CN108059160A - 一种竹炭的生产方法及该方法所用的炭化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种竹炭的生产方法及该生产方法所用的炭化装置。所述生产方法包括：原料处理：将竹材切碎、烧碱浸泡、烘干和粉碎，获得竹材粉；炭化：将所述竹材粉先进行闪速低氧炭化，再进行绝氧炭化；换热冷却：将炭化后的产物在无氧环境下进行换热冷却，冷却后的产物为第一竹炭粉；转化：将所述第一竹炭粉在石墨化炉中进行转化，获得第二竹炭粉；成型：将第二竹炭粉和粘结剂混合，制成成型料；电热炭化：将成型料进行电热炭化；蒸汽活化：将电热炭化后的产物进行蒸汽活化，得到竹炭。利用该方法可以制得超高比表面积、高碘吸附值和高强度的竹炭，并且还可回收合成气、竹焦油和竹醋酸副产物。所述炭化装置可广泛用于其它生物质炭化。

Description

一种竹炭的生产方法及该方法所用的炭化装置
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及竹炭的生产方法及该方法所 用的炭化装置。
背景技术
竹炭是以竹材为原料经高温炭化成的一种生物炭。竹炭具有疏松 多孔的结构，其分子细密多孔，质地坚硬。竹炭有很强的吸附能力， 能净化空气、消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫；与人体接触能去湿吸 汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳。另外，竹炭空隙度高， 非常适合作为土壤微生物和有机营养成份的载体，用以增强土壤活力， 是一种良好的土壤改良材料。竹炭还具有弱导电性，可以起到防静电 与屏蔽电磁辐射的作用，是军用防护的重要原料。
现有技术的竹炭制备方法多为传统的干馏反应罐间歇式生产。这 一方法所用的炭化温度一般不超过900℃，导致所生产的竹炭的比表面 积小。而且，上述方法污染严重、劳动生产率低。
如何实现竹材快速高效炭化以及循环清洁生产，将间歇式生产提 升为竹材粉体全程气流输送，实现流水线式连续运行并达到循环清洁 生产要求，同时制备超高比表面积、高碘吸附值和高强度的竹炭，是 本发明所解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有竹炭生产方法存在的上述问题，本发明提供了一种超高 比表面积、高碘吸附值和高强度竹炭的循环清洁生产方法及方法所用 的炭化装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种竹炭的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
原料处理：将竹材切碎、烧碱浸泡、烘干和粉碎，获得竹材粉；
炭化：将所述竹材粉先进行闪速低氧炭化，再进行绝氧炭化；
换热冷却：将炭化后的产物在无氧环境下进行换热冷却，冷却后 的产物为第一竹炭粉；
转化：将所述第一竹炭粉在石墨化炉中进行转化，获得第二竹炭 粉；
成型：将第二竹炭粉和粘结剂混合，制成成型料；
电热炭化：将成型料进行电热炭化；和
蒸汽活化：将电热炭化后的产物进行蒸汽活化，得到竹炭。
优选地：所述生产方法还包括副产物回收的步骤；所述副产物回 收的步骤包括：
收集炭化步骤中溢出的气体，将所述气体冷凝，获得合成气、竹 焦油和竹醋酸；和/或
收集电热炭化过程中的气体，将气体冷凝，获得竹焦油。
优选地：所述生产方法还包括循环利用的步骤；所述循环利用的 步骤包括：
将合成气作为燃料，部分用以进行所述闪速低氧炭化，部分用以 进行所述蒸汽活化；
将部分或全部的竹焦油作为粘接剂，用以制备所述成型料；和/或
回收所述换热冷却步骤产生的热能，并将热能输送至原料处理步 骤，用以进行所述烘干。
优选地：所述闪速低氧炭化所用热源经一级加热和二级加热而获 得；
所述一级加热按照如下方式进行：利用回收的合成气作为燃料加 热空气；
所述二级加热按照如下方式进行：加热后的空气和石化燃料经燃 烧，获得的带有热能的气体作为热源。
为获得最佳的炭化效果和最高的炭化收率，还可取消二级燃烧机， 将一级燃烧机用燃料或合成气、竹焦油直接加热氮气(N2)，从而获得 高温氮气作为热源。
