油茶殼機制木炭生產(chǎn)試制報告

羅勇兵 黃 河 梁玖華

(銅仁科學(xué)院 貴州 銅仁 554300)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)是中國特有的木本油料樹種，是我國保障糧油食品安全發(fā)展的重要經(jīng)濟樹種，主要種植在湖南、江西、廣西、浙江、福建、貴州、湖北、云南、重慶、四川等省份。油茶殼是油茶果實干燥剝離的副產(chǎn)品，生產(chǎn)中油茶殼質(zhì)量占到整個油茶鮮果的50%～60%[1]，其中木質(zhì)素的含量達到 52.15%，可以考慮加工成機制炭加以利用。筆者分別于2018年5月和2019年5月試制了兩批油茶殼機制木炭，重量分別為1.5噸和2.3噸。同時測定了兩批產(chǎn)品的理化指標(biāo)，現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 試制材料與方法

1.1 地點及原料材料

本油茶殼機制木炭試制實驗在銅仁市碧江區(qū)楊氏炭廠生產(chǎn)車間內(nèi)進行。試制需要的油茶殼原料從楊氏炭廠附近的油茶種植合作社收購而得。

1.2 試制設(shè)備

主要設(shè)備有：粉碎機、篩選網(wǎng)、烘干機、炭棒成型機、炭化窯。楊氏炭廠的設(shè)備由鞏義市孝義恒信機械廠生產(chǎn)。

1.3 試制工藝

主要工藝流程為：粉碎→篩選→烘干→制棒→炭化→冷卻→包裝。

粉碎：原料要干凈衛(wèi)生，不能被工業(yè)或生活垃圾污染?？刂圃纤衷?0%～80%，水分含量高會延長烘干時間，水分含量過低會加重粉碎機負荷。選擇合適的粉碎篩網(wǎng)，控制粉碎后顆粒直徑在3mm以內(nèi)，大小均勻。

篩選：油茶殼粉碎后，把過粗的殼屑和雜物篩選出，過粗的殼屑可再次粉碎利用或作為燃料利用，篩網(wǎng)網(wǎng)眼大小為1cm。

烘干：傳送帶送入烘干設(shè)備中，烘干溫度160～250℃。烘后含水量控制在5%～10%之間，外觀微焦，手感干燥。

制棒：利用木質(zhì)素在200～300℃時會軟化的特性，通過施加一定壓力使木質(zhì)素與纖維素緊密粘接并與相鄰顆?；ハ嗄z結(jié)，冷卻后即可固化成型。通過調(diào)整定螺旋推進器力度和成型溫度，控制成型質(zhì)量。成型好的炭棒密度大、表面光滑、無明顯裂紋。溫度控制在260～320℃之間。

炭化：炭棒放入炭化窯，隔絕空氣熱解。炭化時間約10～30 h，炭化是否完成，以炭化時排煙情況判斷，排煙由濃煙轉(zhuǎn)為很少青煙時即炭化完成，應(yīng)及時閉火。

冷卻：木炭從炭化窯取出后，還有較高溫度，需放在獨立的、有消防安全措施的車間繼續(xù)冷卻，防止溫度過高出現(xiàn)復(fù)燃，冷卻到室溫時才能分級包裝。

包裝：產(chǎn)品包裝應(yīng)牢固、整潔、防潮，裝箱產(chǎn)品應(yīng)排列整齊，同一批產(chǎn)品包裝材料、規(guī)格型號、凈重等應(yīng)一致[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試制產(chǎn)品感觀

試制木炭橫截面為正四邊形，中空，外表顯黑色，敲打時發(fā)出響亮的金屬響聲，無異味。燃燒時間長達5小時，燃燒后灰分呈灰褐色。幾何尺寸約為3.9×3.9×41.5cm。2019年試制品比2018年裂紋少，完整性高，碎炭量少。

2.2 理化指標(biāo)檢測分析

油茶殼木炭成品在干燥環(huán)境存放一周后，每批隨機抽取3份各重約0.5kg的樣品密封包裝，貼好標(biāo)簽后寄出。委托廣東廣分質(zhì)檢檢測有限公司進行檢測，檢測標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T213-2008、GB/T28730-2012、GB/T28731-2012、GB/T28732-2012、GB/T28733-2012、GB/T21923-2008執(zhí)行，結(jié)果詳見表1。

