第三章木材熱解工藝木材熱解工藝學

第三章木材熱解工藝木材熱解工藝學第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要:一、熱解原料的預處理熱解原料的分類原料干燥的原因木材中水分存在的狀態(tài)干燥過程三時期干燥方法木材干燥設備二、木材干餾工藝車輛式干餾釜工藝內(nèi)熱立式干餾釜工藝明子干餾工藝三、木材炭化工藝炭窯、移動式炭化爐、果殼式炭化爐流態(tài)化爐、螺旋爐、回轉(zhuǎn)爐、第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四、木材氣化木材氣化過程與化學反應影響氣化反應速度的因素煤氣發(fā)生爐影響煤氣發(fā)生爐操作的主要因素氣化法處理廢材的工藝流程氣化產(chǎn)物的應用木材氣化行業(yè)取得的進展五、木材液化木材液化的目的及意義木材液化技術(shù)研究的現(xiàn)狀木材液化方法木材液化生成物的開發(fā)利用內(nèi)容提要:第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【1.原料的種類】薪炭林和次生林；森林撫育與采伐的剩余物；木材加工及建筑工業(yè)中的木質(zhì)廢棄物；農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的一些副產(chǎn)物；其他含碳廢棄物；【2.熱解原料的分類】原料形狀分：粒狀、片狀、塊狀、木椴等；原料樹種分：硬闊—水青岡、樺、麻櫟、苦櫧、榆、槭等；軟闊—楊、椴、柳等；針—馬尾松、紅松、云杉等；注：不同的材種干餾的產(chǎn)物得率不同。第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【2.熱解原料的分類】不同的原料（材種）干餾的產(chǎn)物得率不同：產(chǎn)物名稱得率醋酸、甲醇硬闊葉材比針葉材高一倍木炭硬闊葉材比針葉材低另：干餾硬闊葉材時，醋酸得率最高，軟闊葉材次之，針葉材最少，所以，以生產(chǎn)醋酸為主的木材干餾原料主要使用樺木和水青岡；針葉材常用來生產(chǎn)松木炭，用于制造活性炭。第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【3.原料干燥的原因】含水率，影響生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本（時間、燃料消耗、產(chǎn)品質(zhì)量）。則熱解時間長，熱量消耗大，液體產(chǎn)物濃度低而不利于進一步加工利用。含水率大則熱解過程放熱反應激烈，熱解速度太快，會導致產(chǎn)品木炭開裂。含水率小故：需要確定合適的含水率。第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理合適含水率的確定：熱解設備內(nèi)熱立式干餾釜外熱式干餾釜相對含水率的要求：15%-25%相對含水率的要求：10%-20%木材名稱相對含水率新砍伐的木材40%-50%水運或貯存在水中的木材大于70%大氣中長期存放的木材小于30%水解木質(zhì)素、糖醛渣、栲膠渣等大于60%注：在大多數(shù)情況下，含水率大的原料不能直接用于熱分解，需要進行干燥處理，以滿足工藝上對原料含水率的要求。第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【4.木材中水分存在的狀態(tài)】自由水:存在于大毛細管系統(tǒng)中的水分，與細胞壁之間的親合力比較小，容易蒸發(fā)除去，稱作自由水或游離水、毛細管水。吸著水：存在于微毛細管系統(tǒng)中的水分，通過與氫鍵等作用，與細胞壁之間形成較大的親合力，難以蒸發(fā)除去，稱作吸著水或膠體水、結(jié)合水。纖維飽和點：特殊的含水率。一、熱解原料的預處理第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【5.干燥方法】干燥：在干燥介質(zhì)作用下，使水分蒸發(fā)除去而降低物料含水率的過程。干燥速度：表示在單位時間內(nèi)從木材中干燥除去的水分的數(shù)量。平衡含水率：當周圍介質(zhì)固定不變，木材在該介質(zhì)中存放一定時間后，含水率不再變化而成為定值，此定值稱作在該種介質(zhì)條件下（溫度、濕度）的木材平衡含水率。一、熱解原料的預處理木材的性質(zhì)：樹種、含水率；干燥介質(zhì)的性質(zhì)：溫度、濕度、流速；干燥方法：自然干燥、人工干燥；干燥設備影響干燥速度的因素第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【5.