优选地：所述闪速低氧炭化的工艺条件为：炭化温度为800～1000℃， 炭化时间为3～20s，并且用于进行所述闪速低氧炭化的装置中设置有氧 气浓度监测装置，利用所述监测装置将输入用于进行所述闪速低氧炭 化的装置中的热风中氧气浓度控制在3％以下；和/或
所述绝氧炭化的工艺条件为：炭化温度为800～1000℃，炭化时间 为20～60min。
优选地：经所述换热冷却后获得的所述第一竹炭粉的温度不超过 60℃；
所述转化的温度在1200～2500℃；
所述电热炭化的工艺条件为：炭化温度为350～500℃，炭化时间为 0.5～1.5h，并且在通N2的条件下进行所述电热炭化；和/或
所述蒸汽活化的工艺条件为：活化温度为800～1000℃，活化时间 为2～6h。
优选地：所述第二竹炭粉和所述粘结剂的用量比为1：(0.5～1)。
优选地：控制所述切碎后的竹材的长度为3～50mm，宽度为 3～50mm，厚度为1～10mm；
控制烘干后的竹材的含水量不超过3％；
控制所述竹材粉的粒径不超过3mm。
优选地：浸泡用的烧碱水溶液的浓度为10～20％，浸泡时间为8～24 小时，并且将浸泡后的残留液进行过滤和净化，收集净化后的水，用 于配制烧碱水溶液。
本发明还提供了一种上述生产方法所用的炭化装置，所述炭化装 置包括：闪速低氧炭化塔和绝氧炭化仓，所述闪速低氧炭化塔的上端 和所述绝氧炭化仓的中上部通过连通管道相通；所述闪速低氧炭化塔 包括塔体、设置在所述塔体下端的热风入口和竹材粉入口；所述绝氧 炭化仓包括仓体、设置在所述仓体底部的竹炭粉出口、设置在所述仓 体顶部的气体出口。
所述闪速低氧炭化塔和绝氧炭化仓内衬高温陶瓷或内壁喷涂耐高 温防腐蚀涂层。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、由于经烘干和粉碎后的竹材粉末比重轻，极易被热风扬起，在 闪速低氧炭化装置内经800～1000℃、3～20秒快速低氧炭化，之后在 绝氧炭化装置内经800～1000℃、20～60分钟继续高温绝氧炭化，热效 率非常高且炭化均匀；全程由热风气流输送，高效、环保、安全。炭 化所溢出的气体经冷却、分离获得合成气、竹醋酸和竹焦油，合成气 或竹焦油返回一级燃烧机和高温过热蒸汽发生器循环利用。换热冷却 为竹炭不接触氧气的任何一种换热方式，确保竹炭不氧化损失，所回 收的热能返回烘干工序循环利用，实现了连续自动化生产和DCS或 PLC控制，大大提高了劳动生产率。热能、合成气和竹焦油均可实现 循环利用，烧碱浸泡后的废液经过滤、净化，实现水循环利用，一级 燃烧机尾气经净化后达标排放，达到了生物质资源的碳负性利用和循 环清洁生产。
2、用可再生的生物质高比表面积竹炭代替化石能源产品石油煅后 焦用作艾奇逊石墨化炉的保温料，经艾奇逊石墨化炉1200℃～2500℃ 高温处理后获得超高比表面积竹炭，既拓展了竹炭的利用途径，还为 国民经济和军事工业提供超高比表面积、高碘吸附值和高强度的电磁、 生化和辐射防护原料超高比表面积、高碘吸附值和高强度竹炭。
3、按本发明的方法，在烘干前设置切碎工序，便于竹材原料收储 农户就地切碎，既方便汽车装卸和运输，又有利于农村就业和增收致 富，还可确保竹材原料到厂后处于良好的自然风干状态。
附图说明
图1是本发明提供的制备方法的流程示意图；
图2是本发明提供的炭化装置的结构示意图；
图中：1：塔体；2：仓体；3：热风入口；4：竹材粉入口；5：连 通管道；6：气体出口；7：竹炭粉出口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描 述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种竹炭的生产方法，如图1所示，所述生产方法 包括如下步骤：
