本发明属于炭生产制备技术领域，具体涉及一种高热值机制炭及其制备方法。
背景技术：
机制炭又名薪棒、人造炭、无烟炭、清洁炭，由于机制炭易燃、无烟、无味、无毒、不易爆炸等的诸多好处，已经被广泛用于家庭取暖，烧烤食品。相对比，一般工艺制备的木炭，燃烧时间短，热值低，不符合节能环保的要求，而机制炭的热值高、燃烧时间长、灰分低、无烟，深受人们的喜爱。但是，随着机制炭生产规模的逐年扩大和供求关系的变化，传统的制备原料如木屑、竹粉供不应求，一方面使得制备机制炭的原料成本大幅提高，另一方面以木屑、竹粉为主要原料，则需要相当的林木、竹林资源来满足机制炭产业的需要，必然会出现供求失衡，而且国家不断加大生态环境保护力度，禁止砍伐林木，使得机制炭原料上急需进行改革。
我国是农业生产大国，每年大量的农业生产剩余物达几十亿吨，目前其利用率仅为20％，而且整个过程存在综合利用程度较低、处理不当还会引发环境污染等大量问题。现如今，已经有一些机制炭从业者开始进行对秸秆等进行利用，但是生产出来的机制炭的热值和燃烧时间往往不尽如人意。另外，这些机制炭在制作过程中，往往不易成型，机制炭的得炭率很低，密度和机械强度也不够高。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种高热值机制炭，第二目的在于提供一种高热值机制炭的制备方法，
本发明的第一目的是这样实现的，包括以下重量份的原料：锯末30~40份、竹粉10~20份、坚果壳8~10份、玉米杆6~8份、高粱杆6~8份、大豆杆6~8份、棉花杆6~8份、烟叶杆6~8份、甘蔗渣4~6份、芝麻杆2~4份、香蕉废料2~4份、马铃薯废料1~2份、木薯皮1~2份、仙人掌1~2份、火龙果茎1~2份、草果植株1~2份。
本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量18~25%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为3mm以内的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成220~240℃，进行烘干，得到含水量在10%之内的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在120~150℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，2~3个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理1~2个小时；将温度控制在230~270℃对薪棒进行初步炭化处理，维持6~8个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；将温度控制在450~650℃对薪棒进行炭化处理，维持12~16个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在750~850℃对薪棒进行煅烧处理，维持8~12小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制。
本发明的有益效果：
1、本发明以农业生产中的废弃物配合传统原料锯末和竹粉进行机制炭的加工，使用合理的配方，在成倍地减少了锯末、竹粉用量的基础上保持甚至增加了机制炭的热值，减轻了林木资源保护的压力，将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源。
2、本发明将原料中纤维素和木质素的含量进行了合理的搭配，保证了炭棒的密度大和机械强度高，另一方面也保证本发明机制炭的最高含碳量不低于纯锯末作为原料制备的机制炭；通过在配方中加入香蕉废料、马铃薯废料、木薯皮、仙人掌、火龙果茎等，不仅作为原料，也增加原料的粘度，特别是在利于炭棒成型，使产品不容易开裂破碎，提高产品质量。
3、本发明的制备方法制得的机制炭密度大、体积小、可燃性好、燃烧时间长、固定碳含量高，成型率高，不易破碎；通过在烘干前进行曝晒，使表层水分蒸发，以减少热烘的时间和燃料的消耗；在压制薪棒时使原料中的木质素有效软化进一步增加粘度，利于成型；利用少量外加燃料及大量自身热分解物燃烧所产生的热量，进行炭烧过程的热量供应，节省成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的高热值机制炭，包括以下重量份的原料：锯末30~40份、竹粉10~20份、坚果壳8~10份、玉米杆6~8份、高粱杆6~8份、大豆杆6~8份、棉花杆6~8份、烟叶杆6~8份、甘蔗渣4~6份、芝麻杆2~4份、香蕉废料2~4份、马铃薯废料1~2份、木薯皮1~2份、仙人掌1~2份、火龙果茎1~2份、草果植株1~2份。
还包括以下重量份的原料：向日葵杆6~8份、椰子壳2~5份，咖啡果实壳2~5份、水葫芦2~5份、稻谷壳2~3份。
所述的坚果壳为山核桃壳、葵花籽壳、花生壳、板栗壳中的一种或多种。
所述的香蕉废料为香蕉植株的茎杆、香蕉皮中的一种或几种。
所述的马铃薯废料为马铃薯植株的茎、叶以及发芽的马铃薯块茎。
所述的草果植株为枯萎的草果植株和已结过果的草果植株。
