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木材碳化温度影响生物炭产量及对木焦油成分影响
 点击数:       添加日期:15-04-18

  碳化阶段温度可能是木炭生产中的决定性因素,即使要达成这一温度不是最难的一个。在碳化阶段应尽可能高效,因为木材生产生物炭与碳化产量及木醋液成分低会反射回来,会增加生产成本和出现资源浪费。

  木材由三个主要部分组成:纤维素、木质素和水。

  纤维素和木质素和其它一些材料紧密地结合在一起,我们称之为木材料。水是吸附在纤维素和木质素结构上的水分子。表面很干燥木材中多少仍吸附有大约12~18%的水分。新砍伐或刚切割的未干燥的木材,一般所含有的水分在40~65%的水含量。

  木材在碳化炉中碳化前是靠水蒸汽来驱动的。为使木材中的水分蒸发,需要消耗大量的热能量;因此,在碳化生物炭之前,应当尽可能的采用太阳能窑(这个文章笔者将在可在生能源栏目中发表)预干燥木材,这样才能极大地提高木材碳化效率。木材在碳化后剩余的水,必须在金属窑或土窑炉内蒸发,必须通过燃烧一些木材,提供这种水分汽化的热能量给木材本身;否则,木材将难被转换成可使用的生物炭。

  在土窑炉内碳化的第一个步骤是干燥木材,当土窑炉内温度上升到100℃后,木材内的含水量几乎为零。木材绝干后的温度才能再升温至约280℃。来自这个步骤的一些木材在金属窑或土窑炉中的部分燃烧的热能量,并且它是一个热能量吸收或吸热热解过程反应。

  当窑炉内木材被干燥并加热至280℃左右时,木材开始自发分解木焦油和不可冷凝的氢气体形式,并并在碳化烟气,如一氧化碳和二氧化碳中附加水蒸汽、甲醇、乙酸和更复杂的化学物质。空气进入碳化窑坑,允许一些被烧毁的木材和从这个空气中的氮也将秀逸在烟气体中。另外空气中的氧被消耗在燃烧的木材部分中。

  木材自发分解或碳化木材时,温度均需要上升至280℃条件下,木材方可在烟气中释放出能量,因而碳化木材的反应是放热的。这种自发破裂或碳化过程仍然继续,直到只剩下碳化残留物,我们称为生物炭(木炭)。除非提供进一步的外部热量,否则该过程将停止。这时碳化温度已上升至约400℃高温。但木材碳化出木炭后,仍然会含有相当量的木焦油状残余物和木灰。

  木炭中灰分占有的含量约为3%~5%,焦油状残余物重量约占30%,余量为约65~70%的固定炭。进一步加热固定炭含量增加,通过驱动和分解更多的木焦油。当温度为500℃的条件下,给出了一个典型的固定碳含量约85%和木醋液中挥发物含量约为10%左右。在此温度下的木炭产量约33%的重量,而绝干木材碳化 不计数的木材被烧毁炭化为灰。因此,木材加工生物炭的产率变化随温度碳化而受其影响,木醋液中挥发性木焦油状物质的含量的变化亦受碳化温度的影响。

  下表1显示了对产量和木炭的组合物,最终的碳化温度的影响。碳化温度对生物炭产量和木醋液成分影响:

  碳化温度 化学分析炭   基于绝干木材木炭产量

  ℃     固定炭% %挥发性木焦油 (0%水分)

  300     68      31     42

  500     86      13     33

  700     92      7     30

  碳化温度低,得到较高的生物炭产量,但木炭是粗品质,含有腐蚀性酸性焦油含量;而碳化温度高时,可得到精品质木炭,可用于烧烤食品加工业,可提供干净无烟的火焰。应该有一个良好的商业木炭固定碳含量75%左右,这要求碳化温度控制在500℃左右为准绳了。

  不同木材的碳化产量也有一定的变化。有实验数据表明,木材木质素含量对木炭产量有较大的影响。木质素含量高的木材碳化后给出了一个高产量体积。因此,加工生物碳时应首选木材紧密度和树龄越大的材质。紧密的木材也容易得到结构致密的木炭。然而,在碳化加工时,温度也会生物炭块粒性结构,因为木材碳化过程中,随着碳化温度的升高和固定碳含量的增加,挥发物含量下降

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