干馏式炭化炉机制木炭生产工艺探讨

外热式干馏机制木炭生产工艺探讨

摘要:对干馏机制木炭生产工艺及特点进行了探讨,提出了提高干馏法机制木炭生产质量的方法及采取的措施,对生产实践有一定的指导意义。

关键词:干馏;节能;机制木炭;工艺

1前言

近年来,随着我国工农业生产的迅速发展和人们生活水平的不断提高,对木炭的需求量日益增多,质量要求也更高。主要是要求木炭固定碳含量在80%以上,机械强度高、水分、杂质少。机制成型木炭由于以农林废弃物如锯末等为原料,经过特殊工艺加工成型,不破坏森林资源,在市场上受到越来越多的重视。尤其是干馏法生产工艺具有固定碳含量高、水分、杂质少,副产品能回收利用等特点,广泛应用于冶金、炼硅、酿酒、制活性炭、二硫化碳、渗炭剂、作物保温剂和生活用能等领域。年需量越来越大。因此,掌握机制炭的干馏法生产工艺对提高木炭产量、质量及经济效益与社会效益有重要意义。

2机制木炭生产原理和工艺流程

2.1机制木炭生产原理

木屑、秸秆等植物细胞中除含有纤维素、半纤维素外,还含有木质素(木素),木素是具有芳香族特性的结构单体为苯丙烷型的立体高分子化合物。木素在适当温度下(200～300℃)会软化、液化,施加一定压力使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接,冷却后即可固化成型,因此采用热压法成型木屑(或秸秆)燃料可不用任何添加剂、粘结剂,大大降低了加工成本,而且利用木质素软化、液化的特点,适当提高热压成型的温度,有利于减小挤压动力。成型燃料就是利用这一原理的生物质固化成型机经热挤压制得的。

2.2干馏法生产机制木炭的工艺流程

通常从木材加工厂下来的废弃物———木屑其含水率较高达40%以上,也含有其它杂质,因此不能直接用于生产需要经过筛选干燥脱水和去杂质使原料更纯净,含水率下降到合乎成型条件所需的水分6%～12%。再将经过干燥去杂质后的原料送入固化成型机,通过加热加压使原来分散的原料压缩成有一定形状的密度较大的成型燃料,最后送入干馏釜内进行干馏,干馏后釜内留下的固体物质就是木炭。整个机制木炭生产工艺流程为

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3外热式干馏机制木炭生产操作要点

(1)成型燃料入釜前应检查吊葫芦、排风机、鼓风机是否正常、仪表是否准确。油气分离器在开始点火前要装满水并控制好液面(以利排气),检查管道阀门是否严密。成型棒材装入釜后,操作人员即可点火升温。随后开小鼓风机鼓风升温。若燃料燃烧性好也可不鼓风。开始燃料要勤加、少加,根据生物质碳化原理,经过反复试验,我们制定了干馏釜在运行时的操作规程,见表1。

表1　干馏釜的操作工艺条件

操作程序温度/℃时间/h备注

1、升温入釜～2703.5脱水预碳化阶段

2、升温270～3601.5碳化阶段

3、升温360～4002.0后碳化阶段

4、升温400～4502.0后碳化阶段

5、保温450±103.0碳化完成阶段

6、冷却450～5012.0

7、生产周期24h

(2)机制棒装入釜内,点火升温。加热初期要勤加、少加燃料(煤或成型棒),使火床保持一定厚度(2530)火床与炉箅平行靠近炉门火层要高

资料文献：巩义市通利机械制造厂

资料来源：ｗｗｗ．ｈｅｎｇ－ｔｏｎｇ．ｃｏｍ

这样可挡住冷空气进入炉膛内,避免浪费热量。每次加燃料要在火苗呈白炽状态时进行。燃料添加要均匀,添加燃料间隔时间和添加量要根据燃料质量好坏而定;燃料好,添加的间隔时间可以长一些,每次添加量可适当多些;燃料差,则勤加少加。保温火床要保持40～50cm厚度。当釜内压力达588Pa 时,打开排风机使釜内压力控制在49～98Pa。当釜内温度达200℃以上时,打开燃气管的阀门,经油气分离器后,燃气被引入燃烧室内燃烧,逐步替代燃料。

(3)在干馏碳化过程中,要求操作人员每15min 看一次温度和压力,按规定把温度、压力和时间记录在操作记录本上,并根据温度变化调节燃气阀以控制燃烧室火力的大小。

(4)清炉不要太频繁,要在能看清火床时进行,清炉要快,以免大量冷空气进入炉内造成热量损失。清好后,立即加燃料。升温时要烧可燃气,不但发热量大,而且有强制通风作用。保温时,关小烟道翻板阀,这样燃烧室内放出的大量热量不致于马上被烟道气带走,而使釜壁四周的烟道气保持较高的温度。

(5)当碳化温度达到终点时,关闭燃气管阀门,然后让其自然冷却。若有条件也可采用人工方法冷却,冷却后即可出炭。

(6)夏天环境温度高,碳化釜冷却慢,为提高生产效率,也防止出炭时木炭自燃,可把出釜的炭装入冷却罐内,等木炭完全冷却后再装箱。

4提高干馏机制炭质量的体会

(1)机制棒的质量是影响干馏木炭质量的重要因素。锯末运进后要尽快进行干燥、固化成型,时间一长,锯末会发酵、腐朽,这样不仅不能得到高质量的机制棒,而且碳化得到的木炭疏松、易碎、易自燃、机械强度下降、灰分增加。这种木炭在炭库保存一个时期就会变粉。

(2)碳化最终温度应控制在450±50℃。木炭质量与碳化最终温度的关系从表2可以看出:随着碳化最终温度的升高,木炭固定碳含量增加,挥发物减少,这在生产中已得到验证。

(3)木炭质量与碳化速度有关。碳化速度与升温速度、炭棒大小、锯末种类、质量以及碳化方法有关。木炭快速碳化时,将发生急剧的放热反应,成型棒内部产生大量的蒸汽不能很快地从机制棒的孔隙中放出而形成裂纹,这样会降低木炭的强度。含水率高的机制棒(放久了吸潮)快速碳化时变形更严重,所得木炭强度更低。碳化速度的控制主要决定于炉膛火力的大小,因此,操作人员必须了解各碳化阶段的特征,根据所需温度高低和升温快慢以及木煤气的利用,决定鼓风及燃料添加量。开始2h,添加燃料较多,以后随着木煤气使用量的增加,燃料的添加量逐步减少,这样操作可以节省能源消耗并能提高木炭的机械强度。

表2　炭化最终温度对木炭质量的影响碳化最终温度/℃390430450

水分/%4.35.23.9

灰分/%2.83.03.1

挥发物/%21.215.77.9

固定碳/%76.081.388.7

(4)釜内压力大小用排风机调节。实践证明,干馏釜内压力控制在49～98Pa之间是最适宜的,木炭质量较好。

(5)机制棒大小对碳化时间以及木炭质量影响很大。粗而长的机制棒在干馏时,蒸汽混合物从棒材内部向外面逸出的路径较长,则碳化时间亦长;由副反应引起的损失越大,木炭的机械强度也越低。同时也往往干馏不透,碳化不均匀。根据我们的生产实践,机制棒的规格为:长<500mm,外径不≯52mm,中间留有直径为10～15mm的孔,这样规格的机制棒碳化均匀。