本发明所述的高热值机制炭的制备方法，包括以下步骤：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量18~25%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为3mm以内的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成220~240℃，进行烘干，得到含水量在10%之内的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在120~150℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，2~3个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理1~2个小时；将温度控制在230~270℃对薪棒进行初步炭化处理，维持6~8个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；将温度控制在450~650℃对薪棒进行炭化处理，维持12~16个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在750~850℃对薪棒进行煅烧处理，维持8~12小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制。
步骤3）中所述的薪棒的横截面为正方形、正六边形、圆形中的一种。
实施例1
原料重量份组成：锯末30份、竹粉10份、坚果壳8份、玉米杆6份、高粱杆6份、大豆杆6份、棉花杆6份、烟叶杆6份、甘蔗渣4份、芝麻杆2份、香蕉废料2份、马铃薯废料1份、木薯皮1份、仙人掌1份、火龙果茎1份、草果植株1份。所述坚果壳为山核桃壳、葵花籽壳、花生壳和板栗壳。所述的香蕉废料为香蕉植株的茎杆和香蕉皮。所述的马铃薯废料为马铃薯植株的茎、叶以及发芽的马铃薯块茎。所述的草果植株为枯萎的草果植株和已结过果的草果植株。
制备方法：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量18%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为3mm的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成220℃，进行烘干，得到含水量为10%的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；所述的薪棒的横截面为正六边形；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在120℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，3个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理2个小时；将温度控制在230℃对薪棒进行初步炭化处理，维持8个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；将温度控制在450℃对薪棒进行炭化处理，维持16个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在750℃对薪棒进行煅烧处理，维持12小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制炭。
本实施例制得的机制炭无异味，无非机制炭类杂质，断面具有金属光泽；密度大，每千克机制炭的热值达到 6000kcal 以上。本发明成倍地减少了锯末、竹粉等用量，同时将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源，炭棒易成型，产品不容易开裂破碎，提高成品质量。
实施例2
原料重量份组成：锯末32份、竹粉12份、坚果壳9份、玉米杆7份、高粱杆7份、大豆杆7份、棉花杆7份、烟叶杆7份、甘蔗渣5份、芝麻杆3份、香蕉废料3份、马铃薯废料1份、木薯皮1份、仙人掌1份、火龙果茎1份、草果植株1份、向日葵杆6份、椰子壳2份，咖啡果实壳2份、水葫芦2份、稻谷壳2份。所述的坚果壳为山核桃壳。所述的香蕉废料为香蕉植株的茎杆。所述的马铃薯废料为马铃薯植株的茎、叶以及发芽的马铃薯块茎。所述的草果植株为枯萎的草果植株和已结过果的草果植株。
制备方法：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量20%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为2mm以内的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成230℃，进行烘干，得到含水量在8%的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；所述的薪棒的横截面为正方形；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在130℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，3个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理2个小时；将温度控制在250℃对薪棒进行初步炭化处理，维持7个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；在无氧条件下，将温度控制在550℃对薪棒进行炭化处理，维持14个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在800℃对薪棒进行煅烧处理，维持10小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制炭。
本实施例制得的机制炭无异味，无非机制炭类杂质，断面具有金属光泽；密度大，每千克机制炭的热值达到 6210kcal。本发明成倍地减少了锯末、竹粉等用量，同时将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源，炭棒易成型，产品不容易开裂破碎，提高成品质量。