(1)原料处理步骤：将竹材切碎、烧碱浸泡、烘干和粉碎。竹材 可选择生长期在三年以上的毛竹、慈竹、硬头篁、雷竹等。竹材生长 期越长，其竹炭的收率越高，灰分越低，品质也更好。当用户对竹炭 有灰分含量限制时，除选用生长期长的原料竹材外，还可采用化学方 法去除竹炭灰分。如用盐酸法去除铁质，用烧碱法去除硅质，水溶法 去除碱金属氧化物等。化学法去除灰分效果好，灰分去除率达到90％ 以上，且对竹炭的碘吸附值和强度没有影响，还略有提升。切碎既可 在厂内也可前置到厂外。竹材切碎后用浓度为10～20％的氢氧化钠水溶 液浸泡8～24小时，烧碱通过竹材表面毛细血管使纤维素细胞膨胀，加 快木素的脱落，减少竹材原料中的碳水化合物和木素，又保护了纤维 素和半纤维素。切碎后获得的片状竹材的尺寸可以控制在长度不超过 50mm，优选为3～50mm，宽度不超过50mm，优选为3～50mm，厚度 优选为1～10mm。烘干后含水率小于或等于3％，水分越低，越易粉碎， 且能防止粉料结块。粉碎后的竹材的粒径为不超过3mm。粒径越小， 炭化效果越好，产品的比表面积越小，但会增加粉碎成本，可以将粒 径控制在1～3mm。另外，为了实现循环清洁生产，可以将烧碱浸泡后 的残留液进行过滤和净化，将净化后的水用以配制烧碱溶液，实现水 的循环利用，还能避免烧碱造成的污染。
(2)炭化步骤：将处理后的原料先进行闪速低氧炭化(又被称为 闪速旋流低氧炭化)，再进行绝氧炭化。
图2所示为本发明所用的炭化装置的结构示意图。炭化装置包括 闪速低氧炭化塔和绝氧炭化仓。所述闪速低氧炭化塔的上端和所述绝 氧炭化仓的上端通过连通管道5相通；所述闪速低氧炭化塔包括塔体1、 设置在所述塔体下端的热风入口3和竹材粉入口4；所述绝氧炭化仓包 括仓体2、设置在所述仓体底部的竹炭粉出口7、设置在所述仓体顶部 的气体出口6。闪速低氧炭化塔将竹材粉与热风混合后相向流动形成热 交换，并达到瞬间炭化，是保证充分换热、分解，提高竹炭品质的工 艺设备。普通竹炭炭化温度为700～900℃，而本发明生产方法中的炭化 温度可达1000℃，精炼度达到最高的0级。炭化度越高，电阻值越小， 精炼度值越小，比表面积越大。竹材粉料随高温低氧热风扬起，在闪 速低氧炭化塔内呈螺旋形上升(图2虚线所示)，通过闪速低氧炭化塔 的时间为3～20秒，在氧气浓度低于3％(例如1～3％，具体参数值可通 过DCS或PLC控制***设置)的条件下碳的氧化损失非常有限，当竹 材粉料随高温低氧热风进入绝氧炭化仓2后，由于绝氧炭化仓的过风 截面积扩大，风速迅速降低，竹材粉料下降并逐渐沉积在绝氧炭化仓 底部(图2深色部分所示)，随着竹材粉料堆积厚度的增加，竹材粉料 之间的氧气浓度越来越低，造成于绝氧环境，经800～1000℃、20～60 分钟绝氧炭化确保了竹材粉料的炭化效果。保温炭化后的竹炭经竹炭 粉出口7输出。闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在线监测装置。利 用所述监测装置将输入用于进行所述闪速低氧炭化的装置中的热风中 氧气浓度控制在3％以下：当所述监测装置检测到输入的热风中含氧量 高于设定值(即0～3％的设定值)时，即发出信号，接收到信号的系 统DCS或PLC控制***停止输入竹材粉原料并发出声光警报。氧气浓 度的设定值越低，闪速低氧炭化效果越好，但对燃烧机的燃烧效率和 控制精度要求也越高。在一些实施例中，氧气浓度在线监测装置通过 ***DCS或PLC控制***，尾气中含氧量高于1.5％时还可自动减少 二级燃烧机热空气的输入，以降低燃烧机尾气中的氧气含量或增加二 级燃烧机燃料的供给量。
闪速低氧炭化与绝氧炭化所溢出的气体经气体出口5输入冷凝器 分离获得合成气、竹焦油和竹醋酸。合成气或竹焦油返回一级燃烧机 和下游高温过热蒸汽发生器作为燃料使用。竹焦油是天然可再生的生 物质燃料、化工原料和杀虫剂原料。本发明的竹焦油作为粘结剂也实 现循环使用。竹醋酸富含有机酸类、酚类、酮类、醛类、酯类、醇类 等近300种高分子化合物，其中有80种成分在农业上具有杀菌功能， 对作物病害防治，促进作物生长，保持作物的活性和品质、提高药效、 防止早衰、改良土壤等具有明显的功效，已广泛用于城乡环境治理的 养殖场动物粪便除臭和堆肥防臭保氮。
