化装置、燃烧装置和物理活化装置，所述粉碎机、输送带、烘干炉、炭化装置依次连接，所述燃烧装置连接烘干炉、炭化装置。

进一步的，所述燃烧装置的蒸汽炉的出口端连接空腔和活化转筒，所述炭化炉的一个出口端连接燃烧炉的入口端，所述炭化炉的另一出口端连接进料螺旋。

进一步的，所述燃烧炉的出口端连接烘干炉。

进一步的，所述燃烧装置包括燃烧炉和蒸汽炉，所述燃烧炉连接蒸汽炉，所述蒸汽炉连接炭化炉和隔热砖墙壁之间的空腔。

进一步的，所述物理活化装置包括依次连接的进料螺旋、鼓风机和活化转筒。

进一步的，所述进料螺旋连接水冷螺旋的出口端。

进一步的，所述燃烧装置连接炭化装置和物理活化装置，所述炭化装置连接物理活化装置，所述炭化装置向物理活化装置内送入基质炭，所述燃烧系统向物理活化装置内输送水蒸汽。

所述制炭装置包括传送机构、烘干机构、炭化机构、水冷机构、挤压机构；所述传送机构包括多个皮带传送机，皮带传送机之间设有双轴撕碎机和对辊粉碎机；所述传送机构还包括上料叉车在地面运输木料；所述烘干机构包括进料双螺旋，进料双螺旋连接有进料提升皮带，进料提升皮带另一端连接有单头螺旋，单头螺旋的下方设有烘干供热风机；烘干供热风机设有烘干供热输送风管，烘干供热输送风管与制炭滚筒连通。

进一步的，所述单头螺旋的另一端连接烘干滚筒的输入端，所述烘干滚筒上设有第一前支撑托辊和第一后支撑托辊；烘干滚筒靠近第一后支撑托辊端设有烘干传动机；所述烘干滚筒的输出端连接一级提升进料螺旋，一级提升进料螺旋连接有二级提升进料螺旋；所述一级提升进料螺旋上方连接有除尘器，所述除尘器连通烘干风机，烘干风机连通烟气除尘排放仓。

进一步的，所述二级提升进料螺旋的上方连接设有制炭风机，制炭风机设有除尘器，制炭风机连接有可燃气输送管道，所述可燃气输送管道的另一端连通恒温加热装置；所述二级提升进料螺旋的另一端连接有制炭滚筒传动机，制炭滚筒传动机另一端连接第二前支撑托辊。

进一步的，所述炭化机构包括制炭滚筒机构，制炭滚筒机构与第二前支撑托辊连接，所述制炭滚筒机构上方连接有恒温加热装置。所述制炭滚筒机构的另一端连接有第二后支撑托辊；第二后支撑托辊连接有水冷机构。

进一步的，所述水冷机构共包括四级水冷螺旋结构，所述第二后支撑托辊连接有一级冷却螺旋，一级冷却螺旋连接有二级冷却螺旋，二级冷却螺旋连接有三级冷却螺旋，三级冷却螺旋连接有四级冷却螺旋。

进一步的，所述恒温加热装置设有烟气输送管道，所属烟气输送管道连通型炭烘干室；所述恒温加热装置和型炭存放区之间设有挤压机构，成炭冷却之后经挤压机构处理成基质炭，后续做包装处理。

进一步的，挤压机构包括对称设置的炭粉搅拌机，所述炭粉搅拌机均链接有炭粉输送螺旋，所述炭粉输送螺旋连接有型炭挤压机，型炭挤压机连接型炭输送皮带；型炭输送皮带将型炭输送至型炭烘干室，型炭烘干室设有多个型炭移动车，通过拉车将型炭集中处理。

进一步的，为了增加制炭产量，保证炭化质量，烘干的温度W1和烘干时间T1满足以下关系W1/T1大于等于7.5小于等于16.6。

进一步的，在恒温炭化的过程中，为了保证炭化质量，加热温度W2和加热时间T2满足以下关系W2/T2大于等于20.7小于等于37.6。

进一步的，在整个制炭过程中，采用恒温的方法制炭，需要对温度严格控制，以保证良好的制炭效率和出炭率，同时减少热量的损失；烘干的温度W1、烘干时间T1、恒温加热温度W2和加热时间T2满足以下关系式：

W2＝α·W1(T2/T1)；

上式中，W1、W2单位为摄氏度，T1、T1单位为分钟；α的取值范围为1.24-5.01。

另外，本系统在使用时，先检查设备系统，链条、转动辊筒、炭化炉两头盘根并加润滑油；冷却水开启，冷却螺旋的冷却水泵开启；为了进料通敞，是从生产线的后面先开，前面后开，开机顺序为冷却螺旋、恒温加热装置、制炭滚筒，一级提升进料螺旋、二级提升进料螺旋、烘干主机、皮带输送机、进料双螺旋。

