СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КАЛЬЯННОГО УГЛЯ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ Российский патент 2023 года по МПК A24F1/30 

Изобретение относится к области переработки отходов деревообработки, а именно к способам получения твердого древесного угля из биомассы и может применяться для производства древесного угля для кальянов, каминов и т.д. [A24F 1/30, C10L 5/02, C10L 5/04, C10L 5/06, C10L 5/10, C10L 5/28, C10L 5/30, C10L 5/44, C10L 11/00, C10L 11/04, C10L 11/06, C10L 5/442].

Из уровня техники известны СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ ДЛЯ БАРБЕКЮ [GB 946358 (A), опубл.: 15.01.1964], включающий сушку углеродсодержащего топлива, например лигнита, карбонизацию высушенного топлива для удаления смолы в газообразной форме и части несмолистых летучих веществ, отделение смолы от газа и его охлаждение, либо рециркуляция охлажденного газа, либо введение холодного чистого инертного газа в контакт с полукоксом для охлаждения полукокса по мере того, как полукокс покидает зону карбонизации, уменьшая полукокс до мелкодисперсного размер частиц, например, по меньшей мере минус 40 меш, смешивание полукокса со связующим веществом, например, предварительно приготовленным крахмалом и водой, карбонизацию топлива осуществляют при температуре от 500 до 550°С за счет регулирования количества охлажденного отходящего газа, при этом полученные брикеты содержат от 3 до 10 мас. % связующего вещества.

Недостатком аналога является низкие механические свойства получаемого образца и высокий уровень выделяемого едкого дыма.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ ИЗ БИОМАССЫ БЕЗ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК [CN 106635230 (A), опубл.: 10.05.2017], который включает следующие стадии: сырье получают путем дробления и просеивания вещества; сырье направляется во вращающуюся печь для карбонизации при температуре 300-900°С с получением порошка древесного угля из биомассы; древесный уголь из биомассы помещается в контейнер; растворимый крахмал взвешивают и помещают в контейнер, а порошок древесного угля из биомассы и растворимый крахмал однородно смешиваются при перемешивании; кипяток взвешивают и заливают в емкость для равномерного перемешивания; материал засыпается в нагреватель, и путем нагревания получается приготовленный материал; материал в нагревателе заливается в формовочную машину для прессования под давлением 20-400 МПа; материал выдерживается 10-3600 с; наконец, производится сброс давления и получается древесный уголь из биомассы, не содержащий химических добавок.

Основной технической проблемой прототипа является высокая стоимость технологии, обусловленная температурой карбонизации до 900°С, что нецелесообразно выше 600°С, как по соображениям технологичности, так как нагрев от 600°С и выше приводит к предъявлению повышенных требований к материалу и конструкции пиролизной печи и увеличению трудозатрат и энергоемкости производства, а также коксованию угля, что делает его невозможным к применению в кальянах. Использование крахмала в качестве связующего приводит к высокому выхода летучих веществ и ухудшению прочностных свойств угля. Кроме того, отсутствие в технологической схеме этапа закаливания угля снижает прочностные характеристики угля, что приводит к его расслаиванию при его эксплуатации.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности производства кальянного угля из древесной биомассы с низким выходом летучих веществ и высокими эксплуатационными свойствами.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ производства кальянного угля из древесной биомассы, характеризующийся дроблением и просеиванием биомассы, карбонизацией полученного сырья с получением угольного порошка, сухим перемешиванием со связующим веществом и добавлением воды, прессованием в брикеты, отличающийся тем, что подготовленное путем дробления и просеивания древесной биомассы подвергают термическому разложению нагревом до температуры 400-450°С и термическому катализу последующим нагревом до температуры 600°С и выдержкой при температуре термического катализа, после выдержки уголь охлаждают и измельчают до фракции от 0,5 до 1,2 мм, измельченный уголь смешивают с тапиокой сухим смешиванием, после чего в полученную смесь добавляют воду при температуре 80-90°С при соотношении порошка угля, тапиоки и воды 51:43:6, полученную смесь формуют в брикеты, полученные брикеты закаливают при температуре 120-140°С при нагреве со скоростью не выше 7 °C/мин и выдерживают при этой температуре 60 минут с последующим остыванием до температуры не выше 80°C с возможностью интенсификации процесса сушки и химического процесса затвердевания смеси угля и связующих.