干燥方法】自然干燥:原料在大氣中晾曬，利用太陽能蒸發(fā)原料中的水分。此時，空氣中的溫度、濕度及流動速度對于干燥速度起決定作用。溫度高，濕度小、風速大的天氣有利于干燥的進行。不需要干燥設備，操作簡單、易于實施，不消耗能源，干燥成本低。受天候影響大，干燥強度小，時間長，占用場地面積大，勞動強度大。缺點故：該法僅適用于中小型工廠使用。優(yōu)點第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【5.干燥方法】人工干燥:原料在各種設備中用特定的干燥介質(zhì)進行干燥。不受氣候的影響，干燥速度快、干燥程度易于控制，占地面積小。要有專門的干燥設備并需要消耗能源，投資大。缺點故：該法適用于大中型工廠使用。優(yōu)點干燥介質(zhì)：空氣、熱空氣、過熱水蒸氣、熱煙道氣等。第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【6.干燥過程】木材干燥速度與含水率的關(guān)系圖：圖3-1-1體現(xiàn)平衡含水率與干燥介質(zhì)空氣的溫度、相對濕度的關(guān)系：圖3-1-1木材的平衡含水率與空氣溫度及相對濕度的關(guān)系同一濕度下,干燥介質(zhì)溫度越高,則平衡含水率越小;同一相對溫度下，濕度小則平衡含水率越小;載熱體溫度越高，相對濕度越低，則平衡含水率越低；提高介質(zhì)溫度，降低介質(zhì)的濕度，都有助于木材的干燥。第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【6.干燥過程】木材的干燥速度與時間的關(guān)系:圖3-1-2階段特點ab部分干燥過程開始時，木塊的含水率較大，干燥速度是很快的，自由水以固定不變的速度從木塊中排除；bc部分自由水從第一臨界點開始，自由水的排除速度大約按照bc部分直線的規(guī)律降低；cd部分第二臨界點c起，開始排除吸著水，干燥速度按照曲線cd降低，最后達到平衡。圖3-1-2木材的干燥速度與時間的關(guān)系第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理【6.干燥過程】干燥過程三個時期化分依據(jù)：干燥速度變化的特點。時期特點恒速干燥時期恒速，蒸發(fā)自由水，木塊表面有完整的水膜；干燥的中間時期干燥速度直線下降，蒸發(fā)自由水，木塊表面水膜的完整性遭到破壞直至消失，木塊表面變干；內(nèi)部擴散作用時期干燥速度是曲線下隆直至為零，達到平衡，蒸發(fā)吸著水；注：木材具有干縮濕脹的特性，在內(nèi)部擴散作用時期，因其內(nèi)部潮濕而表面干燥易開裂而降低質(zhì)量。應謹慎操作，防止開裂，如采用干燥介質(zhì)與木材逆流接觸的方案。第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱解原料的預處理隧道式干燥窯立式干燥器回轉(zhuǎn)式干燥器（回轉(zhuǎn)爐）氣流式干燥器干燥木椴木塊木片、果殼、木屑等散粒狀物體木屑【7.木材干燥設備】原料性質(zhì)不同，熱解工業(yè)采用不同的干燥設備。第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月木材干餾工藝包括：木材干燥、木材干餾、蒸汽氣體混合物的冷凝冷卻、木炭冷卻和供熱系統(tǒng)五部分?！拒囕v式干餾釜工藝】干餾流程見圖3-13物料流程：裝料-干餾-卸料-冷卻-裝料二、木材干餾工藝第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月干餾：密封釜門，即可開始干餾；卸料：打開釜蓋，鉤住料車，開動紋盤機，將料車拉入木炭冷卻器中；冷卻：關(guān)閉冷卻器門，在其上部灑水冷卻；

續(xù)裝料：當干餾釜卸出料車后，即可將裝好干餾材的另外的炭車推入釜中。干餾物料流程裝料【車輛式干餾釜】第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月塔板式焦油分離器旋風分離器羅茨鼓風機把不凝性氣體送入爐內(nèi)燃燒高沸點焦油霧滴干餾氣體流程洗滌塔干餾生成的蒸汽氣體混合物保證風機不受腐蝕進一步分離高沸點焦油霧滴【車輛式干餾釜】第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月干餾釜操作三個時期:最初的2-3h主要蒸發(fā)水分，這時的氣體可通過排空管排入大氣中，當木醋液由淡黃色變成淺褐色并混有焦油液滴時，使蒸汽氣體與冷凝系統(tǒng)接通，并開動鼓風機。