进一步的，所述恒温加热装置采用燃气燃烧进行加热，通过阀门控制燃气的供应量，以控制燃气燃烧产生的热量，进而控制温度加热温度。所述加热装置外部砌有墙头，由四层耐火材料组成；恒温加热装置内温度小于1000度(本设备的制炭温度在500度与750度之间)，而耐火材料的耐温为1400度；足够耐温，外墙头温度小于40度；生产过程中停电时立开动发电机供电，受热的炭化炉停后时间长就变形，发电的同时，要有人用手柄摇动炭化转炉的减速机，只要有一点转动便可，并转动20度左右角度时可停半分钟，再转一点角度，再停半分钟，如此循环。当发好电后，手摇动的人离开，并立用发出的电来开机。

所述恒温加热装置还能够接收来自炭化装置排出的可燃气体，用于燃烧，给烘干装置供热，而且，炭化装置排出的可燃气体也不一定必须回到燃烧系统中，这些可燃气体还可以冷却称为液农家肥料或者是用于燃烧发电。

本设备日处理木料为75-80吨之间，占地长为141米宽为23米；含水率20％左右的木料得炭率约为25％。

优选的，在炭化过程中，为了减少烟气的热量损失，增加热能利用率，烟气中颗粒物的粒子直径满足：

D·ρ＝(μv₀)^1/2/NT；

其中D为烟气颗粒物的粒子直径cm，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气的初始流速m/s，ρ为烟气密度mg/m³；N为气体摩尔质量；T为温度。

进一步的，v₀的取值范围为5m/s～20m/s。

进一步的，所述恒温炭化装置包括加热器、控制器、检测器、电源；所述加热器和检测器均与控制器连接；所述电源向可以根据需要提供多种电流/电压，向加热器、控制器、检测器供电。所述加热器为电加热器，所述检测器为温度传感器，特别是热电偶式温度传感器。所述电加热器进行加热，所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度，当该实时温度没有达到所述控制器预设的阈值，控制器控制电加热器一直加热，温度持续上升；当所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度达到控制器预设的阈值时，所述加热器减小加热功率，使炭化时散发出的热量和加热器产生的热量达到平衡，实现恒温炭化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的基于恒温炭化的制炭工艺，炭化装置中对木材的炭化不通过明火炭化，而是通过燃烧系统对炭化装置进行热传导加热，燃烧系统向炭化装置的空腔内供热，从而提升炭化炉的温度，炭化装置内的木材炭化时产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到燃烧系统内燃烧，以使燃烧系统又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。

2、本发明提供的基于恒温炭化的制炭工艺，木材炭化后产生木燃气，并在热解过程中是放热反应，成炭本身用燃气产生的热较少，有大量多余的热量产生，多余的热量加热水来产热烘干原木料与成型的炭的烘干。

3、本发明提供的基于恒温炭化的制炭工艺，通过本工艺日处理木材可达75t～80t，大大提高了制备效率，含水率为20％左右的木材的得炭率可达25％。且制备活性炭材料比表面积可达1365.35m2/g，微孔含量高，工艺成本低，合成工艺简单，易于放大。

附图说明

图1是本发明的基于恒温炭化的制炭工艺工作流程示意图。

图2是本发明的传送机构示意图。

图3是本发烘干机构进料部分明示意图。

图4是本发明烘干机构烘干滚筒示意图。

图5是本发明烘干机构的除尘示意图。

图6是本发明炭化机构示意图。

图7是本发明挤压机构示意图。

图8是本发明型炭烘干室结构示意图。

图中：101、皮带输送机；102、双轴撕碎机；103、上料叉车；104、对辊粉碎机；201、进料双螺旋；202、进料提升皮带；203、单头螺旋；204、烘干供热风机；205、烘干供热输送风管；301、第一前支撑托辊；302、烘干滚筒；303、第一后支撑托辊；304、烘干传动机；401、一级提升进料螺旋；402、二级提升进料螺旋；403、制炭滚筒传动机；404、可燃气输送管；405、烟气除尘排气仓；406、烘干风机；407、制炭风机；408、除尘器；409、第二前支撑托辊；501、加热装置；504、制炭滚筒机构；505、烟气输送管道；506、第二后支撑托辊；507、一级冷却螺旋；508、二级冷却螺旋；509、三级冷却螺旋；5010、四级冷却螺旋；5011、冷却水泵；5012、冷却水箱；601、炭粉搅拌机；602、炭粉输送螺旋；603、型炭挤压机；604、型炭皮带输送机；605、炭粉存放区；701、型炭烘干机；702、型炭移动车；703、拉车。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，一种基于恒温炭化的的制炭工艺，该制炭工艺包括如下步骤：