表1 油茶殼機制木炭理化指標(biāo)檢測表

從表1可見，2019年的第二批產(chǎn)品比2018年的產(chǎn)品各項指標(biāo)略優(yōu)。兩批產(chǎn)品生產(chǎn)時的不同之處主要有兩點，一是第二批的油茶殼粉碎時更換了網(wǎng)口更小的篩網(wǎng)，粉碎出的殼屑更細、更均勻，第二批殼屑顆粒小于3mm，第一批殼屑顆粒小于5mm；二是炭化時間第二批比第一批延長一倍多，從12h提高到25h。

第二批木炭的高位發(fā)熱量平均為30.08 MJ/kg，收到基低位發(fā)熱量(通常國內(nèi)說的木炭發(fā)熱量)平均為28.75 MJ/kg，與標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量為29.307 MJ/kg接近。第二批生產(chǎn)的木炭的干燥固定碳為76.94%，高于GB/T 17664-1999《木炭和木炭試驗方法》中規(guī)定的松木炭優(yōu)等品固定碳75%的標(biāo)準(zhǔn)[2]。第二批木炭的含硫量為0.04%，顯著少于第一批的含硫量，這可能是因為第二批炭化時間長，使其中的硫熱解得更徹底。

2.3 木炭轉(zhuǎn)化率

在殼屑、炭棒與木炭三個環(huán)節(jié)隨機各抽取三組樣品進行檢測，檢測數(shù)據(jù)詳見表2，從表中可以看出，由成型炭棒到木炭，轉(zhuǎn)化率40%左右，轉(zhuǎn)化率較穩(wěn)定，由殼屑到木炭的轉(zhuǎn)化率波動較大，主要影響因素是殼屑的含水量，含水量與木炭轉(zhuǎn)化率成反比。

表2 油茶殼機制木炭的轉(zhuǎn)化率

2.4 對比分析

為了使試制的油茶殼機制木炭品質(zhì)有對比參照，在試制時，采用了馬尾松與杉木木屑(比例1:1)為原料，用相同的設(shè)備生產(chǎn)出的混合機制木炭與油茶殼機制木炭對比。從外觀看，兩種機制木炭無明顯差別，油茶殼機制木炭重量略輕，每根重約452 g，混合機制木炭每根重約567 g。兩種機制木炭燃燒性能接近，都無異味，燃燒后灰分顏色稍有差異，油茶機制木炭的灰分呈灰褐色，混合機制木炭的灰分是灰白色。燃燒時長油茶殼機制木炭約為5.0 h，混合機制木炭約為4.5 h。油茶殼機制木炭發(fā)熱量為28.7 5MJ/kg，混合機制木炭發(fā)熱量為30.6 MJ/kg，油茶殼機制木炭干燥基固定碳量為76.94%，混合機制木炭干燥基固定碳量為82.06%。綜合比較，兩種機制木炭的品質(zhì)差別不大，能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枰Ｓ筒铓C制木炭與馬尾松杉木混合機制木炭綜合對比詳見表3。

表3 油茶殼機制木炭與馬尾松杉木混合機制木炭綜合對比表

3 結(jié)論

油茶殼加工成機制木炭，可變廢為寶，提高生物質(zhì)綜合利用率，促進油茶產(chǎn)業(yè)鏈延伸發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。利用油茶殼生產(chǎn)的機制木炭含硫量低，燃燒時無色無味，衛(wèi)生環(huán)保，發(fā)熱量高達28.75MJ/kg，發(fā)熱量與馬尾松杉木混合機制木炭和標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)。燃燒時間長達5小時，產(chǎn)品質(zhì)量完全可達到人們?nèi)粘Ｉ顚δ咎科焚|(zhì)的要求。油茶殼機制木炭有很好的經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)的過程中，可以吸收大量的勞動力從業(yè)，有利于促進當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和社會就業(yè)?？傊?，利用油茶殼生產(chǎn)機制木炭，具有較好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，在油茶種植規(guī)模大、集中，油茶殼資源豐富的區(qū)域，建議可以進行推廣生產(chǎn)。