В частности, сырье после термического катализа охлаждают в течение одного часа в среде инертного газа.

В частности, смесь после смешивания со связующим и водой формуют в брикеты прессованием с усилием 3 МПа.

На фигуре показаны кривые дифференциального термического анализа биомассы, где ТГ - данные термогравиметрического анализа, ДСК - дифференциально-сканирующая калориметрия.

Осуществление изобретения.

Кальянный уголь в основном производится из древесной биомассы. В настоящей заявке под растительной биомассой понимается биомасса, получаемая из деревьев и скорлупы плодов деревьев, например, скорлупы кокосового, кедрового, грецкого, лесного орехов и т.д., т.е. наиболее распространенных и выращиваемых массово.

При производстве обычного древесного угля используется древесина трех групп:

1 группа - лиственные породы деревьев с твердой древесиной (береза, дуб, граб, бук, вяз);

2 группа - хвойные породы деревьев (ель, сосна, пихта);

3 группа - лиственные породы деревьев с мягкой древесиной (осина, липа, ива, ольха, тополь).

В сырой биомассе растительного сырья (древесине, ореховой скорлупе) содержится большое количество разнообразных веществ, вредных для организма человека. Эти вещества начинают разлагаться и удаляться из биомассы при воздействии высоких температур (выше 350°C). При этом в процессе формования кальянный уголь сушится при температуре не выше 150°C. В связи с этим, использование биомассы растительного сырья в исходном виде недопустимо и требует предварительной термической обработки.

Сущность способа изготовления кальянного угля из древесной биомассы заключается в том, что предварительно подготовленную древесную биомассу на первом этапе подвергают термическому разложению нагревом до температуры 400-450°С, а затем, после отпуска, подвергают термическому катализу нагревом до температуры 600°С с последующей выдержкой при температуре термического катализа в течение 1 часа, при этом нагрев осуществляют со скоростью 10°С.

Предварительная подготовка биомассы заключается в очистке исходного сырья биомассы от шелухи и пыли, что позволяет снизить зольность конечного продукта и повысить теплоту сгорания. Для очистки сырья биомассы его пропускают через металлическое сито.

В процессе нагрева до 210°С происходит испарение влаги из биомассы, а при температуре 370-600°С происходит термическое разложение биомассы. При дальнейшем повышении температуры термических превращений не происходит и поэтому дальнейший нагрев не целесообразен по причине излишних затрат на нагрев. На фигуре показаны кривые дифференциального термического анализа биомассы, где ТГ - данные термогравиметрического анализа, ДСК - дифференциально-сканирующая калориметрия.

Таким образом, имеет смысл осуществлять пиролиз при температурах до 600°C. В качестве минимальной температуры для исследования принята температура 450°C, так как именно эта температура является границей окончания термического разложения древесины и начала прокалки угля [Евстигнеев Э.И. Химия древесины: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007]. Также из фигуры видно, что при нагреве до этой температуры происходит наибольшее снижение массы сырья, что связано с увеличением выхода летучих веществ.

Продолжительность процесса пиролиза рассчитывают с учетом скорости прогрева печи с биомассой до необходимой температуры при этом необходимо учитывать, что печь нагревается очень быстро, а биомасса прогревается достаточно долго. Для нагрева биомассы сырья до температуры 600°C потребуется время:

,

где m - масса биомассы, с_р - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Т_2печи - конечная температура печи, Т_1печи - начальная температура печи, δ - толщина стенки печи, S - площадь нагреваемой поверхности, λ - коэффициент теплопроводности, Т₂ - конечная температура угля из биомассы, Т₁ - начальная температура биомассы.

