第8章 生物质热解焦炭的性质与应用
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第八章 生物质热解焦炭的 性质与应用
内容
8.1. 焦炭的性质 8.2. 焦炭的用途
8.1 焦炭的性质
焦炭的元素组成 焦炭的反应能力 焦炭的机械强度 焦炭的比重和孔隙率 焦炭的导热与导电性能 焦炭的自燃及预防
焦炭的元素组成
木炭名称
水分 C
H
O+N
灰分
总计
白炭
- 90-96 0.1-2.4 2.00-6.57 1.04-3.66 100.00
焦炭的比重和孔隙率
最终煅烧 温度(℃)
木炭的比重（g/cm3） 包括空隙 不包括空隙
400
0.365
1.308
450
0.363
1.428
500
0.362
1.435
600
0.348
1.447
700
0.354
1.401
800
0.382
1.666
900
0.400
1.746
木炭的孔隙度（%）
总空隙
其中
微孔
8.2 焦炭的应用
冶金工业 渗碳剂 二硫化碳 炭砖
冶金工业
焦炭冶炼生铁 木炭的作用？
焦炭冶炼有色金属 木炭的作用？
结晶硅生产
SiO2 +2C Si+2CO
渗碳剂
用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂 凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性，而中心具有
木炭的电阻较大，大约为1010-1012 Ω·cm 木炭顺纤维方向的电阻只有垂直纤维方向电阻的 1/3~1/5
焦炭的自燃与预防
腐朽木的木炭比一般木炭更易自燃，为什么？
如何预防木炭自燃？
① 木炭生产中腐朽木的用量不能过高 ② 木炭生产过程中，避免使用不均匀的木段 ③ 尽可能采用高的炭化温度 ④ 木炭进库前筛去炭粉 ⑤ 含水较高的木炭不要放进仓库
松木炭
40.0
36.0 32.5 30.0 27.3 24.9 23.8 22.6
木炭的元素组成（%）
桦木炭
松木炭
C
H O+N C
H O+N
73.3 5.2 21.5 73.2 5.2 21.5
77.2 4.9 17.9 77.5 4.7 17.8 80.0 4.8 14.3 80.4 4.2 14.4 85.4 4.3 10.4 86.3 3.9 9.8 90.3 3.3 6.4 90.2 3.4 6.4 92.3 2.8 4.0 92.9 2.9 4.2 94.9 1.8 3.3 94.7 1.8 3.5 96.4 1.3 2.3 96.2 1.2 2.6
黑炭
- 79-94 1.0-3.0 3.03-9.44 0.91-3.8 100.00
堆积法木炭
- 90.00 2.50
6.25
1.25 100.00
间歇式炭化窑木炭 2.50 80.00 3.50
15.50
1.00 100.00
连续式炭化窑木炭 4.00 85.00 3.20
11.00
0.80 100.00
焦炭的反应能力
材种 千金榆 水青冈 桦木 桦木 杨木
C+ CO2 → 2CO
干馏釜类型
在下列温度下的反应速度常数
800℃
900℃
卧式干馏釜
1.2385
2.9572
卧式干馏釜
3.6195
4.3310
柯兹洛夫炭窑
2.3117
4.1592
柯兹洛夫炭窑
2.0147
4.3310
柯兹洛夫炭窑
5.4246
7.Fra Baidu bibliotek066
过渡孔
73.9 74.6 74.8 76.0 76.3 77.1 77.1
1.16 1.36 2.57 4.13 4.42 5.31 5.36
1.38 2.21 2.53 1.38 1.27 1.14 1.04
焦炭的导热与导电性能
木炭沿纤维方向的导热性较垂直于纤维的方向为大 沿纤维方向的导热系数为0.21-0.24 Kcal/m·h · ℃ 垂直方向的导热系数为0.09-0.11 Kcal/m·h · ℃
良好的溶剂，硫、磷、碘、生橡胶和各种油脂、树脂物质 都能溶于其中
广泛应用于人造丝、粘胶轮胎帘线、玻璃纸的生产，也用 于生产四氯化碳、黄原酸盐等。
炭砖
炭粉的成型，关键在于粘结剂
谢 谢！
焦炭的机械强度