當蒸氣氣體出口溫度達200-230℃時，可減少加熱用燃料或者完全不加燃料，主要靠燃燒干餾氣體。當出口蒸汽氣體溫度在300℃時，蒸汽氣體的發(fā)熱量逐漸減少，此時要添加燃料以保持出口溫度不急劇下降。二、木材干餾工藝【車輛式干餾釜】木醋液第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月車輛式干餾釜的特點:趁熱裝卸料，可以減少熱損失，大大縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)能力。由于采用了料車和單獨的木炭冷卻器，干餾釜和爐子一直保持較高的溫度，熱量的利用率提高了；由于木材與釜壁之間有一定間隙，木材主要靠赤熱釜壁的輻射熱，燃料的消耗仍然比較高；整個干餾釜的容積利用率仍不高，只能達到70%左右。二、木材干餾工藝第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【內(nèi)熱立式干餾釜】工藝流程見圖3-15二、木材干餾工藝第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【內(nèi)熱立式干餾釜】干餾過程：用不凝性氣體燃燒產(chǎn)生的熱煙氣作為載熱體，在開工初期或干餾釜內(nèi)產(chǎn)生的不凝性氣體量不足時，可燃燒煤氣或添加重油。隨著炭化進程，木材不斷下移，干餾釜的下部送入冷的不凝性氣體，用以冷卻木炭，可回收部分熱量，木炭經(jīng)卸料閥門卸入提升機的料斗中，送入木炭庫，冷卻木炭后的熱氣體經(jīng)風機引出送往燃燒爐，多余的氣體送鍋爐車間。二、木材干餾工藝第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【內(nèi)熱立式干餾釜】干餾過程：③干餾所產(chǎn)生的蒸汽氣體混合物與載熱體一起，從頂部出口管引出，在通過木材干燥區(qū)時，由于蒸發(fā)水分消耗許多熱量，出口處蒸汽氣體混合物的溫度只有125℃

左右，這些氣體首先進入前冷凝器，然后進入串聯(lián)的冷凝冷卻器，分離出的木醋液收集在木醋液貯槽中，不凝性氣體由風機送入泡沫吸收器，在進入泡沫吸收器之前經(jīng)霧滴吸收室回收氣體中夾帶的液滴，在泡沫吸收器中用水吸收甲醇等低沸點組分，這時候的氣體已冷卻至20-30℃

，再經(jīng)風機送往冷卻木炭用，使木炭冷卻到40-60℃。二、木材干餾工藝第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【內(nèi)熱立式干餾釜】溫度歸程：底部：20-50℃；第二錐形漏斗處：130-230℃；木炭煅燒區(qū)：500-550℃；炭化區(qū)：280-450℃；木材干燥區(qū)：200-280℃;蒸汽氣體混合物從干餾釜排出時：110-170℃。二、木材干餾工藝第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【內(nèi)熱立式干餾釜】影響操作的因素：木材含水率（影響最大）；木塊大??；加料速度；載熱體溫度和數(shù)量；蒸汽氣體混合物的出口溫度與壓力等；二、木材干餾工藝第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影響最大的操作因素：木材含水率木材含水率增加時，由于木材帶進干餾釜中的水分增加，蒸發(fā)水分所需要的熱量也增大。二、木材干餾工藝【內(nèi)熱立式干餾釜】若載熱體的溫度保持不變則必須增加載熱體的數(shù)量或減少加料量維持干餾釜的正常運轉(zhuǎn)對于每立方米木材來說，載熱體的數(shù)量實際上就是增加了，這就使循環(huán)氣體中可凝性蒸汽（水分、有機物）的含量減少，露點降低，蒸汽冷凝就比較困難。第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影響最大的操作因素：木材含水率木材含水率增加時，由于木材帶進干餾釜中的水分增加，蒸發(fā)水分所需要的熱量也增大。二、木材干餾工藝【內(nèi)熱立式干餾釜】此外在這種情況下，就必須補充一定數(shù)量的發(fā)生爐煤氣。木材含水率越高：循環(huán)氣體中木煤氣所占的比例就越低，其發(fā)熱量就越低以至循環(huán)氣體燃燒時達不到要求的操作溫度。故：為了保證熱量自身循環(huán)，木材的含水率最好保持在15%以下。