第三章木材热解工艺(木材热解工艺学)

一、热解原料的预处理
【2.热解原料的分类】 2.热解原料的分类 热解原料的分类】 不同的原料（材种）干馏的产物得率不同： 不同的原料（材种）干馏的产物得率不同： 产 物 名 称
醋酸、 醋酸、甲醇 木炭 另：
①干馏硬阔叶材时，醋酸得率最高，软阔叶材次之，针叶材最少， 干馏硬阔叶材时，醋酸得率最高，软阔叶材次之，针叶材最少，
第三章木材热解工艺
课程名称： 课程名称：木材热解工艺学 授课专业： 授课专业：林产化工 授课教师： 授课教师：李 秀 红 教 研 组 ：林产化工
内容提要: 内容提要:
一、热解原料的预处理 热解原料的分类 原料干燥的原因 木材中水分存在的状态 干燥过程三时期 干燥方法 木材干燥设备 二、木材干馏工艺 车辆式干馏釜工艺 内热立式干馏釜工艺 明子干馏工艺 三、木材炭化工艺 炭窑、移动式炭化炉、果壳式炭化炉 炭窑、移动式炭化炉、 流态化炉、螺旋炉、回转炉、 流态化炉、螺旋炉、回转炉、
影响干燥速度的因素 ①木材的性质：树种、含水率； 木材的性质：树种、含水率； 干燥介质的性质：温度、湿度、流速； ②干燥介质的性质：温度、湿度、流速； 干燥方法：自然干燥、人工干燥； ③干燥方法：自然干燥、人工干燥； ④干燥设备
一、热解原料的预处理
干燥方法】 【5.干燥方法】 干燥方法
自然干燥:原料在大气中晾晒，利用太阳能蒸发原料中的水分。此时， 自然干燥 原料在大气中晾晒，利用太阳能蒸发原料中的水分。此时， 原料在大气中晾晒 空气中的温度、湿度及流动速度对于干燥速度起决定作用。温度高， 空气中的温度、湿度及流动速度对于干燥速度起决定作用。温度高， 温度 对于干燥速度起决定作用 湿度小、风速大的天气有利于干燥的进行 的天气有利于干燥的进行。 湿度小、风速大的天气有利于干燥的进行。 优点
不受气候的影响，干燥速度快、干燥程度易于控 不受气候的影响，干燥速度快、 占地面积小。 制，占地面积小。
缺点
要有专门的干燥设备并需要消耗能源，投资大。 要有专门的干燥设备并需要消耗能源，投资大。
故：该法适用于大中型工厂使用。 该法适用于大中型工厂使用。
一、热解原料的预处理
干燥过程】 【6.干燥过程】 干燥过程
原料形状分：粒状、片状、块状、木椴等； 原料形状分：粒状、片状、块状、木椴等； 原料树种分： 原料树种分：
①硬阔—水青冈、桦、麻栎、苦槠、榆、槭等； 硬阔—水青冈、 麻栎、苦槠、 槭等； ②软阔 ③针
— 杨、椴、柳等； 柳等；
— 马尾松、红松、云杉等； 马尾松、红松、云杉等；
注：不同的材种干馏的产物得率不同。 不同的材种干馏的产物得率不同。
木材干燥速度与含水率的关系图：图3-1-1 木材干燥速度与含水率的关系图： 体现平衡含水率与干燥介质空气的温度、相对湿度的关系： 体现平衡含水率与干燥介质空气的温度、相对湿度的关系： 同一湿度下,干燥介质温度越高, 同一湿度下,干燥介质温度越高, 则平衡含水率越小; 则平衡含水率越小; 同一相对温度下，湿度小则平衡 同一相对温度下， 含水率越小; 含水率越小; 载热体温度越高，相对湿度越低， 载热体温度越高，相对湿度越低， 则平衡含水率越低； 则平衡含水率越低； 提高介质温度，降低介质的湿度， 提高介质温度，降低介质的湿度， 都有助于木材的干燥。 都有助于木材的干燥。
【车辆式干馏釜】 车辆式干馏釜】
干馏物料 干馏物料流程 物料流程
装料
干馏：密封釜门， 干馏：密封釜门， 即可开始干馏； 即可开始干馏；
打开釜盖，钩住料车，开动纹盘机，将料车拉入木炭冷却器中； 卸料：打开釜盖，钩住料车，开动纹盘机，将料车拉入木炭冷却器中；
冷却：关闭冷却器门， 冷却：关闭冷却器门，在 其上部洒水冷却； 其上部洒水冷却；
木材干馏工艺包括： 木材干馏工艺包括： 木材干燥、木材干馏、 木材干燥、木材干馏、 蒸汽气体混合物的冷凝 冷却、木炭冷却和 冷却、木炭冷却和供热 五部分。 系统五部分 系统五部分。
【车辆式干馏釜工艺】 车辆式干馏釜工艺】
