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木炭炭化过程

木炭炭化过程就是将木柴通过合适的木炭生产炭化技术进行石墨化的过程。我们烧木材后用水浇灭留下的黑色剩余物就是木炭。但是工业化生产是在可控的温度下将木材快速炭化并保持含碳量的生产过程,国际上目前主要的炭化工艺均以实现无烟化并能使木炭保持90%的含碳量,我国是发展中国家,目前采用的木炭生产炭化技术主要还是木炭窑,所以无论生产效率还是环保目前都不是很好。

一.如何将木柴烧制成木炭(木材炭化过程)

炭化阶段可能是木炭生产最重要的工序之一,即使它不是最费钱的。控制好炭化过程,就可以很好的控制木炭生产的风险,如果控制的好,将为整个木炭生产过程节约大量成本并减少资源浪费。

木材主要有三种物质组成:纤维素,木质素和水。纤维素和木质素和其他一些材料被紧密地联系在一起,使我们称之为木材料。纤维素/木质素结构会吸收水分。空气干燥或“烘干”的木材仍含有12-18%的水。新砍伐木材通过放入烤箱烘干就可以测算出含水量,一般用约40%至100%的百分比表示。

由于蒸发木材中的水分需要大量的能量,所以在烧制木炭前尽可能的将木材原料烘干,最好是利用太阳的热量晒干木材,很多朋友抱怨自己生产的木炭含碳量低,造成含碳量低的主要原因之一就是木材水分过高,导致应该成为木炭的部分有用木材为蒸发水分而被消耗,所以为了提高木炭生产效率减少原料浪费,无论您是采用炭化池、木炭砖窑、还是炭化炉都最好使用干燥的木材。

在整个炭化过程中木材在木炭窑中维持约100°C或以下的温度,在此温度下木材中的水分被蒸发,直至零,然后木柴的燃烧温度会提高到约280°C。此步骤的能量来自一些木炭砖窑吸收的部分木材燃烧热量,它是一种能量吸收或吸热反应。

当木材干燥和加热到280℃左右,出现热解反应,木材开始分解为木炭、水蒸汽,甲醇,醋酸和更复杂的化学品,主要由氢气组成的焦油和不可冷凝气体的形式, 一氧化碳和二氧化碳。空气在此过程中被有控制的放入窑内,其中的氧气被木材燃烧吸取成为二氧化碳,所以窑内还存在氮气。

木材在木炭窑中持续燃烧,这个过程称之为放热反应,随着放热反应的继续,窑内温度会维持在280°C左右,继续这种燃烧最后就会在木炭窑留下黑色的块状物,这就是木炭。这样生产出来的木炭由于炭化温度低,除非提供进一步的外部热源,否则窑内温度最高也就到约400°C左右,这种木炭的固定含碳量大约65-70%,灰分约3-5%,但是会有很高的挥发份,不同树种挥发份可能有所不同,但一般会达30%。通过进一步加热,木炭固定碳含量会增加,而且挥发份会被分解,窑内温度达到500°C,木炭含碳量会升至85%左右,而挥发物含量会降至10%左右。在此温度下的木炭产量是木材重量的约33% 。因此木炭的理论产量随温度的变化而不同,木炭中的挥发份焦油含量也与炭化温度有关。下表显示了最终炭化温度对木炭的产量和成分的影响。

炭化温度对木炭的产量和组成成分之影响

碳化温度

木炭的化学分析

炭产量的基础上烘干木材

°C

固定炭%

%挥发性物质

(0%水分)

300 68 31 42
500 86 13 33
700 92 7 30

 

烧制木炭时炭化温度越低,所生产的木炭其挥发性成分越多,其结果就是在燃烧木炭时会有酸性的味道出来,这是由于木炭含有大量酸性的腐蚀性焦油所致,这种木炭做烧烤木炭会使食材味道发生变化,而且燃烧时会有火焰。好的商业用木炭应该是在大约500°C的温度下炭化的,固定碳约75%左右的木炭。

木炭的产量与木料的材质也有关系,好的木材由于木质坚硬所以其木质素含量也更高,理论上讲越坚硬的木头越适合生产木炭,而且越硬的木头生产木炭产量也越高。不过在木炭窑内碳化时并不是木头放的越多越密集越好,因为如果木头放的太密集,木材在碳化时就容易碎裂,这是因为窑内温度上升太快导致挥发份下降增加了木炭的脆性。基本上450至500℃的温度,是烧制木炭在保持固定碳和保持块形之间最好的平衡点。

影响木炭产量和木柴木炭转化率的因素很多,往往木炭产能过低或浪费木材是很多因素造成的,那我们就尽可能的避免可能会导致问题的因素出现,通常我们可以选择一些硬度较高的木材作为木炭原料,木柴要尽可能的干,还有就是超过20cm直径的木头要劈开再烧,否则容易产生炭渣和碎末也更费木材。烧制木炭一定要注意木炭窑内温度的均衡,要使窑内整体达到500°Ç的炭化温度,但有时这样很苦难,原因就是因为木炭窑内的空气流动不规则,导致很多木柴被烧成灰而有些还是生头。想要提高木炭的炭化效率和木炭质量,一个精心设计的木炭窑就非常重要,好的炭窑不仅气密性好,而且其中空气流动均衡,不会出现“冷点”,而窑内整体温度很快可以升至500℃。炭化技术(木炭砖窑建设)方面的更多信息,木炭之家在后面会继续为大家详细介绍。

二.木炭的安全生产和环保问题

在木炭生产过程中很产生对环境和人体有害的物质,需要通过简单的预防措施来降低风险。

碳化产生的气体是有毒的,其中可吸入的一氧化碳含量很高。因此,当周围或在操作过程中窑内工作和出窑时,必须采取适当的通风条件,使窑内聚集的一氧化碳驱散。

木炭碳化过程中产生的焦油和烟雾,虽然没有直接毒性,但长期来看可能对呼吸道系统有破坏性影响。在可能的情况下,房屋区应位于木炭窑的上风口,而且最好把工人宿舍建设的离木炭窑比较远一点才好。

收集木焦油和木醋液,应该提供防止刺激性皮肤的防护服和手套等劳保用品,尽量减少暴露,以避免长时间接触皮肤。

焦油和木醋液也会对周围环境产生影响,会导致污染的产生,尤其影响人类和动物饮用水源。鱼也可能会受到不利影响。应该将废弃的木炭生产中的废水和废液倒入沉淀池,让其蒸发,减小对地下水和环境的影响

当然您如果不收集木醋液和木焦油就不用担心水污染问题,因为这些挥发物质会作为蒸气散发到空气中,所以相应的烟气处理设备也要跟上,防止污染空气。

 

三.激励机制和劳动管理

烧炭是一个需要专业技术和责任的工作,这需要技巧,耐心,经验和愿意遵守正确的工作方法。工人的工作效率和技能会直接影响木炭的产量和质量,所以木炭厂需要设计一套行之有效的有激励作用的薪酬体系和激励机制。这样一个工作计划安排,需要正确的安排生产,并且根据劳动产能和木材木炭产出比来进行薪酬安排。

木炭生产往往是季节性的活动。雨季可能会导致木炭生产的停止,在农忙季节也会导致劳动力缺乏和劳动力成本上升,如果没有一个好的薪酬制度将很难吸引和留住具有良好木炭生产经验的工人,所以如果想要做大做强木炭厂就必须安排合适的劳动强度和薪酬,这是企业永续运营的基础。

 

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日志标题:《木炭炭化过程》
日志链接:http://51mutan.com/charcoal-carbonization-process.html
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