本发明涉及茶叶和茶制品综合利用技术领域，特别是涉及一种利用茶渣制备无烟炭的方法及产品。
背景技术：
茶叶作为传统的饮品，种类繁多，消耗量巨大，但使用过的茶叶(也就是茶渣)大多作为生活垃圾被丢弃，不但污染环境也造成了资源浪费。
茶叶在国内乃至世界上的种植面积不断扩大，产量不断上升，与此同时，消费者对茶叶的需求量也不断增大，而且每年上升，导致产生的茶渣数量也越来越大。目前茶渣主要是以焚烧(灰化)的方式处理，这给城市生活环境造成很大的压力，甚至造成空气和水的严重污染，引发了一系列环境和生态问题，如造成水体面源污染加剧、空气颗粒物增加、土壤中污染物累积等。
如能够充分利用茶渣，由茶渣开发出适宜的产品，将会变废为宝，充分利用自然资源。
技术实现要素：
本发明的目的即在于利用茶渣提供一种绿色环保、无烟、无味、无毒的茶渣无烟炭，其由茶渣为原料制备得到。
所述茶渣水分含量为10wt％-16wt％，优选13wt％-16wt％，最优选14wt％-15wt％。
其形状为中心有通孔的四棱柱或六棱柱。
所述茶渣无烟炭外径为50-70mm，中心通孔的孔径为15-20mm。
其热值在7500kcal/kg以上，燃烧时间在3个小时以上。
第二方面目的，本发明旨在提供了一种制备上述茶渣无烟炭的方法，包括将茶渣干燥、成型、无氧炭化、有氧炭化和清洗等步骤。
所述无氧炭化温度为450-500℃，无氧炭化时间为5-7天；无氧炭化温度优选460-490℃，最优选480℃-490℃；无氧炭化时间优选5-6天，最优选6天。也就是说，当无氧炭化温度为460-490℃时，无氧炭化时间可以是5-6天或6天；当无氧炭化温度为480℃-490℃时，无氧炭化时间也可以是5-6天或6天。
所述有氧炭化温度为800-900℃，有氧炭化时间为4-6小时；有氧炭化温度优选830-870℃，最优选830℃-850℃；有氧炭化时间优选4-5h，最优选4h。也就是说，当有氧炭化温度为830℃-870℃时，有氧炭化时间可以是4-5h或4h；当有氧炭化温度 为830℃-850℃时，有氧炭化时间也可以是4-5h或4h。
所述成型温度为260-350℃，压力为80mpa。
包括以下步骤：
(1)、将茶渣晾干或烘干至其中水分含量在10wt％-16wt％；
(2)、放入50制棒机中成型，经260-350℃高温和80mpa高压将茶渣塑化成中心有通孔的棒状薪棒，所述薪棒呈空心的四棱柱或六棱柱，外径为50-70mm，孔径为15-20mm；
(3)、将步骤(2)得到的薪棒放进炭化炉内，封闭炭化炉,将炭化炉内温度调至450-500℃，无氧炭化5-7天；
(4)、无氧炭化完成后，解除炭化炉密封,调整炭化炉内温度至800-900℃，有氧炭化4-6小时；
(5)、打开炭化炉，迅速将薪棒取出,将薪棒盖住,断绝氧气降温；
(6)、降温后用清水冲洗掉表层的浮灰，晾干至含水量在5wt％左右，即得。
本发明的茶渣无烟炭利用茶渣烧制而成，因其中的碳元素含量高，烧制得到的无烟炭不含任何添加剂，且热值高，绿色环保、无烟、无味、无毒，成本低，既能够废物利用，又避免了茶渣污染环境。制备本发明茶渣无烟炭的方法，能够将茶渣变废为宝，减少环境和生态的污染；使茶渣中的有机物达到资源化的利用，产率高，社会效益高。
具体实施方式
本发明旨在废物利用，考虑到茶渣中木质素和纤维类物质的大量存在，发明人提出利用茶渣制备机制炭。
已有的机制炭(无烟炭)是用树枝、锯木(刨花)、粮食壳、植物秸杆等原料经过粉碎、烘干挤压、高温炭化、烧制而成的，用以取代天然原木炭。可以看出机制炭的制备过程中原料种类多，含水量各不相同，在粉碎和烘干过程中对原料需要分别处理，往往工艺繁琐、复杂。茶渣是茶叶或茶制品冲泡后的废弃物，其性状与已有原生状态下的原料不同，因此没有可直接借鉴的制炭工艺。发明人经过摸索和实验，把茶渣真正利用起来，确定了一种用无氧和有氧两种高温炭化共同处理茶渣制备无烟炭的方法，并最终得到一种绿色环保、无烟、无味、无毒的茶渣无烟炭。
制备本发明茶渣无烟炭的方法，包括将茶渣干燥、成型、无氧炭化、有氧炭化和清洗等过程。
具体包括以下步骤：
(1)、将回收的茶渣晾干或烘干,至其中水分含量在10％-16％；
(2)、放入50制棒机中成型，经260-350℃高温和80mpa高压将茶渣塑化成中部有圆孔的棒状薪棒，得到的薪棒外直径为50-70mm，中部圆孔的孔径为15-20mm，呈空心四棱柱或六棱柱；
