【正文】 第三章木材熱解工藝 課程名稱：木材熱解工藝學 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、回轉爐、 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 內容提要 : 一、熱解原料的預處理 【 】 ?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)中的木質廢棄物； ?農林業(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，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 常用來生產(chǎn) 松木炭 ，用于制造 活性炭 。 一、熱解原料的預處理 【 】 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。 一、熱解原料的預處理 ?合適含水率的確定： 熱解設備 內熱立式干餾釜 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。 【 】 ?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、結合水。 ?纖維飽和點： 特殊的含水率。 一、熱解原料的預處理 100%??原 料 中 所 含 有 的 水 分 重 量相 對 含 水 率 濕 原 料 重 量100%??原 料 中 所 含 有 的 水 分 重 量絕 對 含 水 率 絕 干 原 料 重 量【 】 ?干燥 ：在干燥介質作用下，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 ：當周圍介質固定不變，木材在該介質中存放一定時間后， 含水率不再變化而成為定值 ，此定值稱作在該種介質條件下（溫度、濕度）的木材平衡含水率。 一、熱解原料的預處理 ① 木材的性質：樹種、含水率； ② 干燥介質的性質：溫度、濕度、流速； ③ 干燥方法：自然干燥、人工干燥； ④ 干燥設備 ?影響干燥速度的因素 一、熱解原料的預處理 【 】 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 一、熱解原料的預處理 【 】 人工干燥 :原料在各種設備中用特定的干燥介質進行干燥。 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 ：空氣、熱空氣、過熱水蒸氣、熱煙道氣等。 一、熱解原料的預處理 【 】 木材干燥速度與含水率的關系圖： 圖 311 體現(xiàn)平衡含水率與干燥介質空氣的溫度、相對濕度的關系： 圖 311木材的平衡含水率與空氣溫度及相對濕度的關系 ?同一濕度下 ,干燥介質溫度越高 ,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； ?提高介質溫度，降低介質的濕度，都有助于木材的干燥。 一、熱解原料的預處理 【 】 木材的干燥速度與時間的關系 :圖 312 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 312木材的干燥速度與時間的關系 一、熱解原料的預處理 【 】 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，在內部擴散作用時期，因其內部潮濕而表面干燥易開裂而降低質量。應謹慎操作，防止開裂，如采用 干燥介質與木材逆流接觸 的方案。 一、熱解原料的預處理 隧道式干燥窯 立式干燥器 回轉式干燥器 （回轉爐） 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 【 】 原料性質不同，熱解工業(yè)采用不同的干燥設備。 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。 【 車輛式干餾釜工藝 】 干餾流程見圖 313 物料流程 ：裝料 干餾 卸料 冷卻 裝料 二、木材干餾工藝