第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)熱立式干餾釜特點：所得木炭強度高，且每立方米炭化室每小時炭化木材量為車輛式干餾釜的6—9倍；正常操作時不需燃料；工作條件好，可實現(xiàn)機械化和自動化；冷凝困難。二、木材干餾工藝第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【明子干餾釜工藝】明子分類:分類依據(jù)名稱特征木材的部位根株明子樹干明子等木材中樹脂含量的高低肥明子樹脂含量>21%中等明子樹脂含量16-21%瘦明子樹脂含量<16%木材中含水率的不同干明子含水率<20%半干明子含水率20-25%濕明子含水率>25%二、木材干餾工藝注：生產(chǎn)中應盡量選用含水率低樹脂含量高的明子。即含水率低的肥明子是明子干餾的優(yōu)質(zhì)原料。第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、木材干餾工藝【明子干餾釜工藝】明子干餾過程第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【明子干餾釜工藝】流程圖見3-2-8二、木材干餾工藝目的：制取松焦油、松木炭、松節(jié)油、松油、木醋液；第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月混合原油加工及松焦油生產(chǎn)混合原油工的原理流程:圖3-2-9二、木材干餾工藝第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月混合原油加工及松焦油生產(chǎn)混合原油加工藝流程圖3-21二、木材干餾工藝第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、木材炭化木材炭化：在有限地供給少量空氣的條件下，在炭化裝置中使林產(chǎn)植物原料熱分解，以制取木炭的操作?！咎炕a(chǎn)物】主要是木炭，有時也可根據(jù)需要收集少量的液體產(chǎn)品?！咎炕O備—1炭窯】原料與產(chǎn)品運輸方便，靠近水源，寬闊平地，土壤堅實。薪材直立，質(zhì)好材在I區(qū)，中等材在Ⅱ區(qū)，質(zhì)差材在前Ⅲ區(qū)，細端向下，粗端向上，材堆中心略高于四周成拱形。裝料：窯址的選擇:筑窯：圖3-2-4，炭窯結(jié)構(gòu)之一第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、木材炭化【炭化設備—1炭窯】燒炭觀察現(xiàn)象：卸炭：煙氣由灰白色轉(zhuǎn)變成黃色，最后變成青煙。窯外熄火法—趁熱從窯內(nèi)扒出，用濕沙土熄火，得白炭。窯內(nèi)熄火法—木炭在窯體內(nèi)自然冷卻，得黑炭。適于木椴，得率18-22%；結(jié)構(gòu)簡單、易于建造，不受地理條件限制；生產(chǎn)的木炭質(zhì)量好；但建造時勞動強度大，建筑后無法搬遷；生產(chǎn)周期長3-5天。炭窯特點：第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、木材炭化【炭化設備—2移動式炭化爐】組成部分：構(gòu)造：裝料：圖3-2-5，圓臺狀，分為上、下兩段或上、中、下三段。大頭向上，大徑級及含水率較高的木椴在爐體中央。燒炭爐體、爐頂蓋、爐柵、點火通風架、煙囪；觀察現(xiàn)象：通風口出現(xiàn)火焰，煙囪口冒青煙，煙囪內(nèi)嗡嗡作響；移動式炭化爐特點：適于木椴，得率15-20%；建造后可以搬遷；生產(chǎn)周期短24h。生產(chǎn)的木炭質(zhì)量好；但結(jié)構(gòu)復雜、成本高；第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、木材炭化【炭化設備—3果殼炭化爐】風選加料槽卸料器原料除去沙石、土塊炭化槽（預熱段、炭化段、冷卻段）產(chǎn)品操作方便，勞動強度小；適于果殼類原料，如椰子殼、杏核殼、核桃殼、橄欖核等。燃燒炭化時產(chǎn)生的混合天體，不僅避免了蒸汽氣體污染大氣，還保證炭化時必需的熱量，正常操作時不需要外加燃料。果殼炭化爐特點：第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、木材炭化【炭化設備—4流態(tài)化爐】【炭化設備—5螺旋爐】【炭化設備—6回轉(zhuǎn)爐】聯(lián)系:區(qū)別:反應條件不同；設備不同；得到的產(chǎn)品不同。都是木材熱解的基本內(nèi)容，是木材熱解的兩種方法；都能制取木炭；熱解過程中部分熱源來自本身。