实施例3
原料重量份组成：锯末35份、竹粉15份、坚果壳10份、玉米杆8份、高粱杆8份、大豆杆8份、棉花杆8份、烟叶杆8份、甘蔗渣6份、芝麻杆4份、香蕉废料4份、马铃薯废料2份、木薯皮2份、仙人掌2份、火龙果茎2份、草果植株2份、向日葵杆8份、椰子壳3份，咖啡果实壳3份、水葫芦3份、稻谷壳3份。所述的坚果壳为葵花籽壳和花生壳。所述的香蕉废料为香蕉皮。所述的马铃薯废料为马铃薯植株的茎、叶以及发芽的马铃薯块茎。所述的草果植株为枯萎的草果植株和已结过果的草果植株。
制备方法：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量22%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为1mm的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成240℃，进行烘干，得到含水量在6%的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；所述的薪棒的横截面为圆形；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在140℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，2个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理2个小时；将温度控制在260℃对薪棒进行初步炭化处理，维持7个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；将温度控制在500℃对薪棒进行炭化处理，维持15个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在850℃对薪棒进行煅烧处理，维持8小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制炭。
本实施例制得的机制炭无异味，无非机制炭类杂质，断面具有金属光泽；密度大，每千克机制炭的热值达到 6100kcal。本发明成倍地减少了锯末、竹粉等用量，同时将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源，炭棒易成型，产品不容易开裂破碎，提高成品质量。
实施例4
原料重量份组成：锯末40份、竹粉20份、坚果壳10份、玉米杆8份、高粱杆8份、大豆杆8份、棉花杆8份、烟叶杆8份、甘蔗渣6份、芝麻杆4份、香蕉废料4份、马铃薯废料2份、木薯皮2份、仙人掌2份、火龙果茎2份、草果植株2份、向日葵杆8份、椰子壳5份，咖啡果实壳5份、水葫芦5份、稻谷壳3份。所述坚果壳为山核桃壳和板栗壳。所述的香蕉废料为香蕉植株的茎杆和香蕉皮。所述的马铃薯废料为马铃薯植株的茎、叶以及发芽的马铃薯块茎。所述的草果植株为枯萎的草果植株和已结过果的草果植株。
制备方法：
1）原料处理：将原料经过筛选剔除杂物后，在阳光下曝晒至含水量25%，然后用粉碎机将曝晒后的原料粉碎成直径为1.5mm的颗粒；
2）原料烘干：将经过步骤1）处理的原料送入烘干机，将温度设置成240℃，进行烘干，得到含水量在9%之内的干燥原料，然后将干燥原料自然冷却；
3）压制薪棒：将经过步骤2）处理的干燥原料送入制棒机，将干燥原料压制成带中心孔的薪棒，然后将压制好的薪棒自然冷却；所述的薪棒的横截面为正六边形；
4）炭化过程：将经过步骤3）处理的薪棒装入炭化炉，然后关闭炉盖，炉盖与炭化炉的接触处用沙土封闭，使用炭化炉加热装置，在无氧条件下，先将温度控制在150℃对薪棒进行干燥处理，将薪棒中的水分蒸发出去，2个小时后进行排蒸汽处理，然后继续进行干燥处理1个小时；将温度控制在270℃对薪棒进行初步炭化处理，维持6个小时，同时将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量；将温度控制在650℃对薪棒进行炭化处理，维持16个小时，将产生的烟气返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，将产生的木醋液和木焦油回收并储存用于精制出售；在无氧条件下，将温度控制在850℃对薪棒进行煅烧处理，维持8小时，将产生的气体返回炭化炉加热装置燃烧提供热量，然后在缺氧状态下自然冷却至室温，即得机制炭。
本实施例制得的机制炭无异味，无非机制炭类杂质，断面具有金属光泽；密度大，每千克机制炭的热值达到 6350kcal。本发明成倍地减少了锯末、竹粉等用量，同时将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源，炭棒易成型，产品不容易开裂破碎，提高成品质量。
通过实施例可知，本发明以农业生产中的废弃物配合传统原料锯末和竹粉进行机制炭的加工，使用合理的配方，在成倍地减少了锯末、竹粉用量的基础上保持甚至增加了机制炭的热值，减轻了林木资源保护的压力，将农业生产中的废弃物利用起来，变废为宝，大大降低了成本，极大地扩大了机制炭原料的来源。本发明将原料中纤维素和木质素的含量进行了合理的搭配，保证了炭棒的密度大和机械强度高，另一方面也保证本发明机制炭的最高含碳量不低于纯锯末作为原料制备的机制炭；通过在配方中加入香蕉废料、马铃薯废料、木薯皮、仙人掌、火龙果茎等，不仅作为原料，也增加原料的粘度，特别是在利于炭棒成型，使产品不容易开裂破碎，提高产品质量。本发明的制备方法制得的机制炭密度大、体积小、可燃性好、燃烧时间长、固定碳含量高，成型率高，不易破碎；通过在烘干前进行曝晒，使表层水分蒸发，以减少热烘的时间和燃料的消耗；在压制薪棒时使原料中的木质素有效软化进一步增加粘度，利于成型；利用少量外加燃料及大量自身热分解物燃烧所产生的热量，进行炭烧过程的热量供应，节省成本。