① 白桦炭的机械强度比松木炭大 ② 木炭的强度沿纤维方向较高，径向较低，而弦向最低 ③ 在相同的炭化温度下，木炭的强度随烧制时间的增加
而增加 ④ 从300℃-700℃，随着温度的升高，木炭的强度先减后
增，300℃和700℃烧制的木炭强度相同 ⑤ 耐压强度小于90kg/cm2的木炭不适用于炼铁
焦炭的机械强度
松炭
白桦炭
炭化时间（小时）
炭化温 度（℃）
沿纤 维方 向
3
沿纤 径向 弦向 维方
向
12
3
耐压强度（kg/cm3）
沿纤 径向 弦向 维方 径向 弦向
向
沿纤 维方 向
12 径向 弦向
300 102.2 19.3 15.2 133.2 22.3 16.6 190.4 19.7 13.7 198.0 26.5 22.0 400 79.5 15.0 11.3 99.4 17.7 13.1 154.0 18.2 18.2 151.5 24.5 18.5 500 92.0 24.0 18.5 113.0 24.8 19.5 160.5 20.3 20.3 176.5 27.0 23.1 550 100.0 26.6 22.8 105.8 24.1 23.3 169.0 23.2 23.2 179.7 27.1 23.2 600 104.0 29.2 24.9 115.5 26.7 23.9 192.2 20.9 29.9 202.0 36.7 27.1
良好韧性的所有刚制品，都要进行渗碳
渗碳过程
2C+O2 2CO
2CO CO2 +C
为了提高渗碳效率，可加入BaCO3、Na2CO3或K2CO3等接
触剂
BaCO3 +C BaO+2CO BaO+CO2 BaCO3
二硫化碳
二硫化碳的制备
C+2S CS2
二硫化碳是无色、有毒，具有强折光性的挥发性液体，易 着火，沸点46℃，凝固点-109℃
车辆式干馏釜木炭 3.00 85.00 3.50
10.20
1.30 100.00
小型固定干馏釜木炭 3.00 82.45 3.46
13.22
0.87 100.00
焦炭的元素组成
温度（oC）
350
400 450 500 600 700 800 900
炭的得率（%）
桦木炭
39.5
35.3 31.5 29.3 26.8 24.5 23.1 23.5
内容
8.1. 焦炭的性质 8.2. 焦炭的用途
8.1 焦炭的性质
焦炭的元素组成 焦炭的反应能力 焦炭的机械强度 焦炭的比重和孔隙率 焦炭的导热与导电性能 焦炭的自燃及预防
焦炭的元素组成
木炭名称
水分 C
H
O+N
灰分
总计
白炭
- 90-96 0.1-2.4 2.00-6.57 1.04-3.66 100.00
焦炭的比重和孔隙率
最终煅烧 温度(℃)
木炭的比重（g/cm3） 包括空隙 不包括空隙
400
0.365
1.308
450
0.363
1.428
500
0.362
1.435
600
0.348
1.447
700
0.354
1.401
800
0.382
1.666
900
0.400
1.746
木炭的孔隙度（%）
总空隙
其中
微孔
8.2 焦炭的应用
冶金工业 渗碳剂 二硫化碳 炭砖
冶金工业
焦炭冶炼生铁 木炭的作用？
焦炭冶炼有色金属 木炭的作用？
结晶硅生产
SiO2 +2C Si+2CO
渗碳剂
用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂 凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性，而中心具有
木炭的电阻较大，大约为1010-1012 Ω·cm 木炭顺纤维方向的电阻只有垂直纤维方向电阻的 1/3~1/5
焦炭的自燃与预防
腐朽木的木炭比一般木炭更易自燃，为什么？
如何预防木炭自燃？
① 木炭生产中腐朽木的用量不能过高 ② 木炭生产过程中，避免使用不均匀的木段 ③ 尽可能采用高的炭化温度 ④ 木炭进库前筛去炭粉 ⑤ 含水较高的木炭不要放进仓库
松木炭
40.0
36.0 32.5 30.0 27.3 24.9 23.8 22.6
木炭的元素组成（%）
桦木炭
松木炭
C
H O+N C
H O+N
73.3 5.2 21.5 73.2 5.2 21.5