Q：木材炭化與干餾的聯(lián)系與區(qū)別？第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四、木炭性質(zhì)【木炭的質(zhì)量標準】五大標準：LY217-80，表3-2-14。該標準適用于東北地區(qū)生產(chǎn)的工業(yè)用木炭，主要用于結(jié)晶硅、二硫化碳、活性炭、有色金屬冶煉及合金等工業(yè)。硬闊木炭：指由硬闊葉材及樺木的混合木材燒制的炭。闊葉木炭：指由硬、軟闊葉的混合材燒制的炭。松木炭：指由松木或針葉材燒制成的炭。木炭的質(zhì)量標準：根據(jù)材種不同木炭可分為三種：水分、灰分、固定碳、顆粒度、雜質(zhì)含量。第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月由表3-2-16炭化溫度對木炭元素組成的影響得：【木炭的元素組成】木炭含有的元素有：C、O、H、N等。四、木炭性質(zhì)在相同的熱解最終溫度條件下，樺木炭和松木炭的元素組成相差不大；隨著炭化最終溫度的升高，木炭中碳元素的含量增加，氫和氧的含量降低；木炭的得率降低。木炭的元素組成和產(chǎn)量隨炭化最終溫度而定，與材種無關(guān)。第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)]發(fā)分含量及組成主要取決于炭化溫度；溫度提高揮發(fā)分含量降低；300-700℃，隨著炭化溫度的，CO、CO2、CH4含量，H2含量，只當燒制溫度小于450℃時才有C2H4放出。隨著炭化溫度的，木炭的發(fā)熱量也，氣體的發(fā)熱量，木醋液的發(fā)熱量無顯著的變化規(guī)律?！灸咎康膿]發(fā)分】木炭在高溫下煅燒時放出CO、CO2、H2、CH4和其他碳氫化合物等不凝性氣態(tài)產(chǎn)物統(tǒng)稱為木炭的揮發(fā)分。四、木炭性質(zhì)由表3-2-18，得提高降低增加提高提高降低第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的固定碳】木炭的固定碳是一個假定的概念，它代表在高溫缺氧條件下煅燒木炭時，木炭中保留的不含灰分的物質(zhì)。四、木炭性質(zhì)固定碳含量不等于元素碳含量。固定碳含量越大，碳元素含量也越多。木炭中固定碳含量隨著炭化最終溫度的上升而增加。因為在測定固定碳含量的溫度條件下，木炭中除了灰分以外，還存在少量的氧和氫。注：第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月木炭在空氣中完全燃燒后，剩下的灰白色至淡紅色固體殘留物質(zhì)是灰分，又稱作灼燒殘渣或強熱殘分。四、木炭性質(zhì)多種金屬氧化物和鹽類這些無機物質(zhì)在灰分中的存在狀態(tài)，不一定能反映它們在木炭及木材中的原始狀態(tài)源自木材中的無機成分因為：高溫灼燒會導致化學變化?；曳值慕M成：表3-2-19，得：不同部位木材燒制的灰分含量不同；樹皮含灰量比木材高。表3-2-20，得：闊葉材燒制的木炭灰分含量比針葉材高。第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的機械強度】木炭的機械強度：表示木炭對壓碎和磨損的抵抗能力，這對木炭的轉(zhuǎn)裝、運輸及在冶金工業(yè)應用上都有很大的意義。四、木炭性質(zhì)木炭的機械強度隨樹種而異；木炭的機械強度受炭化最終溫度和時間的影響；木炭的機械強度受材質(zhì)纖維方向的影響。由表3-2-21，得：樺木炭的耐壓強度大于松木炭（闊>針）；400℃燒制的木炭耐壓強度最??；炭化時間長、升溫速度緩慢能提高木炭的耐壓強度；耐壓強度沿纖維方向的縱向最大、徑向次之、弦向最小。第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的密度、真密度及孔隙率】木炭的真密度：表示扣除孔隙體積以后無孔木炭的密度。四、木炭性質(zhì)木炭的孔隙率：指木炭中孔隙體積占總體積的百分率。它表示木炭中孔隙的發(fā)達程度。木炭的真密度木炭的密度：木炭的孔隙率：式中：：密度；：真密度；：孔隙體積。：總體積；表3-2-23，得：隨炭化最終溫度的增加，真密度在提高，孔隙率也在提高，即孔隙越發(fā)達。第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月木炭的導電性隨炭化溫度的升高而增大，但溫度高于800℃后，導電性的增長速度減慢?！灸咎康陌l(fā)熱量、導熱系數(shù)及熱容】木炭的發(fā)熱量：隨著炭化最終溫度的提高，木炭中碳含量增加，最高發(fā)熱量也隨之增大。