木材转化成木炭的过程:
虽然炭化阶段不是消耗的最高的阶段,但它可能在木炭生产中具有决定作用。如果不能有效地实施这一工作,整个木炭生产过程就将处于危险状态,因为随着成本的增加和资源的浪费,炭化阶段的低产出将导致整个生产链的效率低下。
木材包含3中住院成分:纤维素。木纤维和谁。纤维素和墓位素以及其他一些成分紧密的结合在一起,构成了我们称之为木材的原料。水一以水分子的形式被吸收或容纳在纤维素/木纤维的结构里。风干或“经干燥处理的木材仍然含有12%-18%的水分。另外,正生长的、新鲜的数目或“未干”的木材含有液态水,其总含水量大约为40%-100%,这是以木材绝干重量的百分数表示的。
在炭化发生之前,木材中的全部水分都以整齐的形式被去除。把水分蒸发掉需要大量能量,因此炭化以前,运用太阳能最大程度地使木材干燥能够极大地提高效率。即将炭化的木材中水分必须首先在窑或坑内蒸发掉,并且必须燃烧其中的一些木材来提供热量,而若水分无需蒸发的话,这些木材就能够转化成有用的木炭。
炭化的第一个步骤是使木材在100℃下干燥,或者说使木材低于零含水量。然后把这种绝干材的温度提升至280℃。这些步骤所需的热量来自窑或坑中一些木材的燃烧,这是一种能量吸收或吸热反应。
当木材在280℃左右干燥和加热时,它就会自发分解,生产出木炭、水蒸气、甲醇、醋酸和更复杂的化学物质,这些化学物质往往以焦油和主要含有氢、一氧化碳和二氧化碳的非凝结气体的形式出现。因为允许空气进入烧炭窑或坑,使一些木材燃烧,因此在气体中也会存在来自空气中的氮。但在部分木材燃烧时用尽了空气中的氧。
窑内温度达到280℃以上,木材在自发分解和炭化过程中释放出能量,因此这一过程被称为吸热反应。只有炭化残留物可称为木炭时,炭化和自发分解过程才告结束。除非能够提供更多的外部热量,否则,该过程就会停止,这时温度达到最大值400℃。然而这种木炭仍然含有数量可估计的柏油残留物和原生木的灰烬。木炭的韩会亮大约3%-5%;柏油残留物的重量大约占30%,其它剩余的固态碳----大约占65%--70%。进一步加热就可以通过驱除和分解更多的焦油而增加固态碳含量。温度达到500℃时,就能得到85%的典型固态碳含量,以及大约10%的挥发物含量。在该温度的木炭产量大约是绝干材重量的33%---忽略炭化其它木材而燃烧的木材。因此,由于其中易挥发的柏油含量的变化,木炭的理论产量随着炭化的温度而改变。
较低的炭化温度虽然能够较高的木炭产量,但由于该木炭具有低品质和腐蚀性,含有酸性焦油,故生产木炭不能以清洁的无烟火焰燃烧。优质商业用含碳量应该大约是75%,这就是最终炭化温度在500℃左右。
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