油茶壳机制木炭生产试制报告

罗勇兵 黄 河 梁玖华

(铜仁科学院 贵州 铜仁 554300)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)是中国特有的木本油料树种，是我国保障粮油食品安全发展的重要经济树种，主要种植在湖南、江西、广西、浙江、福建、贵州、湖北、云南、重庆、四川等省份。油茶壳是油茶果实干燥剥离的副产品，生产中油茶壳质量占到整个油茶鲜果的50%～60%[1]，其中木质素的含量达到 52.15%，可以考虑加工成机制炭加以利用。笔者分别于2018年5月和2019年5月试制了两批油茶壳机制木炭，重量分别为1.5吨和2.3吨。同时测定了两批产品的理化指标，现将结果报告如下。

1 试制材料与方法

1.1 地点及原料材料

本油茶壳机制木炭试制实验在铜仁市碧江区杨氏炭厂生产车间内进行。试制需要的油茶壳原料从杨氏炭厂附近的油茶种植合作社收购而得。

1.2 试制设备

主要设备有：粉碎机、筛选网、烘干机、炭棒成型机、炭化窑。杨氏炭厂的设备由巩义市孝义恒信机械厂生产。

1.3 试制工艺

主要工艺流程为：粉碎→筛选→烘干→制棒→炭化→冷却→包装。

粉碎：原料要干净卫生，不能被工业或生活垃圾污染。控制原料水分在70%～80%，水分含量高会延长烘干时间，水分含量过低会加重粉碎机负荷。选择合适的粉碎筛网，控制粉碎后颗粒直径在3mm以内，大小均匀。

筛选：油茶壳粉碎后，把过粗的壳屑和杂物筛选出，过粗的壳屑可再次粉碎利用或作为燃料利用，筛网网眼大小为1cm。

烘干：传送带送入烘干设备中，烘干温度160～250℃。烘后含水量控制在5%～10%之间，外观微焦，手感干燥。

制棒：利用木质素在200～300℃时会软化的特性，通过施加一定压力使木质素与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶结，冷却后即可固化成型。通过调整定螺旋推进器力度和成型温度，控制成型质量。成型好的炭棒密度大、表面光滑、无明显裂纹。温度控制在260～320℃之间。

炭化：炭棒放入炭化窑，隔绝空气热解。炭化时间约10～30 h，炭化是否完成，以炭化时排烟情况判断，排烟由浓烟转为很少青烟时即炭化完成，应及时闭火。

冷却：木炭从炭化窑取出后，还有较高温度，需放在独立的、有消防安全措施的车间继续冷却，防止温度过高出现复燃，冷却到室温时才能分级包装。

包装：产品包装应牢固、整洁、防潮，装箱产品应排列整齐，同一批产品包装材料、规格型号、净重等应一致[2]。

2 结果与分析

2.1 试制产品感观

试制木炭横截面为正四边形，中空，外表显黑色，敲打时发出响亮的金属响声，无异味。燃烧时间长达5小时，燃烧后灰分呈灰褐色。几何尺寸约为3.9×3.9×41.5cm。2019年试制品比2018年裂纹少，完整性高，碎炭量少。

2.2 理化指标检测分析

油茶壳木炭成品在干燥环境存放一周后，每批随机抽取3份各重约0.5kg的样品密封包装，贴好标签后寄出。委托广东广分质检检测有限公司进行检测，检测标准参考GB/T213-2008、GB/T28730-2012、GB/T28731-2012、GB/T28732-2012、GB/T28733-2012、GB/T21923-2008执行，结果详见表1。

表1 油茶壳机制木炭理化指标检测表

从表1可见，2019年的第二批产品比2018年的产品各项指标略优。两批产品生产时的不同之处主要有两点，一是第二批的油茶壳粉碎时更换了网口更小的筛网，粉碎出的壳屑更细、更均匀，第二批壳屑颗粒小于3mm，第一批壳屑颗粒小于5mm；二是炭化时间第二批比第一批延长一倍多，从12h提高到25h。

第二批木炭的高位发热量平均为30.08 MJ/kg，收到基低位发热量(通常国内说的木炭发热量)平均为28.75 MJ/kg，与标准煤的发热量为29.307 MJ/kg接近。第二批生产的木炭的干燥固定碳为76.94%，高于GB/T 17664-1999《木炭和木炭试验方法》中规定的松木炭优等品固定碳75%的标准[2]。第二批木炭的含硫量为0.04%，显著少于第一批的含硫量，这可能是因为第二批炭化时间长，使其中的硫热解得更彻底。

2.3 木炭转化率

在壳屑、炭棒与木炭三个环节随机各抽取三组样品进行检测，检测数据详见表2，从表中可以看出，由成型炭棒到木炭，转化率40%左右，转化率较稳定，由壳屑到木炭的转化率波动较大，主要影响因素是壳屑的含水量，含水量与木炭转化率成反比。

表2 油茶壳机制木炭的转化率

2.4 对比分析

为了使试制的油茶壳机制木炭品质有对比参照，在试制时，采用了马尾松与杉木木屑(比例1:1)为原料，用相同的设备生产出的混合机制木炭与油茶壳机制木炭对比。从外观看，两种机制木炭无明显差别，油茶壳机制木炭重量略轻，每根重约452 g，混合机制木炭每根重约567 g。两种机制木炭燃烧性能接近，都无异味，燃烧后灰分颜色稍有差异，油茶机制木炭的灰分呈灰褐色，混合机制木炭的灰分是灰白色。燃烧时长油茶壳机制木炭约为5.0 h，混合机制木炭约为4.5 h。油茶壳机制木炭发热量为28.7 5MJ/kg，混合机制木炭发热量为30.6 MJ/kg，油茶壳机制木炭干燥基固定碳量为76.94%，混合机制木炭干燥基固定碳量为82.06%。综合比较，两种机制木炭的品质差别不大，能满足人们日常生活需要。油茶壳机制木炭与马尾松杉木混合机制木炭综合对比详见表3。

表3 油茶壳机制木炭与马尾松杉木混合机制木炭综合对比表

3 结论

油茶壳加工成机制木炭，可变废为宝，提高生物质综合利用率，促进油茶产业链延伸发展和生态文明建设。利用油茶壳生产的机制木炭含硫量低，燃烧时无色无味，卫生环保，发热量高达28.75MJ/kg，发热量与马尾松杉木混合机制木炭和标准煤相当。燃烧时间长达5小时，产品质量完全可达到人们日常生活对木炭品质的要求。油茶壳机制木炭有很好的经济效益，在生产的过程中，可以吸收大量的劳动力从业，有利于促进当地的经济发展和社会就业。总之，利用油茶壳生产机制木炭，具有较好的经济效益、生态效益和社会效益，在油茶种植规模大、集中，油茶壳资源丰富的区域，建议可以进行推广生产。