（碳元素含量高的發(fā)熱量大）木炭的導熱系數(shù)：具有方向性，縱向的比橫向的大，其數(shù)值隨著樹種及炭化的最終溫度而異。木炭的熱容：隨溫度的升高而增加?！灸咎康姆磻芰Α磕咎康姆磻芰Γ菏軜浞N的的影響很大，并隨著反應溫度的升高而增加。四、木炭性質(zhì)【木炭的導電能力】表3-2-27，得：是由于木炭中揮發(fā)分幾乎被完全分出的緣故。第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的自燃及預防】木炭的自燃的原因：木炭自動氧化并伴隨著木炭溫度的升高而導制木炭的自燃。四、木炭性質(zhì)木炭孔隙比較發(fā)達（孔隙率一般在70%以上），比表面積達200-300m2/g，具有較強的吸附能力。木炭吸附空氣中的氧氣時放出吸附熱，致使其溫度升高，達到其著火點時便發(fā)生自燃。尤其是剛離開炭化裝置的木炭更易于著火自燃。第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月腐朽材木炭孔隙較大，為更多的氧在單位時間內(nèi)進入木炭表面創(chuàng)造了條件，使單位重量木炭放出的熱量增加；腐朽材木炭的機械強度低，容易磨碎，生成許多碎塊和炭粉，很易堆實而難以散熱；腐朽材木炭有較高的灰分并具有更多的灰分而具有更大同氧作用的活性。四、木炭性質(zhì)【木炭的自燃及預防】另：腐朽材燒制的木炭比一般木炭更易自燃。腐朽材木炭木炭易發(fā)生燃燒。第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的自燃及預防】預防自燃的措施：在木炭生產(chǎn)中，①應嚴格限制使用腐朽材，使用腐朽材的量不能超過一定的程度（<5%）；②力求原料木材的大小及含水率均勻一致，避免有大塊的、不均勻木椴，應按工藝規(guī)程使木材均勻干燥，熱解完全，以保證生產(chǎn)出質(zhì)量均勻的木炭；四、木炭性質(zhì)第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木炭的自燃及預防】預防自燃的措施：在木炭生產(chǎn)中，③炭化時應保證達到工藝規(guī)定的炭化最終溫度，以減少揮發(fā)分的含量，提高木炭的著火溫度；④木炭進庫前要篩去粉木炭，堆放在通風、遮雨、無直射陽光的場所，不宜堆得太大，必須遠離火種等；

⑤含水率較高的木炭不要放進木炭倉庫，因為木炭中吸附的水分會加快氧化過程的進行。四、木炭性質(zhì)第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化

木材氣化：在高溫下利用氧氣或其他含氧氣體作氣化劑，使固體狀態(tài)的林產(chǎn)植物原料轉(zhuǎn)化成可燃性氣體的熱化學過程。氣化的意義：是木材熱解的另一個重要方面,是綜合利用木材廢料、森林采伐剩余物和其他有機物的有效方法?？扇夹詺怏w比一般固體燃料的優(yōu)越性：燃燒過程易于調(diào)節(jié)；燃料完全；火焰溫度高；沒有灰渣；易輸送等。

二戰(zhàn)中，蘇聯(lián)曾用木材氣化產(chǎn)生的煤氣用于冶金、交通運輸；德國曾有大量的木材氣化裝置用于生產(chǎn)煤氣。

70年代后，發(fā)生世界能源危機，用木材廢料氣化生產(chǎn)木煤氣取代液體燃料是開發(fā)新能源的一種有郊途徑。第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【木材氣化過程】實現(xiàn)木材氣化過程的設備稱為煤氣發(fā)生爐（圖3-3-1），按高度大致分為3個區(qū)：木材干燥區(qū)、木材炭化區(qū)（干餾區(qū)）和木材氣化區(qū)。在其中發(fā)生的氣化反應是含氧氣化劑在高溫下與固體含碳材料的反應。圖3-3-1上吸式煤氣發(fā)生爐1爐柵（風嘴）2進風管3煤氣出口4加料裝置從爐頂加入煤氣發(fā)后爐，逐漸下降經(jīng)過干燥、炭化、氣化三個主要過程，最后變成灰渣由發(fā)生爐底部排出；由發(fā)生爐下部進風管的風嘴導入，通過燃燒層由上部的煤氣出口導出，整個過程連續(xù)進行。木材原料流程氣化劑流程（如空氣）第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【木材氣化反應】常用的氣化劑有:空氣、水蒸汽及它們的混合物。1.空氣的氣化反應：在高溫下，空氣中的氧氣與碳反應生成CO2和CO并放出熱量，CO2與熾熱的木炭發(fā)生反應生成CO。2.水蒸氣的氣化反應：在750℃以上的高溫下，水蒸氣與碳反應生成CO2、CO和H2，吸熱反應。