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  • 1 # 寒來一暑往

    把薪材等置於隔絕空氣的乾餾裝置中用外加熱或內加熱方式使其分解的一種熱解工藝。透過熱解可以得到木炭、木醋液、木焦油和木煤氣等產物。乾餾原料乾餾以薪炭材、森林採伐剩餘物,以及森林撫育和間伐的雜木作原料。可分8類:第一類是硬闊葉樹材,如水青岡、樺、麻櫟、苦櫧、榆、槭等;第二類是軟闊葉樹材,如楊、椴、柳等;第三類是針葉樹材,如馬尾松、紅松、雲杉等。木材乾餾工廠大都選用薪炭材,或低廉的加工剩餘物作原料。木材的乾燥對乾餾產品得率和成本都很重要。木材幹燥程度與乾餾的熱效能、醋酸濃度、炭的質量都有直接影響。因此,木材在乾餾之前需要進行乾燥,含水率最好在10~20%範圍內,不宜超過25%。乾燥方法有人工、天然兩類。天然乾燥,即堆垛氣幹法,這需要1年以上的時間和佔用較大的堆垛場地。人工乾燥採用乾燥裝置,可以在較短時間達到較低的含水率。如將木材裝在車內透過隧道式乾燥室利用煙道氣進行乾燥。較新型的人工乾燥法是採用直立式連續乾燥室,將木材切成一定長度,用輸送機從乾燥室頂部進口進入,從上部通入煙道氣(溫度調節在200℃以下)加熱,乾燥蒸發的水分和廢煙氣由下口排出。乾燥的木材從室的下部由輸送機送出。(見木材天然乾燥、木材人工乾燥)乾餾過程木材為一複雜的有機綜合體,在熱解中會產生一系列複雜的化學反應。當加熱到275℃時木材開始放熱反應,放出大量的熱,同時產生大量的熱解產物。木材乾餾可分4個階段:①預熱和再幹燥階段。由低溫升到120℃,主要是木材中水分的蒸發,升到170℃,木材開始熱解。②吸熱反應階段。溫度在170~275℃之間,木材化學組成開始發生變化,半纖維素和木材組成中的不穩定部分發生熱解,產生二氧化碳和一氧化碳,同時生成醋酸等。③放熱反應階段。溫度到達275℃時,開始放出大量熱量。反應物除水外,有醋酸、甲醇、木焦油和木煤氣等。因木材放出熱量各不相同,終了溫度不完全一致。④木炭燒成階段。根據對木炭質量要求,一般升溫到400℃以上。也可以提高到500℃燒製成質量較高的木炭。乾餾裝置主要由乾餾釜(窯、爐)和冷凝、回收裝置組成。可分內熱式和外熱式兩類,中國採用外熱車輛式乾餾釜和內熱立式乾餾釜。外熱車輛式乾餾釜間歇操作,直徑約2米,長約7米的臥式乾餾釜可容納料車兩輛,共裝薪材約15立方米。乾餾釜爐體的結構見圖1。乾餾釜臥放在爐體上,一端密封,另一端有用法蘭連線的釜門,釜底裝設軌道,料車可沿軌道送入釜內。乾餾釜上部有蒸汽氣體出口管與冷凝系統相連。使用時,將料車裝入乾餾釜後密閉釜門,燃燒爐點火,熱煙氣從爐子的釜下縱向煙道經側煙孔進入環形煙道加熱乾餾釜,透過釜壁傳熱,使釜內木材升溫熱解。為了使乾餾釜的溫度前後一致,環形煙道分隔成前、中、後三部分,進入的煙氣分別通向三條平行的釜上縱向煙道中,其後端都裝設鐵閘板,分別控制煙氣流量,使三部分的乾餾釜壁均勻加熱。木材乾餾得到的液體和氣體產物,以蒸汽氣體的形式透過上部出口進入旋風分離器和塔板式焦油分離器,初步分離木焦油。焦油分離器有3~4層塔板,使蒸汽氣體中的木焦油冷凝分離,下部有蛇管,通入蒸汽或冷水,以調節溫度,使保持102~120℃左右。蒸汽氣體再送入列管冷凝器和洗滌器冷凝回收木醋液。木煤氣洗滌塔後裝設排風機,以降低系統壓力,並將木煤氣送入乾餾爐內燃燒,以節約燃料。