所述闪速低氧炭化所用热源经一级加热和二级加热而获得；所述 一级加热按照如下方式进行：利用回收的合成气作为燃料加热空气， 主要目的是减少二级燃烧机的燃料用量。一级燃烧机采用间接换热加 热空气，尾气主要成分是CO2和H2O，SO2含量约2.5mg/m3，无NOX产生，尾气经布袋除尘回收99％后，达标排空。所述二级加热按照如 下方式进行：加热后的空气和石化燃料经燃烧，获得的带有热能的气 体作为热源(即上文提到的热风)。石化燃料可以选择重油、生物油、 天然气、煤造气、沼气、冶金或化工尾气等，也可直接用其它生产装 置产生的低氧低硫等低有害物质的高温余热风，如石墨化炉烟气总管 导出的热风，以及未封闭运行的冶金炉、电石炉烟气(该类热风含氧 量极低(不足1％)，经除尘后，如温度不够，再用本发明的合成气或 竹焦油经一级燃烧机升温)。
为获得最佳的炭化效果和最高的炭化收率，还可取消二级燃烧机， 将一级燃烧机用燃料或合成气、竹焦油直接加热氮气(N2)，从而获得 高温氮气作为热源。
(3)换热冷却步骤：将炭化后的产物在无氧环境下进行换热冷却， 冷却后的产物为第一竹炭粉。经绝氧换热冷却，制得高比表面积竹炭。 换热冷却后竹炭的温度为小于或等于60℃。温度越高，不便于转运入 石墨化炉，也会增加氧化损失。当然过低也没有必要，会增加冷却时 间。换热冷却为竹炭不接触氧气的任何一种换热方式。如用水、冷空 气及其它介质的间接换热方式。换热冷却所回收的热能用于原料烘干。 在***启动时，由于没有竹炭换热，不能回收热能，这时可以使用自 然风干的低水分原料先投入***，待竹炭换热形成循环后即可正常运 行。经过近1000℃闪速低氧炭化和绝氧炭化所获得的竹炭与一般900℃ 以下炭化所制得的竹炭相比，其挥发分更为降低，满足代替煅后石油 焦做艾奇逊石墨化炉保温料的挥发分含量要求。
得到的第一竹炭粉的BET比表面积1000～1700m2/g，完全达到并 优于GB/T26913-2011《竹炭》、GB/T 21819-2008《地理标志产品遂昌 竹炭》、GB/T 26900-2011《空气净化用竹炭》、GB/T 28669-2012《燃料 用竹炭》、GB/T 30365-2013《寝具竹炭》、LY/T 2144-2013《空气净化 用竹炭包》和CJ/T 345-2010《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》等现 行的所有国家和行业标准。竹材的炭收率可达30％以上，竹醋酸回收 率高于95％。
为了实现循环清洁生产的目的，在一些实施例中，回收所述换热 冷却步骤产生的热能，并将热能输送至原料处理步骤，用以进行所述 烘干。
(4)转化步骤：将所述第一竹炭粉在石墨化炉中进行转化，获得 第二竹炭粉。获得的第二竹炭粉的BET比表面积不低于1500m2/g。目 前碳微球石墨化制备锂电池负极材料时，转化温度已远超2800℃，达 到3500℃，第一竹炭粉在石墨化炉内越靠近炉心的部分温度越高，达 到2500℃及以上，远离炉心的部分也在1200℃以上，平均温度为1800℃ 左右，也就是说第一竹炭粉的转化温度不是一个恒定的数，而是在 1200～2500℃这个区间内，获得的第二竹炭粉的比表面积是平均数， 实际上靠近炉心的第二竹炭粉的比表面积更高，远离炉心的竹炭粉比 表面积略低。随着炭化温度的升高和含氧量的降低竹炭的电阻率下降速率也非常明显。作为代替艾奇逊石墨化炉煅后焦保温料的高比表面 积竹炭，经7天和1200℃～2500℃高温绝氧转化，其体积进一步缩小， 密度、碘吸附值和强度进一步增大，成为超高比表面积竹炭。现有的 石墨化炉主要采用石油煅后焦作为保温料，在地处边远的碳材料企业， 物流成本高，如果使用高比表面积竹炭代替石油煅后焦用作艾奇逊石 墨化炉的保温料，不仅降低碳材料企业的运行成本，还拓展了生物质 可再生竹炭的利用途径，有利于广大农民的脱贫增收致富。
(5)成型步骤：将第二竹炭粉和粘结剂混合，制成成型料。所用 的粘结剂可以为回收的竹焦油，也可以选择改性淀粉、竹焦油、煤焦 油、酚醛树脂中的一种或多种。所述第二竹炭粉和所述粘结剂的用量 比为1：(0.5～1)。成型的方法可选择高压对辊或挤压，成型后的形状 可以选择棒状、块状或球团状中的任一种，具体形状主要取决于竹炭 的用户需求。
(6)电热炭化步骤：将成型料进行电热炭化。电热充氮炭化的实 质是脱除竹焦油。电热充氮炭化时间越长，脱焦效果越好。所述电热 炭化的工艺条件为：炭化温度为350～500℃，炭化时间为0.5～1.5h，并 且在通N2的条件下进行所述电热炭化。收集电热炭化过程中的气体， 将气体冷凝，获得竹焦油副产物。