干馏流程见图3 干馏流程见图3-13 物料流程：装料-干馏物料流程：装料-干馏-卸 料-冷却-装料 冷却-
②当蒸气气体出口温度达200-230℃时，可减少加热用燃料或者完全 当蒸气气体出口温度达200-230℃
不加燃料，主要靠燃烧干馏气体。 干馏气体。 不加燃料，主要靠燃烧干馏气体
③当出口蒸汽气体温度在300 当出口蒸汽气体温度在300
恒速干燥时期 干燥的中间时期 内部扩散作用时期
注：木材具有干缩湿胀的特性，在内部扩散作用时期，因其内部潮湿 木材具有干缩湿胀的特性，在内部扩散作用时期， 而表面干燥易开裂而降低质量。应谨慎操作，防止开裂，如采用干燥 而表面干燥易开裂而降低质量。应谨慎操作，防止开裂，如采用干燥 介质与木材逆流接触的方案。 介质与木材逆流接触的方案。 的方案
图3-1-1木材的平衡含水率与 空气温度及相对湿度的关系
一、热解原料的预处理
【6.干燥过程】 6.干燥过程 干燥过程】
木材的干燥速度与时间的关系: 木材的干燥速度与时间的关系:图3-1-2
图3-1-2木材的干燥速度与时间的关系
阶段
ab部分 ab部分 bc部分 bc部分 cd部分 cd部分
特
点
干燥过程开始时，木块的含水率较大，干燥速度是很快的， 干燥过程开始时，木块的含水率较大，干燥速度是很快的， 自由水以固定不变的速度从木块中排除； 自由水以固定不变的速度从木块中排除； 自由水从第一临界点开始，自由水的排除速度大约按照bc部 自由水从第一临界点开始，自由水的排除速度大约按照bc部 bc 分直线的规律降低； 分直线的规律降低； 第二临界点c 第二临界点c起，开始排除吸着水，干燥速度按照曲线cd降低， 开始排除吸着水，干燥速度按照曲线cd降低， cd降低 最后达到平衡。 最后达到平衡。
【1.原料的种类】 1.原料的种类 原料的种类】
薪炭林和次生林； 薪炭林和次生林； 森林抚育与采伐的剩余物； 森林抚育与采伐的剩余物； 木材加工及建筑工业中的木质废弃物； 木材加工及建筑工业中的木质废弃物； 农林业生产中的一些副产物； 农林业生产中的一些副产物； 其他含碳废弃物； 其他含碳废弃物；
【2.热解原料的分类】 2.热解原料的分类 热解原料的分类】
得 率
硬阔叶材比针叶材高一倍 硬阔叶材比针叶材高一倍 硬阔叶材比针叶材低 硬阔叶材比针叶材低
所以，以生产醋酸为主的木材干馏原料主要使用桦木和水青冈； 醋酸为主的木材干馏原料主要使用桦木和 所以，以生产醋酸为主的木材干馏原料主要使用桦木 水青冈；
②针叶材常用来生产松木炭，用于制造活性炭。 针叶材常用来生产松木炭，用于制造活性炭 常用来生产松木炭 活性炭。
含水率小
则热解过程放热反应激烈，热解速度太快， 则热解过程放热反应激烈，热解速度太快，会导 致产品木炭开裂。 致产品木炭开裂。
故：需要确定合适的含水率。 需要确定合适的含水率。
一、热解原料的预处理
合适含水率的确定： 合适含水率的确定：
悹 含水率的 ：
热 解
的
含水率 40%-50% 水 的 的 水 70% 30% 60%
一、热解原料的预处理
【3.原料干燥的原因】 3.原料干燥的原因 原料干燥的原因】
含水率，影响生产能力、生产成本（时间、燃料消耗、产品质量）。 含水率，影响生产能力、生产成本（时间、燃料消耗、产品质量）。 含水率大
则热解时间长，热量消耗大，液体产物浓度低而 则热解时间长，热量消耗大， 不利于进一步加工利用。 不利于进一步加工利用。
一、热解原料的预处理
【7.木材干燥设备】 7.木材干燥设备 木材干燥设备】
原料性质不同，热解工业采用不同的干燥设备。 原料性质不同，热解工业采用不同的干燥设备。
木块 干燥木椴
气流式干燥器 回转式干燥器 回转炉） （回转炉）
立式干燥器
隧道式干燥窑
木屑
木片、果壳、木 木片、果壳、 屑等散粒状物体
二、木材干馏工艺
一、热解原料的预处理
干燥方法】 【5.干燥方法】 干燥方法
人工干燥:原料在各种设备中用特定的干燥介质进行干燥。 人工干燥 原料在各种设备中用特定的干燥介质进行干燥。 原料在各种设备中用特定的干燥介质进行干燥 干燥介质：空气、热空气、过热水蒸气、热烟道气等。 干燥介质：空气、热空气、过热水蒸气、热烟道气等。 优点
