pg电子平台：：木炭的生产方法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。

　　：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pg电子平台、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(MokAntal)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下面结合在附图中所表示的设备来叙述本发明的方法。不过，已经认识到，也可以使用其它的设备，只要用它们能保持本方法的参数，能取出加工好的木炭，不使它们暴露在空气或氧气中即可。参照附图，按照本方法使用的木质和草质植物材料可以以任何方便的形式提供，可以从颗粒状物(如锯末)到直径6英寸或更大、几英尺长的圆木。本发明的一个优点就是，可以使用高含水量的植物材料，也就是说含水量可在大约15％以上(重量)，可以高达大约50％(重量)。圆柱形的反应器10放在含有保温材料11的隔热环境中。保温材料可以是考硅酸铝纤维或其它高温保温材料。一般来说，反应器10应包在保温材料11当中。由于用保温材料11包住了反应器10，在两次加料之间无须冷却，因此使本方法比在重复装料时需要冷却的更加高效。如图所示，包括潜水艇式人孔门12的反应器上端没有被保温材料包围。在给反应器10加料之前，通过开口盖15将碳质材料13加到金属罐14中去。金属罐中间的圆柱形空腔14A优选由金属筛网或打孔的金属制成，使得在热裂解过程中产生的热气体可以通过，并与加热器16接触。在金属罐14装好碳质材料13之后，通过人孔12将其下降到反应器10中，并且密封。反应器中不容许放入其它材料。用一个垂直、对中放置的加热器16(比如电阻加热器或燃气辐射加热器)来加热金属罐14和碳质材料13。当压力随着加热增加时，用压力调节器17来调节反应器10内部的压力。为了在卸料之前释放反应器内的过高压力，提供一个减压放空阀18。下面将要详细地讨论该图的其它细节。可以用温度传感器19比如热电偶和压力计20分别监测反应器内的温度和压力。在加热过程中，由于木质和草质植物材料中物质(包括残留的水)的挥发而使压力上升。压力调节器的设定使得反应器内的最高压力为大约100-500psig，优选100-440psig，最优选100-150psig。在100-150psig的范围内，压力一般为100左右。通过保持容器内的温度高于约350℃至最高约550℃，保持压力为大约100psig，以大约40％或更多(干重为基)的产率将植物材料转化为木炭的停留时间大约是2小时或更少，一般如果容器已被预热则大约为1个小时。反应器内的温度不应超过约550℃。在这些条件下容器内植物材料的精确停留时间取决于所用材料的特定类型及其含水量，但一般停留时间短于2个小时。本领域内的普通技术人员通过特定植物材料的试样进行的试验很容易确定对于该特定材料的最佳条件。当植物材料在反应器10内的停留时间内就会发生热裂解反应，多余的蒸汽和气体将通过管线而放出。这些气体可以回收，或者在外燃烧器(未标出)中燃烧，成为本发明方法的附加的热源。此外，该气体也可以如图所示在排放到大气之前燃烧掉。本发明的一个特点是，为了最大限度地提高效率，在两次加料之间，无须将反应器冷却到可处理的温度。因此，当反应器内在一组给定的条件下达到适当的停留时间而生产出木炭时，根据需要可将加热器16向下降低、关掉或保持同样的水平。在打开人孔门12之前，通过阀门18放掉过高的压力。关紧金属罐14；随后尽量减少进入金属罐14内的空气量，所以在金属罐内的热木炭就不会燃烧。通过空腔处14A会有少量空气进入金属罐，但如把金属罐放到一个平的或软的表面上，则金属罐底部的外缘可以有效地起密封的作用。在冷却之后，将木炭从金属罐中卸出。就在从反应器10中取出装满热木炭的金属罐之际，立即将另一个装满木质和草质植物材料的金属罐放到反应器中。此后反应器再次被密封和加热，用不着对反应器10进行任何实质性的冷却，因此总的过程的效率就更高了。参照此图，反应器10的其它特点包括上密封环22、下密封环23以及底版24。潜水艇式人孔12由许多紧固螺栓25来固定，螺栓由螺帽26和垫圈27来紧固。金属罐14装有链状把手28，用它把金属罐取出和放入反应器10中。提供如下的实施例进行说明，但无意以任何方式对本发明加以限制。