Практика показала, что уже после 38 минут выдержки биомассы при температуре 600°C перестал выделяться дым, что свидетельствует об окончании термических превращений. Аналогичные результаты были получены и для температуры пиролиза 450°C, где выделение дыма прекратилось на отметке в 34 минуты.

Уменьшать время пиролиза не целесообразно, т.к. из-за неравномерности нагрева биомассы в центре печи могут не успевать проходить термические превращения и не полностью выделяться вредные вещества.

С учетом саморазогрева биомассы за счет экзотермических реакций в процессе пиролиза, что ускоряет нагрев и в целом процесс пиролиза время выдержки биомассы при температуре пиролиза было увеличено до 60 минут.

Отпуск угля осуществляют посредством его охлаждения в среде инертного газа азота до состояния средней реакционной способности. Время отпуска, полученное экспериментальным путём, составляет 1 час.

Следующим шагом является размол полученного после пиролиза биомассы угля на фракцию, размер которой влияет на механические (формуемость, сопротивление механическим нагрузкам) и эксплуатационные (скорость розжига, стабильность формы после розжига, теплоту сгорания и время горения) характеристики кальянного угля. Продолжительность и качество измельчения также влияет на экономику процесса, связанную с последующим выбором соответствующего оборудования, а также времени и электроэнергии, затраченных на измельчение.

Полученный на предыдущем этапе уголь измельчают, например, в ножевой мельнице до состояния фракции от 0,5 до 1,2 мм. Уголь более крупной фракции (более 1,2 мм) хуже формуется и могут разваливаться. Уголь фракцией менее 0,5 мм более плотный, но хуже разжигается и горит.

Следующим этапом после размола является смешение измельченного угля с сухим связующим. В качестве связующего используют тапиоку. Основными критериями при выборе сухого связующего являются простота использования с минимальными технологическими затратами, а в идеале - в состоянии поставки, безвредность использования, то есть связующее не должно выделять вредных для здоровья веществ, в том числе при термической обработке и горении, а также стоимость и доступность, то есть связующее должно быть относительно недорогим и распространенным для приобретения. Всем этим критериям отвечает тапиока, выбранная в качестве связующего.

После сухого смешения, что является отличительной особенностью исследуемого объекта техники, в смесь добавляют горячую воду, разогретую до температуры 80-90°С. Это необходимо для придания связующему, клеящих свойств. Соотношение уголь-связующее-вода зависит от первичного сырья. Так для производства кальянного угля из древесной массы, используется соотношение в котором от 8 до 9 частей угля, от 6 до 8 частей связующего и одна часть воды, преимущественно соотношение 51:43:6. Такое соотношение при экспериментальных исследованиях обеспечило получение оптимального брикета из угля, обладающего оптимальными механическими и эксплуатационными характеристиками.

Далее формуют смесь. Формование смеси осуществляют ударным типом с помощью промышленного пресса для производства кальянного угля с усилием 3 МПа.

Заключительным этапом является закаливание полученных брикетов кальянного угля для удаления из них воды и придания им твердости. Как правило, уголь сушится либо естественным путём, либо в камерах сушки при температурах до 35-80°С. Предлагаемый метод закаливания в среде 120-140°С при постепенном нагреве угля со скоростью не выше 7°C/мин, выдержке при этой температуре 60 минут и остывании до 70-80°C позволяет интенсифицировать процесс сушки и химический процесс затвердевания смеси угля и связующих, а также исключает дальнейшее расслаивание при его эксплуатации. Увеличение скорости нагрева приводит к растрескиванию продукта.

Данный режим закаливания минимизирует время выдержки кубиков в печи и обеспечивает их высыхание, при этом указанная скорость нагрева не позволяет воде внутри кубиков кальянного угля быстро закипать, что ведет к разрушению формы кубиков или появлению трещин. Все это ухудшает как эксплуатационные, так и механические характеристики кальянного угля.

Особенностью предлагаемого способа заключается в ступенчатом пиролизе с последующим охлаждении в среде инертного газа, последующем измельчении угля из биомассы до определенной фракции, смешивании сыпучего угля со связующим, формовании в брикеты и закаливании брикетов с заданной скоростью нагрева.