(3)、将步骤(2)得到的薪棒放进炭化炉内，关门并封闭缝隙处,点火引燃，炭化炉内温度调至450-500℃，无氧炭化5-7天；
(4)、无氧炭化完成后，将缝隙处打开,调整炭化炉内温度至800-900℃，有氧燃烧4-6小时；
(5)、打开炭化炉的门，迅速将薪棒取出,用铁皮制成的盖子将薪棒盖住,以断绝氧气，然后降至室温；
(6)、降温后取出，清水冲洗掉表层的浮灰，晾干至含水量在5％左右，即得茶渣无烟炭。
以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。
按上述方法制备得到一系列茶渣无烟炭(实施例1-实施例6)，制备过程中的各参数如表1所示。比较例1-6是按照本发明的方法制备茶渣无烟炭，仅是调整制备方法中的参数不在本发明的范围内，具体见表2；其中，比较例1-2是成型时的茶渣水分含量不在本发明的范围内，比较例3-4是无氧炭化的温度和时间不在本发明的范围内，比较例5-6是有氧炭化的温度和时间不在本发明的范围内。
表1制备茶渣无烟炭过程的各参数
表2制备茶渣无烟炭过程的各参数
对制成的茶渣无烟炭进行检测：
一、形态检查：
按本发明方法制备得到的茶渣无烟炭，如实施例1-6，外观完整、无裂痕、无粉碎，与成型后的薪棒相比仅是颜色变黑，无其它形态上的变化。
而比较例1-2无法得到成型的茶渣；比较例3-6虽能够得到成型的茶渣无烟炭，但产量明显少于实施例1-6得到的。
二、热值测定：
取1kg的茶渣无烟炭与相同质量的木炭相比较，本发明的茶渣无烟炭热值在7500kcal/kg以上，密度大且坚固、形状统一，中心的通孔易于燃烧和使用，燃烧时间在3个小时以上；而相同质量的木炭由于固定碳含量低，热值仅为6500kcal/kg左右，现有的无烟煤的热值也仅为6000-6500kcal/kg；比较例1-2因为无法得到成型的茶渣无烟炭，因此无法考量其热值；比较例3和5的热值在7000kcal/kg左右，但燃烧时有浓烟产生，不符合无烟炭的初衷；比较例4和6的热值在6000-6500kcal/kg之间。
三、产率：
由于本发明的茶渣在干燥前水分含量较高，与现有的无烟炭比较收率有失公平，因此以干燥后、成型前的原料重量为基准，计算得到：用本发明方法制备得到的茶渣无烟炭的产率是55％左右，而现有无烟炭的产率为40％左右；比较例1-2无法成型，无法比较；比较例4和6与现有无烟炭的产率相差无几；比较例3-5的产率略高于现有 无烟炭的，但明显低于实施例1-6的。
比较表1和表2得到的产品，通过比较它们的外观形态、燃烧过程和热值结果，然后结合表1和表2中的数据，可知：
茶渣的水分含量是成型步骤的关键，水分含量过低薪棒不易成型，容易散开，最终无法得到成型的茶渣无烟炭；水分含量过高薪棒太软，在后续的炭化过程中易出现裂缝，使用过程中容易粉碎，最终也无法得到成型的茶渣无烟炭。
无氧炭化的作用是分解燃烧易生烟的杂质，保留原料中的碳含量；其中的温度和时间很关键，温度过低、炭化时间过短，燃烧时会产生烟的杂质成分没有分解完全，在使用时会产生大量浓烟；温度过高、炭化时间过长，原料中的碳会参与反应，导致产品中的碳含量低、原料损耗大、热值低。
有氧炭化是本发明针对茶渣作为原料摸索出的步骤，是为了进一步去除原料中燃烧时易产生烟的物质，并通过控制炭化温度和时间，保证原料中的碳含量得以最大程度的保留。而在制备现有无烟炭的过程中没有有氧炭化这一步骤。在有氧炭化过程中，炭化温度和时间也是关键因素，温度过低、炭化时间过短，得到的最终产品在燃烧时易产生大量烟气；温度过高、炭化时间过长，原料中的碳会与氧气反应生成二氧化碳被消耗，导致产品中的碳含量低、原料损耗大、热值低。
以上实验和分析表明本发明的茶渣无烟炭，不仅解决了污染问题而且还能最大限度地废物资源化利用；不仅使茶渣变废为宝，减少环境和生态的污染风险，还能够增加社会效益。由于本发明的无烟炭原料只有茶渣一种，因此，其制备过程能够大大简化，更容易实现，且产率高。本发明提出的茶渣无烟炭，其原料只有茶渣，不含任何添加剂，对环境友好，绿色环保、安全清洁、无味、无烟、无毒，使用安全、应用范围广，成本低，社会效益高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。