(7)蒸汽活化步骤：将电热炭化后的产物进行蒸汽活化，得到竹 炭。所述蒸汽活化的工艺条件为：活化温度为800～1000℃，活化时间 为2～6h。
通过以上步骤制得超高比表面积、高碘吸附值和高强度竹炭粉的 强度不低于90～100％，碘吸附值不低于1100mg/g，BET比表面积不低 于1500m2/g，从而为国民经济和军事工业提供优质的电磁、生化和辐 射防护原料。
需要补充说明的是，采用传统干馏热解法制备竹炭，其制备方法 包括如下步骤：将竹材切断，装入立式干馏釜中烧制，温度为800℃， 炭化时间为72小时，冷却后获得竹炭产品。在炭化过程中，收集溢出 气，经冷却后回收合成气、竹焦油和竹醋酸。
利用该方法得到的竹炭粉堆积重低于400g/L，BET比表面积也小 于600m2/g，而且只能一罐一罐的间歇式生产，不能连续流水线式作业， 效率低，环保问题突出。
本发明的方法还广泛适用于稻壳、椰壳、花生壳等果实壳制备超 高比表面积、高碘吸附值和高强度活性炭，副产合成气和生物油。制 备高比表面积竹炭粉的方法取消烧碱浸泡工序后，用450℃～650℃闪速 低氧炭化和450℃～600℃保温绝氧炭化，也适用于木材、农作物秸秆、 生物质工业废物(如酒糟、醋糟等)、生活垃圾等制备生物炭、合成气 和生物油。制备高比表面积竹炭粉的方法取消切碎和烧碱浸泡工序， 干燥工序使用打散干燥机，用450℃～850℃闪速低氧炭化和450℃～800℃ 保温绝氧炭化，也适用于动物粪便、生活污水处理厂排放的生化污泥， 部分工业污泥等制备生物炭、合成气和生物油。其生物炭约11％～20％， 生物油约10％～18％，合成气约30％～55％，剩余为灰分、挥发分和其 它固态杂质。此类生物炭热值高于普通燃煤，添加煤粉常用的有机粘 结剂(如腐殖酸类粘结剂或改性淀粉等生物质粘结剂)压块后可做燃 料。
运用可再生的便于工业化加工的木材、农作物秸秆、生物质工业 废物(如酒糟、醋糟等)、生活垃圾、动物粪便、生活污水处理厂排放 的生化污泥和部分工业污泥制备生物炭修复并提升土壤的保水保肥， 吸附并降低重金属污染，调整土壤酸碱平衡是行之有效的办法之一。 为便于生物炭的施播，利用生物炭的高吸附性与有机肥及氮、磷、钾 无机肥和天然粘结剂(如海泡石粉、膨润土粉及硅酸盐等)混配均匀 后造粒烘干即制得新型有机无机复合缓释肥。将此类缓释肥以底肥或 追肥施播后，土壤中生物炭、有机质、氮、磷、钾、硅、钙、镁等聚 集到一定程度即逐渐形成人工黑土，如世界著名的南美洲亚马逊流域 人工黑土。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
如图1所示，某生物质新材料科技企业，年加工5年生以上毛竹 40000吨(到厂含水率平均值为15％)，毛竹采伐和切碎均委托当地农 村竹业专业合作社承担，切碎后片状原料尺寸为3mm～50mm×3 mm～50mm，厚度1mm～10mm。到厂后经浓度为15％的氢氧化钠水 溶液浸泡24小时，再用回收的150℃热风烘烤45分钟，烘干至含水率 低于0.6％，粉碎后粒径100目大于或等于85％。然后经1000℃、3秒 闪速低氧炭化和950℃、60分钟绝氧炭化，再用以冷空气为介质管道 式换热冷却至55℃制得粒径200目大于或等于85％的高比表面积竹炭 粉10000吨，闪速低氧炭化和绝氧炭化所溢出的气体经冷凝器分离， 回收合成气1190万Nm3、竹焦油2000吨和竹醋酸12500吨。
将其中8500吨高比表面积竹炭粉经艾奇逊石墨化炉代替煅后石油 焦做保温料进一步经最内层不低于2500℃，最外层不低于1200℃高温 转化制得超高比表面积竹炭粉8000吨。超高比表面积竹炭粉的堆积重 平均达到450g/L、BET比表面积平均达到1500m2/g。用第一竹炭粉代 替石油焦保温料，不但可以减少石油焦的使用，而且还可以获得超高 比表面积竹炭粉。