实施例1用两种在夏威夷得到的木材作为原料，在如图中所述的反应器中转化为木炭。Kiawe是一种致密pg电子平台、干燥的木材，而桉树是一种轻而潮湿的木材。如表1所示，用本发明的方法由这两种木材制造木炭的产率实质上是相同的。表1反应器的性能/tables+木炭的分数产率是产生的木炭的重量与加入炉中的木材干基重量之比。*生产每kg木炭所需的kw-hr。实施例2在表2中显示了按照本发明制备的“Aloha”桉树木炭和“Aloha”Kiawe木炭的分析结果，并与三种商品木炭进行比较。由本发明制备的两种木炭和商品木炭大体上相当。表2Aloha木炭和商品木炭的比较/tables实施例3在反应器中用空气干燥的银合欢木进行两批试验，得到如下的结果。表3空气干燥的银合欢树的两轮试验/tables在反应器内用烘箱干燥(110℃)的银合欢树进行5次试验，得到如下的结果表4用烘箱干燥的银合欢树进行的5次试验/tables实施例4在反应器中用澳洲坚果壳进行三轮试验，以确定不同压力的影响，结果如下。表5用澳洲坚果壳的三轮试验/tables只要不偏离本发明的基本精神，本发明可以以其它特殊的形式来实施。因此本实施方案从全方位看只是具有说明的性质，对本发明的范围不构成限制。本发明由所附的权利要求来指明范围，因此在权利要求书等同物的涵义和范围内的修正也要包含在本文中。权利要求1.将含水量最高为约50％(重量)的木质和草质植物材料经热裂解转化为木炭的间歇方法，该方法包括如下步骤在一个封闭的容器中将所述的材料密封，这样所述的容器的非惰性内容物由所述材料和空气组成；将所述的材料加热到约350℃以上，同时在所述容器内得到约15psig以上的压力，藉此由所述材料的热裂解产生蒸汽；以及保持所述压力低于约500psig，通过从所述的容器中释放蒸汽，和保持所述在约350℃以上的温度足够的时间，以在所述蒸汽存在下，以至少大约35％(干重为基)的产率将所述材料转化为木炭。2.按照权利要求1的方法，其中所述的压力低于大约440psig。3.按照权利要求2的方法，其中所述的压力低于大约150psig。4.按照权利要求1的方法，其中所述材料的含水量为大约1％或更多。5.按照权利要求2的方法，其中所述材料的含水量为大约15％或更多。6.按照权利要求1的方法，其中用所述方法制造的木炭，其挥发份含量为35％或更少。7.按照权利要求1的方法，其中所述的时间为2小时或更少。8.按照权利要求1的方法，其中在所述的时间内，温度不超过大约550℃。9.按照权利要求1、2或3的方法，其中从所述的容器中除去在这里产生的蒸汽，以保持在所述的容器中的压力，该方法还包括回收和在外燃烧器中燃烧所述气体的步骤。10.按照权利要求1的方法，它还包括以下步骤，就是在所述容器内降低压力并从中取出木炭，而同时不使木炭暴露在足够的空气或氧气中，以免引起其燃烧；以及冷却和回收所述木炭。11.按照权利要求1的方法，其中所述生产的木炭的特征是，其热值大约为1300BTU/lb。12.用于将木质和草质植物材料经热裂解转化为木炭和气体的反应器，它包括一个具有可密封的开口，用来接受含有所述材料的金属罐；用于加热所述反应器的加热装置；用于调节从所述反应器中排出的气体，以控制在所述反应器内的压力的压力调节装置；以及包在所述反应器侧面的大部分周围的保温装置。13.按照权利要求12的反应器，它还包括一个阀门装置，用来在打开所述可密封的开口之前从所述反应器中释放带压力的气体，以便取出所述金属罐。14.按照权利要求12的反应器，其中所述加热装置包括一个电阻加热器pg电子平台。15.按照权利要求12的方法，其中所述加热装置包括一个燃气辐射加热器。全文摘要提供了将木质和草质植物材料经热裂解转化为木炭的间歇方法,以干重为基其产率大约为35—50%,挥发份大约25%或更少,燃料值为13000BTU/lb。该间歇方法每批进行2小时或更少,实际上下一批的加料可以马上进行,而不用对本方法所用的反应器(10)进行实质性的冷却,也不会让加工好的热木炭暴露在足够的空气或氧气中,以免在将其从反应器(10)中取出时引起燃烧。反应器(10)被包在保温材料(11)中。将炭质材料(13)装入金属罐(14)并放入反应器(10)中。文档编号C10B53/02GK1183797SQ95197851公开日1998年6月3日申请日期1995年3月22日优先权日1995年3月22日发明者小·M·J·安托尔申请人:夏威夷大学