3.空氣和水蒸氣的氣化反應：上述氣化反應在氣化區(qū)中都存在。第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【氣化反應歷程】3個步驟：氣化劑穿過固體炭化物表面的氣膜擴散到炭化物表面；氣化劑在炭化物表面發(fā)生氣化反應；氣化反應產(chǎn)物穿過固體炭化物表面的氣膜擴散出來?！居绊憵饣磻俣鹊囊蛩亍磕静臍饣磻乃俣热Q于：木炭與氣化劑的化學反應速度；氣化劑及氣化產(chǎn)物穿過固體炭化物表面氣膜的擴散速度。五、木材氣化木炭具有很高的反應能力，氣化反應速度主要取決于氣化劑及氣化產(chǎn)物穿過固體炭化物表面氣膜的擴散速度。Q：怎樣提高氣化反應速度？P407第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【氣化設備】分類依據(jù)名稱氣化劑種類空氣煤氣發(fā)生爐水煤氣發(fā)生爐混合水煤氣發(fā)生爐氣化劑與物料接觸方式固定床水煤氣發(fā)生爐（根據(jù)氣化劑進口與煤氣出口相對位置的不同劃分為上吸式、平吸式和下吸式）沸騰床水煤氣發(fā)生爐輸送床水煤氣發(fā)生爐第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【氣化設備】上吸式煤氣發(fā)生爐1爐柵（風嘴）2進風管3煤氣出口4加料裝置機械化排灰工業(yè)氣化爐1爐腔2排灰轉(zhuǎn)盤3中央風管的爐柵4旁風管風嘴5木片進料裝置6煤氣引出管第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月機械化排灰工業(yè)氣化爐兩大特點：【氣化設備】意義：采用這種結(jié)構(gòu)的鼓風方法可保證整個氣化爐截面均勻鼓風，避免局部鼓風造成原料架拱而形成空間在下降時產(chǎn)生突然的沖擊。中央風嘴鼓風旁風管風嘴鼓風正常操作時，旁風管鼓入的風量占全部風量的80-90%，而中央風嘴鼓風只占10-20%發(fā)生爐上部爐腔擴大:這種結(jié)構(gòu)可以降低煤氣離開原料時的速度,減少煤氣夾帶細小的木屑進入煤氣管道.注:若煤氣量大時,可在頂蓋安裝兩個引出管。送風、鼓風：第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【影響煤氣發(fā)生爐操作的主要因素】原料木塊的大小木材的含水率原料樹種氣化劑的種類氣化劑的用量溫度影響生產(chǎn)能力影響氣化反應速度影響煤氣的組成及發(fā)熱量第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【氣化法處理廢材的工藝流程】捕塵-水封冷凝冷卻器原料切片干燥離心式焦油分離器氣化木煤氣凈化鍋爐房內(nèi)燃機（燃料）煤氣霧滴捕集器物木焦油第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月五、木材氣化【木材氣化產(chǎn)物】氣化產(chǎn)物：煤氣（成分有CO、CO2、H2、CnH2n等）；液體產(chǎn)品：揮發(fā)酸，焦油，甲醇，反應水，酯類等；應用：用作燃料等?！灸静臍饣袠I(yè)取得的進展】由常壓氣化發(fā)展為加壓氣化；由使用空氣、水蒸汽及蒸汽—空氣氣化劑發(fā)展為使用O2作氣化劑；煤氣的發(fā)熱量由6255~7089kj/m3提高到20016~21267kj/m3；由富集H2、CO的煤氣進一步合成CH4，使煤氣的發(fā)熱量提高到37530kj/m3；用氧氣氣化劑生產(chǎn)的煤氣還可合成甲醇。第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月六、木材液化木材液化目的：最大限度地將木材中的活性基團轉(zhuǎn)化為液態(tài)的有機物質(zhì)加以利用。液化產(chǎn)物及其應用：液化燃油——便于運輸、且緩解人類面臨的能源危機的壓力。制造物美價廉且具有生物降解性能的新型復合材料。如可用于制造膠粘劑、三維固化制模材料，泡沫塑料、聚氨脂薄膜、纖維和碳纖維等。第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【開展木材液化研究的意義】木材液化是木材綜合利用的有效途徑。擴展了木材資源的利用和回收領(lǐng)域。六、木材液化木材中含有大量的活性基團將木材轉(zhuǎn)化為類似液體的黏稠狀液體制造膠粘劑、聚氨酯泡沫塑料、纖維和碳纖維等新的高分子物質(zhì)液化反應熱化學過程具有生物降解性能的高分子物質(zhì)，大大的擴展了木材資源的利用和回收領(lǐng)域，具有越來越廣泛的應用前景。第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月六、木材液化【木材液化技術(shù)研究的現(xiàn)狀】研究領(lǐng)域：液化方法的探討；液化過程木材主要成分的化學結(jié)構(gòu)變化；機理分析；液化產(chǎn)物多方位利用等；