В 2022 году автором изобретения был проведен ряд экспериментов по производству кальянного угля из биомассы, целью которых являлось определение параметров, при которых возможно получение кальянного угля с приемлемыми эксплуатационными (отсутствие посторонних запахов и вредных веществ, достаточное тепловыделение и время горения) и механическими свойствами.

В процессе исследований проверялись следующие механические свойства:

- формуемость, то есть насколько просто будет сформировать кубик кальянного угля, от чего зависит трудоемкость процесса и стоимость промышленного оборудования;

- сопротивление механическим нагрузкам готового угля;

- скорость розжига, где оптимальным является условие полного разгорания брикета за время не более 10 минут;

- стабильность формы после розжига;

- время горения, где оптимальным является условие полного сгорания брикета за время не менее 45 минут;

- органолептические характеристики кальянного угля, а именно отсутствие характерных запахов горения продукта.

В ходе проведения исследований выполнены следующие работы:

- получение угля при температурах пиролиза 450°С, 500°С, 600°С;

- исследование влияния очистки исходного сырья (просеивание через крупное сито с целью удаления мелких осколков, шелухи и пыли) на конечный продукт;

- исследование влияния степени измельчения угля на эксплуатационные характеристики конечного продукта;

- выбор, обоснование и исследование влияния связующего на конечный продукт;

- определение оптимального давления формования на качественные характеристики конечного продукта;

- подбор режима закаливания (температура, время) и исследование его влияния на конечный продукт.

Для изготовления экспериментальных образцов кальянного угля в качестве исходного сырья из древесной биомассы были взяты опилки березы, сосны, липы, скорлупа кедрового ореха, скорлупа грецкого ореха, скорлупа лесного ореха. Для проведения сравнительного анализа в качестве эталонных образцов взяты образцы кальянного угля из скорлупы кокоса.

После изготовления описанным способом образцов угля из перечисленных вариантов сырья, каждый из которых изготавливался из опилки или скорлупы только одного вида был проведен анализ этих образцов.

Визуально, образцы угля, полученные из исходного сырья при температуре 450°С, не отличались от образцов угля из этого же сырья, полученных при температуре 600°C.

Различие обнаружилось при розжиге кальянного угля. Образцы кальянного угля, полученные при температуре пиролиза 450°C, при розжиге выделяли заметное количество едкого дыма (выделения контролировались визуально). В свою очередь образцы кальянного угля, полученные при температуре пиролиза 600°C, дыма и запаха при розжиге почти не давал. Эти же наблюдения касаются и образцов угля из скорлупы кокосового ореха.

Что касается образцов угля, полученных при пиролизе при температуре 500°C, то он выделял чуть меньше дыма, чем образцы угля с температурой пиролиза 450°C, но значительно больше, чем образцы угля с температурой пиролиза 600°C.

По этой причине из дальнейших исследований были исключены температуры пиролиза 450°C и 500°C.

Режим пиролиза для исследуемых образцов был установлен 600°C с выдержкой при этой температуре 60 минут и охлаждением в среде инертного газа, в качестве которого использовали азот.

Размер фракции для угля из исследуемого сырья и эталонных образцов был выбран от 0,5 до 1,0 (мелкая фракция) и от 1,0 до 1,2 (средняя фракция). Основное отличие по размеру фракции в формуемости кубиков (брикетов). Этот параметр можно измерить лишь качественно. В процессе формования кубиков кальянного угля выяснили, что мелкая фракция гораздо проще формуется, не рассыпается в процессе взвешивания и загрузки в пресс-форму. Средняя фракция сыпется сильнее и могут потребоваться дополнительные приспособления, чтобы правильно взвесить взятую часть смеси и загрузить в пресс-форму.

Для изготовления кальянного угля в качестве связующего для изготовления одной группы исследуемых и эталонных образцов использовался мальтодекстрин, а в другой группе - тапиока. Количество связующего рассчитывалось одинаково для одной и другой группы и составляло от 6 до 10 мас. %. Для исследования в качестве связующего также пробовали использовать крахмал в виде раствора. Добавление крахмала привело к увеличению выхода летучих веществ и снижению прочностных свойств по сравнению с тапиокой.

