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木炭


工业木炭(GB/T17664-1999)

木炭(charcoal),一种燃料名称。是木材或木质原料经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料

炭是保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定形碳。

应用

冶金工业,渗碳剂,二硫化碳,木炭砖,木炭干燥剂,医用

近几年我国木炭行业发展速度较快,木炭行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。据智研咨询统计:虽然受金融危机影响使得木炭行业近两年发展速度略有减缓,但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退,我国木炭行业重新迎来良好的发展机遇。 

物化性质

木炭主要成分是碳元素,灰分很低,热值约27.21~33.49兆焦/千克,此外还有氢、氧、氮以及少量的其他元素,其含量与树种的关系不大,主要取决于炭化的最终温度。木炭属于憎水性物质,灰分含量在6%以内,孔隙占木炭体积7%以上,比重一般为1.3~1.4,发热量取决于炭化条件,一般在8000千卡/千克左右,木炭的还原能力大于焦炭。木炭有大量的微孔和过渡孔,使它不仅有较高的比表面积,而且孔内焦油物质被排除后将有很好的吸附性能。与氧气完全燃烧产生二氧化碳,不完全燃烧产生有毒气体一氧化碳。较为疏松。


制备方法

制法有两种:

(1)窑烧法,用泥土筑窑,满装木材,从窑门或火门点燃烧,使木材在窑内炭化,挥发物逸出而剩余木炭;

(2)干馏法,即木材干馏。按照出窑的熄火方法,有黑炭和白炭两种。

炭窑简单介绍:窑的形式、构造很多,如浙江窑、鲤鱼窑、木瓢窑、湖南木窑和四川木窑、速度较快的铁窑、机窑等等。通常以闷窑熄火的方法叫做窑内熄火法,所得到的炭称为“黑炭”。当木材在窑内炭化完毕时,趁热从窑内扒出,然后用湿沙土熄火的方法,称为窑外熄火法。在熄火过程中,木炭与空气接触而进行煅烧,炭的外部被氧化,生成的白色灰附在木炭上,称为“白炭”。白炭比黑炭坚硬。

制备原料

按烧炭用的原料可分为:

①硬阔木炭。由硬阔叶材如壳斗科麻栎属、栲属树木为主,次要的还有桦木属等。如水青冈、桦、麻栎、苦槠、榆、槭等。

②阔叶木炭。由硬、软阔叶材混合烧制的炭。如杨、椴、柳等。

③松木炭。由松木或其他针叶材烧制的炭。如马尾松、红松、云杉等。

按成材与不成材可分为:

第一类不成材林主要用于民间烧炭用,即薪炭材;第二类成材林主要用于工业、民用木材加工,既薪材林。

此外还有用竹类烧制的竹炭和用果壳、果核(椰子壳、桃核)等木质原料烧制的果核炭。

从家用炉灶中收取的柴炭则俗称桴炭。

如将木炭粉碎后拌以适当的粘合剂,再进行压积成型和焙烧则制成压积炭。

用途

1、冶金工业

以前木炭就用来冶炼铁矿石,木炭与焦炭熔炼的生铁,即使化学组成相同,其结构与机械性质仍不相同。木炭冶炼的生铁一般具有细粒结构,铸件紧密,没有裂纹的特点,用木炭生产的生铁含杂质少,适于生产优质钢。由于木炭具有还原性,所以在冶金工业可以用来还原矿石冶炼金属。

在有色金属生产中,木炭常用作表面助熔剂,当有色金属熔融时,表面助熔剂在熔融金属表面形成保护层,使金属与气体介质分开,既可减少熔融金属的飞溅损失,又可降低熔融物中气体的饱和度。

大量木炭还用于结晶硅生产,生产结晶硅用的木炭不应含有生炭头和过多的灰分。

2、渗碳剂的制造

凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性,而中心具有良好韧性的所有钢制品都要进行渗碳。用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂。单纯木炭的渗碳效果较差。因此常用木炭作为原料,再加入一定数量的接触剂,制成渗碳剂。

3、二硫化碳生产

木炭是制造二硫化碳的最好原料,用来制造二硫化碳的木炭,应当是坚硬、容积重大、灰分和水分含量小,固定碳含量高。

生产1吨二硫化碳约需0.5吨的木炭。

4、木炭砖的压制

碎木炭运输很不方便,而且用途也受到限制,用压制木炭砖的方法能使价值很小的碎木炭变成优质燃料。木炭砖具有吸湿性和吸水性小、比重大和热值高的优点,而且在使用过程有很高的机械强度。煅烧过的木炭砖在燃烧时无烟,不产生炭尘。木炭砖可用于冶金、移动式气化炉等。

