木醋液

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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

2020-11-02 09:03:55

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难的一个。在碳化阶段应尽可能效高,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百分之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百分之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,这样才能提高木材碳化效率。木材在碳化后剩余的水,在金属窑或土窑炉内蒸发,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。

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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百分之3~5,焦油状残余物重量约占百分之30,余量为约百分之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百分之85和木醋液中挥发物含量约为百分之10左右。在此温度下的木炭产量约百分之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。

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百分之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,挥发物含量下降而令木炭炭结构出现断裂层。尤其是当窑炉中温度处于450℃~495℃阶段,这个温度范围持续的越久,固定碳分子链结构断裂层的易碎性、脆性变化越大。

木材在碳化过程中存在许多热解变量,使得加工生物炭很难确定一个炉温范范。 一般使用高密度硬木材加工生物炭的,木材应尽可能干燥,进碳化炉前应当将木材分割至10厘米厚度的木片。木材碳化就是要产生热量,干出碳化温度升温其余,并通过木材热解上升温度达到500℃左右。单纯的采用中国土窑式烟道炉想达到高碳化效果是有些困难的,因为空气流通和冷 却效果是不规则的,在土窑炉内木材中有可能出现冷点空间。若想试图达成整体土窑温度为500℃,通常会导致部分木柴被烧过火化为木炭灰,也存在少部分木柴碳化未得到热解透彻。因此,正确操作使用精心设计的金属窑,才能木材碳化操作。

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