Отмечено, что при использовании мальтодекстрина для получения приемлемой консистенции смеси требуется меньше воды.

В процессе исследований образцы каждой смеси (при условии одинаковой фракции) формовались одинаково. Более сложно формовались образцы из средней фракции, вне зависимости от состава смеси. В процессе прессования и сушки отличий между образцами одной фракции также не замечено. Увеличение количества связующего влияло на увеличение выхода летучих веществ, поэтому был выбран вариант добавления связующего в количестве 6 масс. %. Также исследовалась возможность снижения количества связующего ниже 6 мас. %, которое негативным образом отразилось на механические прочностные характеристики угля.

После формования в ходе экспериментальных исследований также испытывались варианты давления прессования. В качестве вариантов было выбрано: одна тонна на образец (15,7 МПа) и 0,2 тонны (3,1 МПа). При одинаковом весе загружаемой в пресс-форму смеси (17 г) при большем давлении из формы выделилось больше влаги, а сами образцы получались ниже по оси прессования. При усилии прессования 3,1 МПа форма образцов была ближе к кубической. Принципиальной разницы по эксплуатационным или механическим характеристикам образцов, изготовленных с разными усилиями прессования, не обнаружено. Таким образом, достаточно использовать минимальное усилие прессования для придания кубикам кальянного угля приемлемой формы. Практически не целесообразно увеличивать усилия прессования, т.к. это удорожает технологию.

После прессования закаливание кубиков кальянного угля производилась партиями по 10 штук, нагрев производился с температуры 30°C до температуры закаливания, скорость нагрева не превышала 7°C/мин.

Исследовалось 2 температуры закаливания: 110°C и 140°C. Образцы нагревались до этой температуры и выдерживались 60 минут, после чего остывали с печью ~70-80°C. При достижении этой температуры печь открывали. После остывания до 40°C кальянный уголь извлекали из печи, выдерживали при комнатной температуре в течение 10-12 часов, после чего взвешивался на лабораторных весах I-2000.

При первом тесте температуры 110°C с выдержкой 60 минут недостаточно: образцы весили в среднем 14-15 г (против 10-11 г при закаливании на 140°C) и на ощупь были недостаточно твердыми, недосушенными. В свою очередь образцы, закаленные при 140°C были достаточно твердыми и визуально казались готовыми к использованию и без трещин. Поэтому в последующих тестах использовали температуру закаливания только 140°C.

Таким образом, все исследуемые в данной работе образцы были получены при следующем режиме закаливания: нагрев с температуры 30°C до 140°C со скоростью не более 7°C/мин, выдержка 60 минут при температуре 140°C, остывание в печи до температуры ~70-80°C, затем открытие печи и дальнейшее более быстрое остывание до 40°C. Этот режим наиболее оптимальный, т.к. его достаточно для получения кальянного угля с высокими механическими и эксплуатационными характеристиками и минимальным количеством брака.

При транспортировке и перегрузке коробки с кальянным углем подвергаются механическим нагрузкам. Основное требование - продукт должен сохранять внешний вид и выдерживать нагрузки, исключающие его разрушение, при котором снижается его эффективность при использовании. Для обеспечения сопротивления продукта к механическим нагрузкам к нему предъявляются требования по механическим характеристикам, описанные в ГОСТ Р 57016-2016 «Брикеты каменноугольные для энергетических и коммунально-бытовых нужд. Технические требования», включая прочность формованного топлива после испытания сбрасыванием.

Испытания на сбрасывание проводили согласно методике ГОСТ 21289-75 «Брикеты угольные. Методы определения механической прочности», согласно которой предварительно взвешенное формованное топливо загружали в ящик с открывающимся дном и помещали его над металлической плитой на высоте 1,5 м. Открывая запирающие створки дна приспособления, сбрасывали формованное топливо на плиту. Собрав топливо с плиты, в том числе и отдельные куски, попавшие за борт плиты, снова загружают ящик и повторяют сбрасывание. Все образцы удовлетворяют требованиям ГОСТ 21289-75.