與乾餾釜門相對的位置上有木炭冷卻器,裝有軌道與乾餾釜連通,乾餾完畢時,將盛木炭的料車趁熱轉入木炭冷卻器,密閉後用冷水從外部噴淋進行冷卻,並立即將新料車裝入乾餾釜內進行下一次乾餾,以縮短生產週期,節約燃料。每次操作週期約24小時。圖1內熱立式乾餾釜利用木材乾餾本身產生的木煤氣燃燒得到的熱煙氣作為載熱體,送入乾餾釜內部加熱木材,在開工初期或木煤氣量不足時,可燃燒煤氣或重油。工藝流程見圖2。圖2乾餾釜的操作是半連續式的,每隔15~30分鐘卸料和加料一次。加料器採用雙重閘板結構,使加料時釜內的蒸汽氣體不致外逸,避免乾餾產物的損失。經乾燥的原料從頂部加入乾餾釜,自上而下經乾燥區進一步蒸發水分。在炭化區用迴圈載熱體加熱炭化;在煅燒區煅燒木炭,繼續分出揮發物質,使木炭的固定碳含量達到指標要求。在木炭冷卻區用冷木煤氣冷卻木炭,使溫度降低到40~60℃,然後經卸炭器卸出。卸炭器由3個閥門組成:第一個是針形閥,用來隔斷炭層;第二個是閘板閥;第三個是翻板閥。卸炭時,由上而下按順序逐個開、關各閥門。載熱體由煅燒區進入乾餾釜,由下向上透過炭化區和乾燥區,與木材熱解的蒸汽氣體產物一起從乾餾釜上部出口管引出,送入前冷凝器和冷凝—冷卻器分離木醋液和木焦油,再經泡沫吸收器分離甲醇等低沸點組分,冷卻到20~30℃的木煤氣送乾餾釜下部木炭冷卻區冷卻木炭,並使木煤氣預熱,然後送入燃燒—混合室。燃燒得到的高溫煙氣與冷木煤氣混合,得到500~600℃的載熱體從第一個錐形漏斗下面送入乾餾釜。在正常情況下,當木材含水率在15%以下時,利用木煤氣燃燒的熱量可保證乾餾釜熱量自身迴圈。乾餾產物與用途經過乾餾得到的熱解產物有木炭、木醋液、木焦油、木煤氣、木瀝青等。闊葉樹材和針葉樹材幹餾時得到的主要產品見表。木炭大多作商品,或再加工成活性炭。木煤氣直接作乾餾用的補充燃料。在正常運轉中,不需補充其他燃料。木醋液澄清時分兩層,上層是澄清木醋液,下層是沉澱焦油。木醋液為許多化合物的水溶液,黃褐色,比重為1.025~1.050,其中有大量水分,含10~20%的各種化合物,約有40多種脂族化合物和10多種芳香族與雜環化合物。木醋液經間歇或連續的精餾裝置進行脫醇,分離粗甲醇並加工成工業甲醇、丙酮酯、木醇油等。脫醇後的木醋液可用中和法制成醋石(醋酸鈣)或醋酸鈉,並可再加工成醋酸,或者用醋酸乙酯萃取法直接製得醋酸。(見木醋液)沉澱焦油是黑色粘稠的油狀液體,有焦煙味,比重1.01~1.10,其中含量最大的是酚類(10~20%),還含酸類、酯類、醛類、呋喃化合物、烴類和碳水化合物等。木焦油加工在整個乾餾工藝上佔有重要的位置。透過木焦油的脫水和分餾,得到45~48%的酸水、輕油和重油,餘下為木瀝青。輕油(110~190℃餾分)可用作燃料或作有色金屬選礦用的浮選起泡劑。重油(230~310℃餾分),可製成抗氧劑或抗聚劑。雜酚油(190~230℃餾分)可製取工業雜酚、藥用木餾油和愈創木酚等。木瀝青量約佔木焦油的45~55%,可代替煤瀝青使用,也可製成建築用木瀝青增塑劑、顆粒活性炭粘結劑等。(見木焦油)木煤氣主要成分為二氧化碳、一氧化碳、甲烷、不飽和碳氫化合物和氫氣等。其中除二氧化碳外,都是可燃性氣體,有一定的熱值,可作乾餾爐的輔助燃料。乾餾得到的木炭在活化爐中高溫下加入過熱蒸汽,保持850~900℃的溫度進行活化可製得活性炭。

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