S1、粉料：通过粉碎装置将木材粉碎为木屑；

S2、进料：由传送装置将木屑输送到烘干装置中进行烘干；

S3、烘干：所述木屑在烘干装置中受热烘干，木材的受热温度为200-250摄氏度度，烘干持续时间约为16-25分钟；

S4、中间进料：烘干后的木屑由中间进料螺旋输送入炭化装置内；

S5、炭化：所述炭化装置内的温度为W1，所述的温度W1为固定的恒温值，炭化持续时间为T1；

S6、出炭：所述木屑成炭后进入水冷结构中进行冷却，得到所制得的炭。

在所述步骤S1中，所述的粉碎装置为粉碎机。在所述步骤S2中，所述传送装置为地面输送机、皮带输送机。所述烘干装置为烘干炉。所述炭化装置为恒温炭化装置。

在所述步骤S4中，所述中间进料螺旋为烘干装置和炭化装置之间的输送装置，其输送方式为旋转的螺旋结构推动旋页之间的木屑前进。

在所述步骤S5中，所述炭化装置内的温度W1为560-750摄氏度，炭化持续时间T1为20-30分钟。为了对木屑进行炭化，所述的温度W1和炭化持续时间T1满足W1·T1大于等于11220小于等于20200。

在所述步骤S2中，烘干后的木屑含水率为15～20％，特别是烘干后木屑中的含水率为18％。

在所述步骤S6中，所述的水冷结构为水冷螺旋，所述水冷螺旋为四级冷却。充分冷却至25℃～30℃，得到基质炭。将基质炭置于物理活化装置内，向物理活化装置内输送入800℃～900℃的水蒸汽，使基质炭与水蒸汽直接接触，水蒸汽破坏基质炭的细胞结构，使基质炭形成无数的微空洞结构，即得活性炭。

所述燃烧系统包括燃烧炉和蒸汽炉，所述燃烧炉的输出端连接蒸汽炉，所述蒸汽炉连接炭化炉和隔热砖墙壁之间的空腔。

所述物理活化装置包括依次连接的进料螺旋、鼓风机和活化转筒。

所述进料螺旋连接水冷螺旋的出口端。所述燃烧装置连接炭化装置和物理活化装置，所述炭化装置连接物理活化装置，所述炭化装置向物理活化装置内送入基质炭，所述燃烧系统向物理活化装置内输送水蒸汽。

实施例2

如图2-8所述，本发明还公开了一种基于恒温炭化的的制炭设备，包括粉碎机、输送带、烘干炉、炭化装置、燃烧装置和物理活化装置，所述粉碎机、输送带、烘干炉、炭化装置和物理活化装置依次连接，所述燃烧装置连接烘干炉、炭化装置和物理活化装置。所述燃烧装置的蒸汽炉的出口端连接空腔和活化转筒，所述炭化炉的一个出口端连接燃烧炉的入口端，所述炭化炉的另一出口端连接进料螺旋。所述燃烧炉的出口端连接烘干炉。

所述制炭装置包括传送机构、烘干机构、炭化机构、水冷机构、挤压机构；所述传送机构包括多个皮带传送机，皮带传送机之间设有双轴撕碎机和对辊粉碎机；所述传送机构还包括上料叉车在地面运输木料；所述烘干机构包括进料双螺旋，进料双螺旋连接有进料提升皮带，进料提升皮带另一端连接有单头螺旋，单头螺旋的下方设有烘干供热风机；烘干供热风机设有烘干供热输送风管，烘干供热输送风管与制炭滚筒连通。

所述单头螺旋的另一端连接烘干滚筒的输入端，所述烘干滚筒上设有第一前支撑托辊和第一后支撑托辊；烘干滚筒靠近第一后支撑托辊端设有烘干传动机；所述烘干滚筒的输出端连接一级提升进料螺旋，一级提升进料螺旋连接有二级提升进料螺旋；所述一级提升进料螺旋上方连接有除尘器，所述除尘器连通烘干风机，烘干风机连通烟气除尘排放仓。

所述二级提升进料螺旋的上方连接设有制炭风机，制炭风机设有除尘器，制炭风机连接有可燃气输送管道，所述可燃气输送管道的另一端连通恒温加热装置；所述二级提升进料螺旋的另一端连接有制炭滚筒传动机，制炭滚筒传动机另一端连接第二前支撑托辊。

所述炭化机构包括制炭滚筒机构，制炭滚筒机构与第二前支撑托辊连接，所述制炭滚筒机构上方连接有恒温炭化装置，所述恒温炭化装置包括加热器、控制器、检测器、电源；所述加热器和检测器均与控制器连接；所述电源向可以根据需要提供多种电流/电压，向加热器、控制器、检测器供电。所述加热器为电加热器，所述检测器为温度传感器，特别是热电偶式温度传感器。所述电加热器进行加热，所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度，当该实时温度没有达到所述控制器预设的阈值，控制器控制电加热器一直加热，温度持续上升；当所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度达到控制器预设的阈值时，所述加热器减小加热功率，使炭化时散发出的热量和加热器产生的热量达到平衡，实现恒温炭化。所述制炭滚筒机构的另一端连接有第二后支撑托辊；第二后支撑托辊连接有水冷机构。

