文档介绍：活性炭的生产工艺
木质材料炭化过程发生什么变化?
木材、木屑、树根、果核和果壳等木质材料的炭化,是把它放在炭化设备内加热,进行热分解。在热解过程,发生一系列复杂化学反应,产生很多新生产物,木质材料发生了变化。
根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征,炭化过程大体上可分为如下四个阶段。
1. 干燥阶段
这个阶段的温度在20—150摄氏度,热解速度非常缓慢,主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发,木质材料的化学组成几乎没有变化。
2. 预炭化阶段
这个阶段的温度为50—275摄氏度,木质材料热分解反应比较明显,木质材料化学组成开始发生变化,其中不稳定的组分,如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升,所以又称为吸热分解阶段。
3. 炭化阶段
这个阶段的温度为75—400摄氏度,在这个阶段中,木质材料急剧地进行热分解,生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油,生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少,而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热,所以又称为放热反应阶段。
4. 煅烧阶段
温度上升450—500摄氏度,这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧,排出残留在木炭中的挥发性物质,提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。
应当指出,实际上这四个阶段的界限难以明确划分,由于炭化设备各个部位受热量不同,木质材料的导热系数又较小,因此,设备内木质材料所处的位置不同,甚至大块木材的内部和外部,也可能处于不同热解阶段。
炭化对原料的要求
炭化的原料很多,薪材、森林采伐剩余物、森林抚育时消除的杂木、木材加工厂的剩余物,如木屑等都可以进行炭化。除木屑为粒状,需采用特殊炭化炉炭化外,其他原料多以木段为主,都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。
炭化原料树种可分为三类:第一类为硬阔叶材,如水青冈、麻栎、苦槠、榆等;第二类为软阔叶材,如杨、柳、椴等;第三类为针叶材,如马尾松、南亚松、湿地松等。要生产出高质量的木炭,以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用,炭化原料应选用硬阔叶材,而针叶材常用来生产松木炭,用于制造活性炭。
炭化材最好大小均匀,一般要求直径不大于0厘米,若直径太大,应把它劈开,劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定,若大材不劈开,因木材的导热性差,炭化时产生的气体混合物,由木材内部通向外部,所需通过的路径很长,炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。
供炭化的薪材多属萌芽林,故最好在秋冬季采伐,此时,树木处于休眠阶段,树液停止流动,根部贮存物质,不受损害,利于来年萌芽更新;而且秋季天气晴朗,相对湿度小,木材含水量低,伐下的薪材易干燥,可缩短炭化时间,减少燃料消耗,生产的木炭裂缝少,质量高。
此外,腐朽木、病害枯死的木的木材,均不宜作炭化原料,因为腐朽木材炭化时,木炭疏松、易碎和容易自燃,大大降低木炭质量。
怎样进行筑窑烧炭?
炭窑修筑前,都要进行窑址选择,对窑址有如下要求:
1. 附近资源丰富,原料和木炭的运输比较方便;
2. 靠近水源,但又不会受到地表水冲刷淹没,或积聚雨水;
3. 土质坚实,最好是能耐火烧的粘土;
4. 坡度较小,又有堆放原料和木炭的地方;
5. 如果是山坡地,选择的山坡方向要使筑成的炭窑燃烧室通风口朝向常风的方向,有利于通风和燃烧。
现以猪头窑为例子,说明炭窑的筑造过程。
在选好的窑址上,画一个等边三角形,其中一个顶角,用于联接燃烧室,这个顶角应朝常风方向。,在线内向下挖1米深左右,即为炭化室。在燃烧室对面炭化室后下方正中挖烟道腔和排烟孔,孔高14厘米,宽18厘米,炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形顶角打一排横向木楔后即进行装柴,薪材直立装入炭化室中,质量好的上等薪材装在后面,中等的装在中间,质量差的下等材装在最前面,装材细头向下,粗头向上,中心略高于四周,使薪材堆成拱形。上面盖上一层稻草,在炭化室的后面两个边角上放上二个藤圈,在炭化室的中前部近边线上也放上二个藤圈,这四个藤圈作为烟孔。然后沿四周铺泥土,筑窑盖,边铺土,边打紧,锤打得越紧越好,窑盖筑好后,将烟孔中的泥土挖去,并铺上松土。
在炭化室前面筑燃烧室,燃烧室前端低于后端。
筑好窑型后就可进行烘窑,烘窑时,在燃烧室点火,火力不要太猛。如果烘窑速度太快,炭窑将不够坚实,火烧去木楔,形成通道,逐渐烧入炭化室,待烟孔松土发白时,把松土挖去,从烟孔冒出白烟,当烟色转青时,将烟孔盖上,打开烟道口,使烟气从烟道口冒出,烟色变青时,将所有孔口堵塞,进行闷窑,经2天冷却后,炭窑即成型固定,在窑的侧面开一个出炭门,进行出炭,以后可以继续装柴