Следующим испытание была скорость розжига. Скорость розжига кальянного угля проверялась следующим образом. На предварительно разогретую до рабочей температуры плиту для розжига кальянного угля укладывали испытуемые образцы и засекали время электронным секундомером. На отметке в 5 минут каждый образец переворачивали на противоположную грань и продолжали греть до достижения отметки в 10 минут. После этого образцы обдувались и выкладывались на алюминиевый поддон на расстоянии не менее 50 мм друг от друга.

Все образцы достаточно разгорелись за отведенное время. Образцы, изготовленные с использованием мелкой фракции, разгорались несколько быстрее по сравнению с образцами из средней фракции. Также все испытуемые образцы сравнивались с эталонными.

Выделяемое тепло и стабильность формы после розжига.

Температуру поверхности кубиков кальянного угля определяли с помощью инфракрасного термометра-пирометра ADA TemPro 300 через 5 минут после выкладывания на алюминиевый поддон, а затем через 20 минут. При этом не происходило никакого раздува (при использовании кальяна уголь с каждой затяжкой обдувается потоками воздуха и благодаря этому разгорается сильнее).

Все испытываемые образцы показали жар, достаточный для использования в кальяне.

Что касается стабильности формы, здесь образцы с использованием мальтодекстрина в качестве связующего заметно уступают образцам с использованием тапиоки. На образцах с мальтодекстрином визуально обнаруживались трещины, а при дальнейшем горении разваливались на несколько частей.

Образцы с тапиокой в качестве связующего показали стабильную форму на протяжении всего времени горения. На них не появлялось трещин вне зависимости от размера фракции.

Также стоит учесть, что при использовании угля в кальянных кальянщики периодически стучат угольками о металлическую поверхность, чтобы сбить лишний пепел. И при таком подходе образцы с мальтодекстрином в качестве связующего просто разрушались, еще не попав в кальян к клиенту.

И последний критерий, по которому кальянщики оценивают уголь - наличие посторонних или едких запахов. Любой кальянный уголь выделяет дым и запах при розжиге (это допустимо), но не должен выделять запах и дым при непосредственном использовании, чтобы не испортить вкус и запах табака.

При розжиге все испытанные образцы выделяли некоторый запах, который проходил при достаточном разогреве уголька. При этом образцы с мальтодекстрином в качестве связующего в составе выделяли заметное количество едкого горького дыма. Образцы с тапиокой в составе выделяли более слабый запах, сравнимый по силе с эталонными образцами.

После проведения всех испытаний образцов были изготовлены партии кальянного угля из исследуемых вариантов сырья из нетрадиционной древесной биомассы. Эти партии была передана в лаундж-бары для практических испытаний продукта и получения отзывов об угле.

По результатам апробации получены следующие результаты.

Посторонние запахи. В процессе розжига был некоторый запах, что характерно для любого кальянного угля. После разогрева запах исчез. В процессе курения никаких посторонних запахов уголь не выделял и не портил вкус табака.

Температура и время горения. В процессе курения жар от угля смог в достаточной степени раскрыть вкус табака, а время его использования (более 1 часа) позволило использовать весь потенциал табака в кальяне.

Стабильность формы. На протяжении всего времени использования кубики кальянного угля сохраняли свою форму и не разваливались на части.

Зольность. По количеству золы замечаний не было.

Также, по отзывам кальянщиков, полученный уголь удовлетворяет требованиям кальянных заведений и превосходит по своим свойствам многие присутствующие на рынке марки кокосового угля.

Таким образом, полученный описанным способом кальянный уголь из древесной биомассы может быть востребованным на рынке.

На основании проведенных исследований и по отзывам пользователей можно сделать следующие выводы:

1. Предварительная очистка сырья незначительно улучшает некоторые характеристики кальянного угля (незначительное снижение зольности при значительном уменьшении выхода летучих). Но т.к. это дополнительный этап технологического процесса, требующий дополнительного оборудования и рабочей силы, то с целью удешевления технологии можно исключить этот этап.