再将8000吨超高比表面积竹炭粉中的3000吨添加竹焦油经挤压 成40mm×40mm断面的条状，500℃、2小时电热充氮炭化，950℃、6 小时蒸汽活化制得超高比表面积、高碘吸附值和高强度竹炭。超高比 表面积、高碘吸附值和高强度竹炭的堆积重不低于450g/L、强度不低 于95％、碘吸附值不低于1100mg/g、BET比表面积不低于1500m2/g。 同时回收竹焦油实现循环利用。
该企业燃料采用天然气，年使用天然气350万m3，年产超高比表 面积、高碘吸附值和高强度竹炭3000吨，超高比表面积竹炭粉5000 吨，高比表面积竹炭粉1500吨，副产竹焦油1900吨和竹醋酸12500 吨。合成气1190万Nm3全部回收利用。其中8500吨高比表面积竹炭粉替代等量的煅后石油焦保温料。
回收合成气1190万Nm3，全部循环供给一级燃烧机和高温过热蒸 汽发生器作为燃料。燃烧机的尾气经布袋除尘器除尘后达标排空。
该生产***采用DCS控制，主***及辅助的制氮机、高温蒸汽发 生器、电热充氮炭化罐及竹焦油回收装置、供电***均接入DCS***。 闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在线监测装置，且二级燃烧机输入 的高温热风中含氧量高于1.5％时，即连锁停止输入竹材粉原料并发出 声光警报。并自动减少二级燃烧机热空气的输入，同时增加二级燃烧 机燃料的供给量。
实施例2
某竹业合作社自办竹炭企业，年加工3年生以上慈竹12500吨(到 厂含水率平均值为20％)，切碎后片状原料尺寸为3mm～50mm×3 mm～50mm，厚度1mm～10mm。到厂后经浓度为20％的氢氧化钠水 溶液浸泡24小时，再用回收的180℃热风烘烤30分钟，烘干至含水率低于2％，粉碎后粒径小于1mm。然后经950℃、7秒闪速低氧炭化和 900℃、50分钟绝氧炭化，再用以冷空气为介质管道式换热冷却至60℃ 制得粒径50目大于或等于65％高比表面积竹炭粉3000吨，闪速低氧 炭化和绝氧炭化所溢出的气体经冷凝器分离，回收合成气340万Nm3、 竹焦油550吨和竹醋酸3500吨。
该企业燃料采用重油，年使用重油550吨，年产高比表面积竹炭 粉3000吨，副产竹焦油550吨和竹醋酸3500吨。合成气340万Nm3全部回收循环供给一级燃烧机作为燃料。燃烧的尾气经布袋除尘器除 尘后达标排空。
该生产***采用PLC控制。闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在 线监测装置，且二级燃烧机输入的高温热风中含氧量高于1.8％时，即 连锁停止输入竹材粉原料并发出声光警报。并自动减少二级燃烧机热 空气的输入，同时增加二级燃烧机燃料的供给量。
实施例3
某工业园区竹炭企业，年加工3年生以上硬头篁20000吨(到厂 含水率15％左右)，毛竹采伐和切碎均委托当地农村竹业专业合作社承 担，切碎后片状原料尺寸为3mm～50mm×3mm～50mm，厚度1mm～ 10mm。到厂后经浓度为17％的氢氧化钠水溶液浸泡24小时，再用回 收的200℃热风烘烤25分钟，烘干至含水率低于1.5％，粉碎后粒径100 目大于或等于65％。然后经900℃、5秒闪速低氧炭化和850℃、80分 钟绝氧炭化，再用以冷空气为介质管道式换热冷却至50℃制得粒径200 目大于或等于65％高比表面积竹炭粉5000吨，闪速低氧炭化和绝氧炭 化所溢出的气体经冷凝器分离，回收合成气600万Nm3、竹焦油1000 吨和竹醋酸6000吨。
将5000吨高比表面积竹炭粉经艾奇逊石墨化炉代替煅后石油焦做 保温料进一步经最内层不低于2500℃，最外层不低于1200℃高温转化 制得超高比表面积竹炭粉。将超高比表面积竹炭粉按1:1添加回收的竹 焦油经挤压成φ35mm的条状，经380℃、2.5小时电热充氮炭化、950℃、 4小时蒸汽活化制得超高比表面积竹炭粉5000吨。其中，直径3.5cm 长5～15cm的筒炭2000吨，2～3.5cm的碎碳1000吨和3～5mm颗 粒碳2000吨。
该企业燃料采用附件冶金化工企业的尾气，其主要成分是CO，热 值为2900千卡/kg，年使用冶金化工尾气500万Nm3，年产超高比表面 积竹炭粉5000吨，副产竹焦油950吨和竹醋酸6000吨。合成气600 万Nm3全部循环供给一级燃烧机和高温过热蒸汽发生器作为燃料。燃 烧的尾气经布袋除尘器除尘后达标排空。