研究時代：我國對木材液化的研究起步較晚，始于20世紀70年代；研究單位：有中國林業(yè)科學研究院和北京林業(yè)大學等；研究領(lǐng)域：采用苯酚或多元醇為液化劑，先后對木材、樹皮和竹材等生物質(zhì)材料進行了液化效率、最佳液化工藝參數(shù)、液化物的分子量分布及分子結(jié)構(gòu)的確定、液化機理研究、液化產(chǎn)物利用等。第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月【木材液化方法】高溫高壓法六、木材液化1925年，F(xiàn)ierz等人，液化條件模擬煤的液化過程，直接將木粉進行液化，制備出液體燃料。1971年，Appell等人研究結(jié)果：液化油40-50%CO（還原性氣體）、Na2CO3水溶液（催化劑）木屑35目28MPa，350-400℃組成元素C:76.1%，H:7.3%，O:16.6%，相對密度為1.10g/cm3，發(fā)熱量31300kj/kg第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Yokoyama等人在沒有還原性氣體H2和CO存在的情況下的研究結(jié)果：【木材液化方法】高溫高壓法六、木材液化燃油Na2CO3水溶液（催化劑）木屑10MPa，300℃特點：高溫高壓法液化是木材中的化學成分在高壓下的熱化學過程，能量消耗大，所需設備耐壓要求高，液化產(chǎn)品的得率并不高，因其初始目的和過程與燃料相關(guān)，又被稱為木材的燃油化。第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月木材的熱可塑性得到改善，增強了在有機溶劑中的溶解性溶劑分解法原料化學處理醚化酯化氰乙基化液化劑(多羥基醇、二酚基丙烷)常壓，120-180℃氯化氯化氰乙基化木材液態(tài)高分子材料多羥基醇：1,6-己二醇；1,4-丁二醇；1,2-乙二醇；1,2,3-丙三醇二酚基丙烷：2,2-雙酚A。制造聚氨酯樹脂、或聚氨酯泡沫常壓，120-180℃液化劑粒度為0.5-0.6um并可均勻分散在水中的乳液制膜材料（最低成膜溫度隨著塑化劑的增加而降低，可從95℃直至室溫）【木材液化方法】第67頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月催化劑法采用酸性催化劑，如鹽酸、硫酸等強酸，磷酸、草酸等弱酸，可使木材的液化過程在較緩和的條件下完成，反應進行得較徹底，殘渣少。注：采用不同的酸，得到產(chǎn)物的性能各異。Alma等人在研究結(jié)果：液體產(chǎn)物36.5%HCl（催化劑）木粉苯酚（液化劑）模型澆注的材料該材料的靜曲強度、彈性模量、吸水率、厚度膨脹率和表觀溶解系數(shù)等，隨液化后結(jié)合酚的不同存在差異，當結(jié)合酚量大時，產(chǎn)品的性能可與酚醛樹脂相媲美，且具有更優(yōu)良的生物降解性能。結(jié)合酚:液化時與木材反應的苯酚量.【木材液化方法】第68頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月催化劑法

姚耀廣等人的研究結(jié)果：液體產(chǎn)物常壓，150℃，硫酸（催化劑）木粉+谷物聚乙二醇與甘油的混合液（液化劑）對液體產(chǎn)物的流動性等諸多性質(zhì)進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)這些弱酸存在時的液化產(chǎn)物與在硫酸催化劑條件下的苯酚液化生成物相比，在很多方面不同，前者具有較低的結(jié)合酚量，而且保留了與原始天然木材化學結(jié)構(gòu)近似的特點?！灸静囊夯椒ā苛痔m珍等人的研究結(jié)果：液體產(chǎn)物磷酸、草酸（催化劑）木粉苯酚（液化劑）殘渣率僅為4%，說明硫酸在液化中作用是十分明顯的。第69頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月無催化劑法：即在沒有催化劑存在的條件下，木材中的主要化學成分（如纖維素）也可以在高溫下實現(xiàn)液化?！灸静囊夯椒ā糠蚴肋M、白石信夫等