[发明专利]木炭的生产方法

说明书

发明范围

本发明涉及从木质或草质植物材料生产木炭的方法。

发明背景

在本文中使用的“木质或草质植物材料”一词广泛地包括生物质(biomass)，如木头、成材、木版、木屑和玉米芯等。此术语也用来包括加工过的纤维素材料，比如纸浆、纸板、纸、甘蔗或甜菜渣、绳子和其他源于植物的生物质。按照本发明，通过热裂解转化的方法把木质和草质的材料转化为木炭。

在本发明文章中的“惰性”一词表示的是在实施本发明时，在反应容器中所达到的温度和压力下，不与木材或其热裂解副产物发生反应的一类化合物、组合物或材料。

制造木炭的常规技术一般包括8天一批次的装载生物质原料、加热、冷却和卸出木炭的一个周期。用传统方法制造的优质木炭的产率(以在炉内干燥的重量为基准)一般为25％，很少超过35％。优质木炭的挥发份等于或小于35％。

格里迈特(Grimmett)的3,929,585号专利公开了一种方法是在138-538℃的温度下在流化床中加热木材，不过木炭的产率只有大约20％(干重为基)。贝克(Baker)等人在1983年12月19日的《能源进展》(EnergyProgress)，第3卷(第4号)226-228页中公开了在流化床中加热木材的实验。据报道，在没有催化剂存在下，在此流化床中加热木材得到的碳的转化率为9％(在1大气压下以碳为基)至21-27％(在10大气压下以碳为基)。然而，由于木炭几乎是纯的碳，而原料木材只有大约50％的碳，贝克等人所得到的木材到木炭的产率用干重为基表示时只是已说明值的大约50％，这个值和格里迈特报道的用流化床的低产率是符合的。

默克和安塔尔(Mok&Antal)在《热化学学报》(ThermochimicaActa)，68(1983)165-186公开了在不同的温度和压力下热裂解木制品的情况。在该报告中报道的最高木炭产率大约22％。默克等人使用了一种实验设备，在热裂解过程中有气体流过生物质，有点像流化床的条件。默克等人的报告表明，只靠改变压力不能明显地影响木炭的产率。

在阿特金森(Atkinson)的1,538,505号专利中公开了一种蒸馏方法，按这种方法先用水和蒸汽汽提碳质材料(如玉米芯、木屑等)，然后在干馏釜中让剩下的固体残渣炭化。将热裂解得到的反应性气体稀释，从干馏釜中的固体物料中带出，木炭的产率是低的。

因此，本发明的一个目的是提供一种经济的方法，有效地将木质和草质植物材料转化为热值大约为13,000Btu/lb(以含水分和无灰为基)的固体木炭。

按照本发明，一般的每批周转时间少于2小时，木炭的产率一般为35-50％。按照本发明制造的木炭一般挥发物含量小于大约25％，热值大约为13,000Btu/lb.。

本发明的又一个目的是提供将木质和草质植物材料进行转化改进方法。

参考附图和下面的叙述将很容易理解本发明的这些和其它的目的以及本发明的优点。

发明概要

本发明提供了通过热裂解将木质和草质植物材料转化为木炭的间歇方法，它包括如下各步骤：在一个密封的容器中放入这类材料；在大约350以上的温度下加热该材料足够的时间，使所述容器中的压力上升到至少约15psig，但低于大约500psig，优选低于440psig，最优选低于150psig；和保持容器内的压力低于大约500psig足够的时间，以超过35％的产率(干重为基)将木质和草质的植物材料转化为木炭。除了将木材切割成便于处理的大小和形状以外，不用任何的预处理就可以使用此木质和草质植物材料，因此该材料可以具有对于各类木材或草材是特征性的高湿含量或低温含量。有一些木材比另外一些具有更高的湿含量。某些木材可能在潮湿或干燥的环境下切割或储存，所以其实际湿含量可能高于或低于其天然湿含量。因此可以预期，木质和草质植物材料的湿含量可能高达约50％，或低达约1％。在任何情况下，都无须专门的炉烘干燥，因此这也是本发明的一个优点。

也提供了实施本发明的优选设备，它包括一个垂直的圆柱形反应器、在其顶部的一个密封门、在反应器内部一个垂直对中放置的加热装置和一个调节反应器内压力的压力调节装置。

为了使用该反应器，用木质和草质植物材料充填具有一个可容纳加热器的空腔的金属罐，并将其放入反应器中。加热以后，从反应器中取出充满热木炭的金属罐，再装入另一个装满材料的金属罐。

附图简述

附图是实施本发明的优选设备的侧视剖面图。

优选实施方案的叙述