该生产***采用DCS控制，主***及辅助的制氮机、高温蒸汽发 生器、电热充氮炭化罐及竹焦油回收装置、供电***均接入DCS***。 闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在线监测装置，且二级燃烧机输入 的高温热风中含氧量高于1.6％时，即连锁停止输入竹材粉原料并发出 声光警报。并自动减少二级燃烧机热空气的输入，同时增加二级燃烧 机燃料的供给量。
实施例4
某垃圾处理厂，利用本发明的制备高比表面积竹炭粉的方法取消 烧碱浸泡工序后，年处理生活垃圾25000吨(到厂含水率20％左右)， 制备生物炭和生物油。具体方法是：将外形尺寸较大的生活垃圾切碎 后片状原料尺寸为3mm～50mm×3mm～50mm，厚度1mm～10mm， 用回收的180℃热风烘烤25分钟，烘干至含水率低于0.5％，粉碎后粒 径小于1mm。然后经650℃、10秒闪速低氧炭化和600℃、40分钟绝 氧炭化，再用以冷空气为介质管道式换热冷却至60℃制得粒径50目大 于或等于65％生物炭粉3000吨，闪速低氧炭化和绝氧炭化所溢出的气 体经冷凝器分离，回收合成气750万m3、生物油3000吨。
实施例5
利用本发明的制备高比表面积竹炭粉的方法取消切碎和烧碱浸泡 工序，干燥工序使用打散干燥机，年处理动物粪便、生活污水处理厂 排放的生化污泥和部分工业污泥50000吨(到厂平均含水率45％左右)， 制备生物炭和生物油。具体方法是：用回收的180℃热风使用打散干燥 机将原料烘干至含水率低于0.5％，粉碎后粒径小于1mm。然后经750℃、15秒闪速低氧炭化和700℃、40分钟绝氧炭化，再用以冷空气为介质 管道式换热冷却至60℃制得粒径50目大于或等于65％生物炭粉3000 吨，闪速低氧炭化和绝氧炭化所溢出的气体经冷凝器分离，回收合成 气750万Nm3、生物油3000吨。
燃料采用重油，年使用重油500吨，生物油6000吨全部回收循环 供给一、二级燃烧机作为燃料。所获得的1500万Nm3合成气输入垃圾 发电厂发电。
所获得的生物炭粉添加N、P、K肥料和粘结剂造粒干燥制得缓释 肥。该缓释肥还可大大改善土壤团粒结构，增加保水、保肥能力，吸 附并降低重金属污染，调整土壤酸碱平衡。长此以往，生物炭聚集到 一定程度，即逐渐形成人工黑土。
该生产***采用DCS控制。闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在 线监测装置，且二级燃烧机输入的高温热风中含氧量高于1.2％时，即 连锁停止输入烘干的粉状原料并发出声光警报。并自动减少二级燃烧 机热空气的输入，同时增加二级燃烧机燃料的供给量。
实施例6
某农村产业融合龙头企业，利用本发明的制备高比表面积竹炭粉 的方法取消烧碱浸泡工序后，年处理秸秆、薪炭材、木材加工边角料 20000吨(到厂含水率15％左右)，制备生物炭和生物油。具体方法是： 将秸秆、薪炭材、木材加工边角料切碎后片状原料尺寸为3mm～50mm ×3mm～50mm，厚度1mm～10mm，用回收的150℃热风烘烤45分 钟，烘干至含水率低于1％，粉碎后粒径小于1mm。然后经600℃、6 秒闪速低氧炭化和550℃、40分钟绝氧炭化，再用以冷空气为介质管 道式换热冷却至60℃制得粒径50目大于或等于65％生物炭粉3500吨， 闪速低氧炭化和绝氧炭化所溢出的气体经冷凝器分离，回收合成气930 万Nm3、生物油3500吨。
该企业采用养殖场沼气为燃料，年使用量30万Nm3，本项目制得 的合成气930万Nm3全部回收循环供给一、二级燃烧机作为燃料。所 获得生物油3500吨市售肥农药企业做原料。
生物炭粉添加5％的亚磷酸二氢钾肥料和8％海泡石粉粘结剂造粒 干燥制得具有杀灭土壤中多种有害菌的多功能缓释肥。该缓释肥也可 改善土壤团粒结构，增加保水、保肥能力，吸附并降低重金属污染， 调整土壤酸碱平衡。长此以往，生物炭聚集到一定程度，也即逐渐形 成人工黑土。