5、木炭干燥剂

是由数种天然矿物组成,外观为灰白色小球。它无毒无害,是可降解的环保型干燥剂。吸湿率达50%以上。

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烧烤炭

果木炭:果木炭是木炭的一种,是用果木作为原料,经水分蒸发或干燥阶段炭、预炭化阶段、炭化阶段、煅烧阶,在隔氧或缺氧环境下,通过生物质干馏热解技术制作成的,一般以苹果木、梨木、板栗枝桠材等为主,果木炭是民用烧烤炭的高端产品。(一般用于烤鸭烤鸡店)

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产品特点

果木炭不同于木炭,烧烤时可产生一种香味,能量大,点燃快,无烟!可用于烧烤的工业冶炼厂。

由于产品采用果木木质,它的密度较小,所以刚点火时有些爆烈,燃烧起来逐渐减小,但它燃烧时间长,热卡值较高,它在燃烧时会产生一种香味,有能量大,点燃快,无烟的特点!

果木炭广泛应用于食品、制药、化工、冶金、国防、农业及环境保护等诸多领域,也是烧烤、火锅、家用取暖的优质燃料。据有关部门统计,我国工业硅的还原每年需木炭700万吨以上;火锅、烧烤用炭约需300万吨;部分地区取暖用炭150万吨;净化污水用炭万吨;用于出口木炭100万吨。

原料

炭化的原料很多,薪材、森林采伐剩余物、森林抚育时消除的杂木、木材加工厂的剩余物,如木屑等都可以进行炭化。除木屑为粒状,需采用特殊炭化炉炭化外,其他原料多以木段为主,都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。

炭化原料树种可分为三类:第一类为硬阔叶材,如水青冈、麻栎、苦槠、榆等;第二类为软阔叶材,如杨、柳、椴等;第三类为针叶材,如马尾松、南亚松、湿地松等。要生产出高质量的木炭,以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用,炭化原料应选用硬阔叶材,而针叶材常用来生产松木炭,用于制造活性炭。

炭化材最好大小均匀,一般要求直径不大于0厘米,若直径太大,应把它劈开,劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定,若大材不劈开,因木材的导热性差,炭化时产生的气体混合物,由木材内部通向外部,所需通过的路径很长,炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。

供炭化的薪材多属萌芽林,故最好在秋冬季采伐,此时,树木处于休眠阶段,树液停止流动,根部贮存物质,不受损害,利于来年萌芽更新;而且秋季天气晴朗,相对湿度小,木材含水量低,伐下的薪材易干燥,可缩短炭化时间,减少燃料消耗,生产的木炭裂缝少,质量高。

此外,腐朽木、病害枯死的木的木材,均不宜作炭化原料,因为腐朽木材炭化时,木炭疏松、易碎和容易自燃,大大降低木炭质量。

用30-50mm的木棒直接碳化的叫原木炭,利用锯末、稻壳、药渣、粉碎后的秸秆等废弃物,利用制棒机制成棒再碳化的叫机制棒。

果木炭就是用废弃换代的果树枝干,如苹果、梨树等果树

烧制过程

木材、木屑、树根、果核和果壳等木质材料的炭化,是把它放在炭化设备内加热,进行热分解。在热解过程,发生一系列复杂化学反应,产生很多新生产物,木质材料发生了变化。

根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征,炭化过程大体上可分为如下四个阶段。 [1]

1. 干燥阶段

这个阶段的温度在20—150摄氏度,热解速度非常缓慢,主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发,木质材料的化学组成几乎没有变化。

2. 预炭化阶段

这个阶段的温度为50—275摄氏度,木质材料热分解反应比较明显,木质材料化学组成开始发生变化,其中不稳定的组分,如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。

以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升,所以又称为吸热分解阶段。

3. 炭化阶段

这个阶段的温度为75—400摄氏度,在这个阶段中,木质材料急剧地进行热分解,生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油,生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少,而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热,所以又称为放热反应阶段。

4. 煅烧阶段

温度上升450—500摄氏度,这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧,排出残留在木炭中的挥发性物质,提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。

应当指出,实际上这四个阶段的界限难以明确划分,由于炭化设备各个部位受热量不同,木质材料的导热系数又较小,因此,设备内木质材料所处的位置不同,甚至大块木材的内部和外部,也可能处于不同热解阶段。

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