2. Рекомендуемый режим пиролиза: нагрев и выдержка при 600°C в течение 60 минут с охлаждением в среде инертного газа без доступа кислорода для исключения воспламенения.

3. При измельчении угля размер фракции влияет в основном на формуемость изделий: чем больше фракция, тем сложнее сформовать, взвесить заготовку и поместить ее в пресс-форму. Однако измельчение до более мелкой фракции может потребовать более дорогого оборудования, но при этом существенно снизит процент брака. В свою очередь, работа со средней фракцией также может потребовать дополнительного технологического оснащения.

4. Для формирования кубиков кальянного угля правильной формы достаточно небольшого усилия прессования (3 МПа), обеспечиваемого большинством промышленных прессов для производства кальянного угля.

5. В качестве связующего рекомендуется использовать тапиоку в количестве 6 масс.%, т.к. образцы с таким составом показали наилучшие механические и эксплуатационные характеристики.

6. Сушку сформированных кубиков кальянного угля можно проводить при температуре 140°C при постепенном нагреве угля со скоростью не выше 7°C/мин, выдержке при этой температуре 60 минут и остывании с печью до ~70-80°C. Главное исключить шоковый нагрев и слишком быстрое остывание, т.к. это может привести к растрескиванию продукта.

7. В целом кальянный уголь из нетрадиционных вариантов древесной биомассы способен конкурировать с эталонным кокосовым углем как по выходу летучих веществ, так и по своим эксплуатационным качествам, в том числе теплотворной способности, не уступая по зольности.

Изобретение относится к области переработки отходов деревообработки, а именно к способам получения твердого древесного угля из биомассы, и может применяться для производства древесного угля для кальянов. Сначала древесную биомассу дробят и просеивают, затем подвергают термическому разложению нагревом до температуры 400-450°С и термическому катализу последующим нагревом до температуры 600°С и выдержкой при температуре термического катализа, после выдержки уголь охлаждают и измельчают до фракции от 0,5 до 1,2 мм. Измельченный уголь смешивают с тапиокой сухим смешиванием, после чего в полученную смесь добавляют воду при температуре 80-90°С при соотношении порошка угля, тапиоки и воды 51:43:6, затем полученную смесь формуют в брикеты и полученные брикеты закаливают при температуре 120-140°С при нагреве со скоростью не выше 7°C/мин и выдерживают при этой температуре 60 минут с последующим остыванием до температуры не выше 80°C с возможностью интенсификации процесса сушки и химического процесса затвердевания смеси угля и связующих. Изобретение позволяет производить кальянный уголь из древесной биомассы с низким выходом летучих веществ и высокими эксплуатационными свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства кальянного угля из древесной биомассы, характеризующийся дроблением и просеиванием биомассы, карбонизацией полученного сырья с получением угольного порошка, сухим перемешиванием со связующим веществом и добавлением воды, прессованием в брикеты, отличающийся тем, что подготовленное путем дробления и просеивания сырье из древесной биомассы подвергают термическому разложению нагревом до температуры 400-450°С и термическому катализу последующим нагревом до температуры 600°С и выдержкой при температуре термического катализа, после выдержки уголь охлаждают и измельчают до фракции от 0,5 до 1,2 мм, измельченный уголь смешивают с тапиокой сухим смешиванием, после чего в полученную смесь добавляют воду при температуре 80-90°С при соотношении порошка угля, тапиоки и воды 51:43:6, полученную смесь формуют в брикеты, полученные брикеты закаливают при температуре 120-140°С при нагреве со скоростью не выше 7°C/мин и выдерживают при этой температуре 60 минут с последующим остыванием до температуры не выше 80°C с возможностью интенсификации процесса сушки и химического процесса затвердевания смеси угля и связующего.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье после термического катализа охлаждают в течение одного часа в среде инертного газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь после смешивания со связующим и водой формуют в брикеты прессованием с усилие 3 МПа.