罗茨鼓风机
把不凝性气体 送入炉内燃烧
二、木材干馏工艺
【车辆式干馏釜】 车辆式干馏釜】
干馏釜操作三个时期: 干馏釜操作三个时期:
木醋液
①最初的2-3h主要蒸发水分，这时的气体可通过排空管排入大气中， 最初的2 3h主要蒸发水分 这时的气体可通过排空管排入大气中， 主要蒸发水分，
当木醋液由淡黄色变成浅褐色并混有焦油液滴时，使蒸汽气体与冷 木醋液由淡黄色变成浅褐色并混有焦油液滴时 由淡黄色变成浅褐色并混有焦油液滴时， 凝系统接通，并开动鼓风机。 凝系统接通，并开动鼓风机。
内容提要: 内容提要:
四、木材气化 木材气化过程与化学反应 影响气化反应速度的因素 煤气发生炉 影响煤气发生炉操作的主要因素 气化法处理废材的工艺流程 气化产物的应用 木材气化行业取得的进展 五、木材液化 木材液化的目的及意义 木材液化技术研究的现状 木材液化方法 木材液化生成物的开发利用
一、热解原料的预处理
不需要干燥设备，操作简单、易于实施，不消耗 不需要干燥设备，操作简单、易于实施， 能源，干燥成本低。 能源，干燥成本低。
缺点
受天候影响大，干燥强度小，时间长， 受天候影响大，干燥强度小，时间长，占用场地 面积大，劳动强度大。 面积大，劳动强度大。
故：该法仅适用于中小型工厂使用。 该法仅适用于中小型工厂使用。
相对含水率 =
原料中所含有的水分重量 ×100% 湿原料重量
绝对含水率 =
原料中所含有的水分重量 × 100% 绝干原料重量
一、热解原料的预处理
干燥方法】 【5.干燥方法】 干燥方法
干燥：在干燥介质作用下，使水分蒸发除去而降低物料含水率 干燥：在干燥介质作用下， 的过程。 的过程。 干燥速度：表示在单位时间内从木材中干燥除去的水分的数量。 干燥速度：表示在单位时间内从木材中干燥除去的水分的数量。 平衡含水率：当周围介质固定不变， 平衡含水率：当周围介质固定不变，木材在该介质中存放一定 时间后，含水率不再变化而成为定值，此定值称作在该种介质条 时间后，含水率不再变化而成为定值， 件下（温度、湿度）的木材平衡含水率。 件下（温度、湿度）的木材平衡含水率。
一、热解原料的预处理
【6.干燥过程】 6.干燥过程 干燥过程】
干燥过程三个时期化分依据 干燥速度变化的特点。 干燥过程三个时期化分依据：干燥速度变化的特点。 化分依据：
时
期
特点
恒速，蒸发自由水，木块表面有完整的水膜； 恒速，蒸发自由水，木块表面有完整的水膜； 干燥速度直线下降，蒸发自由水，木块表面水 干燥速度直线下降，蒸发自由水， 膜的完整性遭到破坏直至消失，木块表面变干； 膜的完整性遭到破坏直至消失，木块表面变干； 干燥速度是曲线下隆直至为零，达到平衡， 干燥速度是曲线下隆直至为零，达到平衡，蒸 发吸着水； 发吸着水；
设 备
水
： 的 总悹 惤
含水率 含水率的 ：
惣 含水率的悹
悹
一、热解原料的预处理
木材中水分存在的状态】 【4.木材中水分存在的状态】 木材中水分存在的状态
自由水:存在于大毛细管系统中的水分，与细胞壁之间的亲合 自由水:存在于大毛细管系统中的水分， 力比较小，容易蒸发除去，称作自由水或游离水、毛细管水。 力比较小，容易蒸发除去，称作自由水或游离水、毛细管水。 吸着水：存在于微毛细管系统中的水分，通过与氢键等作用， 吸着水：存在于微毛细管系统中的水分，通过与氢键等作用， 与细胞壁之间形成较大的亲合力，难以蒸发除去， 与细胞壁之间形成较大的亲合力，难以蒸发除去，称作吸着水或 胶体水、结合水。 胶体水、结合水。 纤维饱和点：特殊的含水率。 纤维饱和点：特殊的含水率。
续装料： 续装料：当干馏釜 卸出料车后， 卸出料车后，即可 将装好干馏材的另 外的炭车推入釜中。 外的炭车推入釜中。
【车辆式干馏釜】 车辆式干馏釜】
干馏气体 干馏气体流程 气体流程
干馏生成的蒸汽 气体混合物 保证风机 不受腐蚀
旋风分离器
塔板式焦油 分离 高沸点焦油雾滴