【正文】 第三章木材熱解工藝 課程名稱：木材熱解工藝學(xué) 授課專業(yè)：林產(chǎn)化工 授課教師：李 秀 紅 教 研 組 ：林產(chǎn)化工 內(nèi)容提要 : 一、熱解原料的預(yù)處理 ?熱解原料的分類(lèi) ?原料干燥的原因 ?木材中水分存在的狀態(tài) ?干燥過(guò)程三時(shí)期 ?干燥方法 ?木材干燥設(shè)備 二、木材干餾工藝 ?車(chē)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(dòng)式炭化爐、果殼式炭化爐 ?流態(tài)化爐、螺旋爐、回轉(zhuǎn)爐、 四、木材氣化 ?木材氣化過(guò)程與化學(xué)反應(yīng) ?影響氣化反應(yīng)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(yīng)用 ?木材氣化行業(yè)取得的進(jìn)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(kāi)發(fā)利用 內(nèi)容提要 : 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 ?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； 【 】 ?原料形狀分：粒狀、片狀、塊狀、木椴等； ?原料樹(shù)種分： ① 硬闊 —水青岡、樺、麻櫟、苦櫧、榆、槭等； ② 軟闊 — 楊、椴、柳等； ③ 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。 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 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： ① 干餾硬闊葉材時(shí)，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 ； ② 針葉材 常用來(lái)生產(chǎn) 松木炭 ，用于制造 活性炭 。 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 含水率，影響生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本（時(shí)間、燃料消耗、產(chǎn)品質(zhì)量）。 則熱解時(shí)間長(zhǎng)，熱量消耗大，液體產(chǎn)物濃度低而不利于進(jìn)一步加工利用。 含水率大 則熱解過(guò)程放熱反應(yīng)激烈，熱解速度太快，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品木炭開(kāi)裂。 含水率小 故：需要確定合適的含水率。 一、熱解原料的預(yù)處理 ?合適含水率的確定： 熱解設(shè)備 內(nèi)熱立式干餾釜 外熱式干餾釜 相對(duì)含水率的 要求： 15%25% 相對(duì)含水率的 要求： 10%20% 木材名稱 相對(duì) 含水率 新砍伐的木材 40%50% 水運(yùn)或貯存在水中的木材 大于 70% 大氣中長(zhǎng)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(jìn)行干燥處理，以滿足工藝上對(duì)原料含水率的要求。 【 】 ?自由水 :存在于大毛細(xì)管系統(tǒng)中的水分，與細(xì)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(xì)管水。 ?吸著水： 存在于微毛細(xì)管系統(tǒng)中的水分，通過(guò)與氫鍵等作用，與細(xì)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(diǎn)： 特殊的含水率。 一、熱解原料的預(yù)處理 100%??原 料 中 所 含 有 的 水 分 重 量相 對(duì) 含 水 率 濕 原 料 重 量100%??原 料 中 所 含 有 的 水 分 重 量絕 對(duì) 含 水 率 絕 干 原 料 重 量【 】 ?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(guò)程。 ?干燥速度 ：表示在單位時(shí)間內(nèi)從木材中干燥除去的水分的數(shù)量。 ?平衡含水率 ：當(dāng)周?chē)橘|(zhì)固定不變，木材在該介質(zhì)中存放一定時(shí)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(yù)處理 ① 木材的性質(zhì)：樹(shù)種、含水率； ② 干燥介質(zhì)的性質(zhì)：溫度、濕度、流速； ③ 干燥方法：自然干燥、人工干燥； ④ 干燥設(shè)備 ?影響干燥速度的因素 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 自然干燥 :原料在大氣中晾曬，利用太陽(yáng)能蒸發(fā)原料中的水分。此時(shí)，空氣中的 溫度 、 濕度 及 流動(dòng)速度 對(duì)于干燥速度起決定作用。 溫度高，濕度小、風(fēng)速大 的天氣有利于干燥的進(jìn)行。 不需要干燥設(shè)備，操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，不消耗能源，干燥成本低。 受天候影響大，干燥強(qiáng)度小，時(shí)間長(zhǎng)，占用場(chǎng)地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 缺點(diǎn) 故：該法僅適用于中小型工廠使用。 優(yōu)點(diǎn) 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 人工干燥 :原料在各種設(shè)備中用特定的干燥介質(zhì)進(jìn)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(mén)的干燥設(shè)備并需要消耗能源，投資大。 缺點(diǎn) 故：該法適用于大中型工廠使用。 優(yōu)點(diǎn) ?干燥介質(zhì) ：空氣、熱空氣、過(guò)熱水蒸氣、熱煙道氣等。 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 木材干燥速度與含水率的關(guān)系圖： 圖 311 體現(xiàn)平衡含水率與干燥介質(zhì)空氣的溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系： 圖 311木材的平衡含水率與空氣溫度及相對(duì)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(duì)溫度下，濕度小則平衡含水率越小 。 ?載熱體溫度越高，相對(duì)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。 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 木材的干燥速度與時(shí)間的關(guān)系 :圖 312 階段 特 點(diǎn) ab部分 干燥過(guò)程開(kāi)始時(shí)，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(diǎn)開(kāi)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(diǎn) c起，開(kāi)始排除吸著水，干燥速度按照曲線 cd降低，最后達(dá)到平衡。 圖 312木材的干燥速度與時(shí)間的關(guān)系 一、熱解原料的預(yù)處理 【 】 干燥過(guò)程三個(gè)時(shí)期 化分依據(jù) ： 干燥速度變化的特點(diǎn)。 時(shí) 期 特點(diǎn) 恒速干燥時(shí)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(shí)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(kuò)散作用時(shí)期 干燥速度是曲線下隆直至為零，達(dá)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(kuò)散作用時(shí)期，因其內(nèi)部潮濕而表面干燥易開(kāi)裂而降低質(zhì)量。應(yīng)謹(jǐn)慎操作，防止開(kāi)裂，如采用 干燥介質(zhì)與木材逆流接觸 的方案。 一、熱解原料的預(yù)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 【 】 原料性質(zhì)不同，熱解工業(yè)采用不同的干燥設(shè)備。 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。 【 車(chē)輛式干餾釜工藝 】 干餾流程見(jiàn)圖 313 物料流程 ：裝料 干餾 卸料 冷卻 裝料 二、木材干餾工藝