该生产***采用PLC控制。闪速低氧炭化塔内设置有氧气浓度在 线监测装置，且二级燃烧机输入的高温热风中含氧量高于1.5％时，即 连锁停止输入烘干的粉状原料并发出声光警报。并自动减少二级燃烧 机热空气的输入，同时增加二级燃烧机燃料的供给量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种竹炭的生产方法，其特征在于：所述生产方法包括如下步骤：
原料处理：将竹材切碎、烧碱浸泡、烘干和粉碎，获得竹材粉；
炭化：将所述竹材粉先进行闪速低氧炭化，再进行绝氧炭化；
换热冷却：将炭化后的产物在无氧环境下进行换热冷却，冷却后的产物为第一竹炭粉；
转化：将所述第一竹炭粉在石墨化炉中进行转化，获得第二竹炭粉；
成型：将第二竹炭粉和粘结剂混合，制成成型料；
电热炭化：将成型料进行电热炭化；和
蒸汽活化：将电热炭化后的产物进行蒸汽活化，得到竹炭。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述生产方法还包括副产物回收的步骤；所述副产物回收的步骤包括：
收集炭化步骤中溢出的气体，将所述气体冷凝，获得合成气、竹焦油和竹醋酸；和/或
收集电热炭化过程中的气体，将气体冷凝，获得竹焦油。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述生产方法还包括循环利用的步骤；所述循环利用的步骤包括：
将合成气作为燃料，部分用以进行所述闪速低氧炭化，部分用以进行所述蒸汽活化；
将部分或全部的竹焦油作为粘接剂，用以制备所述成型料；和/或
回收所述换热冷却步骤产生的热能，并将热能输送至原料处理步骤，用以进行所述烘干。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于：所述闪速低氧炭化所用热源经一级加热和二级加热而获得；
所述一级加热按照如下方式进行：利用回收的合成气作为燃料加热空气；
所述二级加热按照如下方式进行：加热后的空气和石化燃料经燃烧，获得的带有热能的气体作为热源。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述闪速低氧炭化的工艺条件为：炭化温度为800～1000℃，炭化时间为3～20s，并且用于进行所述闪速低氧炭化的装置中设置有氧气浓度监测装置，利用所述监测装置将输入用于进行所述闪速低氧炭化的装置中的热风中氧气浓度控制在3％以下；和/或
所述绝氧炭化的工艺条件为：炭化温度为800～1000℃，炭化时间为20～60min。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：经所述换热冷却后获得的所述第一竹炭粉的温度不超过60℃；
所述转化的温度在1200～2500℃；
所述电热炭化的工艺条件为：炭化温度为350～500℃，炭化时间为0.5～1.5h，并且在通N2的条件下进行所述电热炭化；和/或
所述蒸汽活化的工艺条件为：活化温度为800～1000℃，活化时间为2～6h。
7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于：所述第二竹炭粉和所述粘结剂的用量比为1：(0.5～1)。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：控制所述切碎后的竹材的长度为3～50mm，宽度为3～50mm，厚度为1～10mm；
控制烘干后的竹材的含水量不超过3％；
控制所述竹材粉的粒径不超过3mm。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：浸泡用的烧碱水溶液的浓度为10～20％，浸泡时间为8～24小时，并且将浸泡后的残留液进行过滤和净化，收集净化后的水，用于配制烧碱水溶液。
10.一种权利要求1至9任一项生产方法所用的炭化装置，其特征在于：所述炭化装置包括：闪速低氧炭化塔和绝氧炭化仓，所述闪速低氧炭化塔的上端和所述绝氧炭化仓的中上部通过连通管道相通；
所述闪速低氧炭化塔包括塔体、设置在所述塔体下端的热风入口和竹材粉入口；
所述绝氧炭化仓包括仓体、设置在所述仓体底部的竹炭粉出口、设置在所述仓体顶部的气体出口。
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