所述水冷机构共包括四级水冷螺旋结构，所述第二后支撑托辊连接有一级冷却螺旋，一级冷却螺旋连接有二级冷却螺旋，二级冷却螺旋连接有三级冷却螺旋，三级冷却螺旋连接有四级冷却螺旋。

所述恒温加热装置设有烟气输送管道，所属烟气输送管道连通型炭烘干室；所述恒温加热装置和型炭存放区之间设有挤压机构，成炭冷却之后经挤压机构处理成基质炭，后续做包装处理。

所述挤压机构包括对称设置的炭粉搅拌机，所述炭粉搅拌机均链接有炭粉输送螺旋，所述炭粉输送螺旋连接有型炭挤压机，型炭挤压机连接型炭输送皮带；型炭输送皮带将型炭输送至型炭烘干室，型炭烘干室设有多个型炭移动车，通过拉车将型炭集中处理。

为了增加制炭产量，保证炭化质量，烘干的温度W1和烘干时间T1满足以下关系W1/T1大于等于7.5小于等于16.6。

在恒温炭化的过程中，为了保证炭化质量，加热温度W2和加热时间T2满足以下关系W2/T2大于等于20.7小于等于37.6。

在整个制炭过程中，采用恒温的方法制炭，需要对温度严格控制，以保证良好的制炭效率和出炭率，同时减少热量的损失；烘干的温度W1、烘干时间T1、恒温加热温度W2和加热时间T2满足以下关系式：

W2＝α·W1T2/T1；

上式中，W1、W2单位为摄氏度，T1、T1单位为分钟；α的取值范围为1.24-5.01。

另外，本系统在使用时，先检查设备系统，链条、转动辊筒、炭化炉两头盘根并加润滑油；冷却水开启，冷却螺旋的冷却水泵开启；为了进料通敞，是从生产线的后面先开，前面后开，开机顺序为冷却螺旋、恒温加热装置、制炭滚筒，一级提升进料螺旋、二级提升进料螺旋、烘干主机、皮带输送机、进料双螺旋。

所述恒温加热装置外部砌有墙头，由四层耐火材料组成；恒温加热装置内温度小于1000度(本设备的制炭温度在500度与750度之间)，而耐火材料的耐温为1400度；足够耐温，外墙头温度小于40度；生产过程中停电时立开动发电机供电，受热的炭化炉停后时间长就变形，发电的同时，要有人用手柄摇动炭化转炉的减速机，只要有一点转动便可，并转动20度左右角度时可停半分钟，再转一点角度，再停半分钟，如此循环。当发好电后，手摇动的人离开，并立用发出的电来开机。

所述恒温加热装置还能够接收来自炭化装置排出的可燃气体，用于燃烧，给烘干装置供热，而且，炭化装置排出的可燃气体也不一定必须回到燃烧系统中，这些可燃气体还可以冷却称为液农家肥料或者是用于燃烧发电。

本设备日处理木料为75-80吨之间，占地长为141米宽为23米；含水率20％左右的木料得炭率约为25％。

在炭化过程中，为了减少烟气的热量损失，增加热能利用率，烟气中颗粒物的粒子直径满足：

D·ρ＝(μv₀)^1/2/NT；

其中D为烟气颗粒物的粒子直径cm，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气的初始流速m/s，ρ为烟气密度mg/m³；N为气体摩尔质量；T为温度。v₀的取值范围为5m/s～20m/s。

实施例3

该实施例与上述实施例不同的是，所述恒温炭化装置包括加热器、控制器、检测器、电源；所述加热器和检测器均与控制器连接；所述电源向可以根据需要提供多种电流/电压，向加热器、控制器、检测器供电。所述加热器为电加热器，所述检测器为温度传感器，特别是热电偶式温度传感器。所述电加热器进行加热，所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度，当该实时温度没有达到所述控制器预设的阈值，控制器控制电加热器一直加热，温度持续上升；当所述热电偶式温度传感器检测炭化装置的实时温度达到控制器预设的阈值时，所述加热器减小加热功率，使炭化时散发出的热量和加热器产生的热量达到平衡，实现恒温炭化。

通过上述技术方案得到的装置是一种基于恒温炭化的制炭工艺，炭化装置中对木材的炭化不通过明火炭化，而是通过恒温加热装置对炭化装置进行热传导加热，从而提生制炭滚筒的温度；炭化装置内的木材炭化时将产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到恒温加热装置内燃烧，以使加热装置又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。