77.2 4.9 17.9 77.5 4.7 17.8 80.0 4.8 14.3 80.4 4.2 14.4 85.4 4.3 10.4 86.3 3.9 9.8 90.3 3.3 6.4 90.2 3.4 6.4 92.3 2.8 4.0 92.9 2.9 4.2 94.9 1.8 3.3 94.7 1.8 3.5 96.4 1.3 2.3 96.2 1.2 2.6
黑炭
- 79-94 1.0-3.0 3.03-9.44 0.91-3.8 100.00
堆积法木炭
- 90.00 2.50
6.25
1.25 100.00
间歇式炭化窑木炭 2.50 80.00 3.50
15.50
1.00 100.00
连续式炭化窑木炭 4.00 85.00 3.20
11.00
0.80 100.00
焦炭的反应能力
材种 千金榆 水青冈 桦木 桦木 杨木
C+ CO2 → 2CO
干馏釜类型
在下列温度下的反应速度常数
800℃
900℃
卧式干馏釜
1.2385
2.9572
卧式干馏釜
3.6195
4.3310
柯兹洛夫炭窑
2.3117
4.1592
柯兹洛夫炭窑
2.0147
4.3310
柯兹洛夫炭窑
5.4246
7.Fra Baidu bibliotek066
过渡孔
73.9 74.6 74.8 76.0 76.3 77.1 77.1
1.16 1.36 2.57 4.13 4.42 5.31 5.36
1.38 2.21 2.53 1.38 1.27 1.14 1.04
焦炭的导热与导电性能
木炭沿纤维方向的导热性较垂直于纤维的方向为大 沿纤维方向的导热系数为0.21-0.24 Kcal/m·h · ℃ 垂直方向的导热系数为0.09-0.11 Kcal/m·h · ℃
良好的溶剂，硫、磷、碘、生橡胶和各种油脂、树脂物质 都能溶于其中
广泛应用于人造丝、粘胶轮胎帘线、玻璃纸的生产，也用 于生产四氯化碳、黄原酸盐等。
炭砖
炭粉的成型，关键在于粘结剂
谢 谢！
焦炭的机械强度
① 白桦炭的机械强度比松木炭大 ② 木炭的强度沿纤维方向较高，径向较低，而弦向最低 ③ 在相同的炭化温度下，木炭的强度随烧制时间的增加
而增加 ④ 从300℃-700℃，随着温度的升高，木炭的强度先减后
增，300℃和700℃烧制的木炭强度相同 ⑤ 耐压强度小于90kg/cm2的木炭不适用于炼铁
焦炭的机械强度
松炭
白桦炭
炭化时间（小时）
炭化温 度（℃）
沿纤 维方 向
3
沿纤 径向 弦向 维方
向
12
3
耐压强度（kg/cm3）
沿纤 径向 弦向 维方 径向 弦向
向
沿纤 维方 向
12 径向 弦向
300 102.2 19.3 15.2 133.2 22.3 16.6 190.4 19.7 13.7 198.0 26.5 22.0 400 79.5 15.0 11.3 99.4 17.7 13.1 154.0 18.2 18.2 151.5 24.5 18.5 500 92.0 24.0 18.5 113.0 24.8 19.5 160.5 20.3 20.3 176.5 27.0 23.1 550 100.0 26.6 22.8 105.8 24.1 23.3 169.0 23.2 23.2 179.7 27.1 23.2 600 104.0 29.2 24.9 115.5 26.7 23.9 192.2 20.9 29.9 202.0 36.7 27.1
良好韧性的所有刚制品，都要进行渗碳
渗碳过程
2C+O2 2CO
2CO CO2 +C
为了提高渗碳效率，可加入BaCO3、Na2CO3或K2CO3等接
触剂
BaCO3 +C BaO+2CO BaO+CO2 BaCO3
二硫化碳
二硫化碳的制备
C+2S CS2
二硫化碳是无色、有毒，具有强折光性的挥发性液体，易 着火，沸点46℃，凝固点-109℃
车辆式干馏釜木炭 3.00 85.00 3.50
10.20
1.30 100.00
小型固定干馏釜木炭 3.00 82.45 3.46
13.22
0.87 100.00
焦炭的元素组成
温度（oC）
350
400 450 500 600 700 800 900
炭的得率（%）
桦木炭
39.5
35.3 31.5 29.3 26.8 24.5 23.1 23.5