活性炭的生產全部工藝木質材料炭化過程發(fā)生什么變化?木材、木屑、樹根、果核和果殼等木質材料的炭化,是把它放在炭化設備內加熱,進行熱分解。在熱解過程,發(fā)生一系列復雜化學反應,產生很多新生產物,木質材料發(fā)生了變化。根據(jù)熱分解過程的溫度變化和生成產物的情況等特征,炭化過程大體上可分為如下四個階段。
1. 干燥階段這個階段的溫度在120—150攝氏度,熱解速度非常緩慢,主要是木材中所含水分依靠外部供給的熱量進行蒸發(fā),木質材料的化學組成幾乎沒有變化。
2. 預炭化階段這個階段的溫度為150—275攝氏度,木質材料熱分解反應比較明顯,木質材料化學組成開始發(fā)生變化,其中不穩(wěn)定的組分,如半纖維素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。以上兩個階段都要外界供給熱量來保證熱解溫度的上升,所以又稱為吸熱分解階段。
3. 炭化階段這個階段的溫度為275—400攝氏度,在這個階段中,木質材料急劇地進行熱分解,生成大量分解產物。生成的液體產物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油,生成的氣體產物中二氧化碳含量逐漸減少,而甲烷、乙烯等可燃性氣體逐漸增多。這一階段放出大量反應熱,所以又稱為放熱反應階段。
4. 煅燒階段溫度上升到450—500攝氏度,這個階段依靠外部供給熱量進行木炭的煅燒,排出殘留在木炭中的揮發(fā)性物質,提高木炭的固定碳含量。這時生成液體產物已經(jīng)很少。應當指出,實際上這四個階段的界限難以明確劃分,由于炭化設備各個部位受熱量不同,木質材料的導熱系數(shù)又較小,因此,設備內木質材料所處的位置不同,甚至大塊木材的內部和外部,也可能處于不同熱解階段。炭化對原料的要求炭化的原料很多,薪材、森林采伐剩余物、森林撫育時消除的雜木、木材加工廠的剩余物,如木屑等都可以進行炭化。
除木屑為粒狀,需采用特殊炭化爐炭化外,其他原料多以木段為主,都適合大多數(shù)炭化爐或炭窯炭化原料的要求。炭化原料樹種可分為三類:*類為硬闊葉材,如水青岡、麻櫟、苦櫧、榆等;第二類為軟闊葉材,如楊、柳、椴等;第三類為針葉材,如馬尾松、南亞松、濕地松等。要生產出高質量的木炭,以適合冶金工業(yè)和二硫化碳工業(yè)等工業(yè)部門使用,炭化原料應選用硬闊葉材,而針葉材常用來生產松木炭,用于制造活性炭。
炭化材大小均勻,一般要求直徑不大于10厘米,若直徑太大,應把它劈開,劈裂線長度要求小于12厘米。炭化材的長度以炭化爐或炭窯的高度決定,若大材不劈開,因木材的導熱性差,炭化時產生的氣體混合物,由木材內部通向外部,所需通過的路徑很長,炭化時間也長。會導致木材機械強度下降。供炭化的薪材多屬萌芽林,故在秋冬季采伐,此時,樹木處于休眠階段,樹液停止流動,根部貯存物質,不受損害,利于來年萌芽更新;而且秋季天氣晴朗,相對濕度小,木材含水量低,伐下的薪材易干燥,可縮短炭化時間,減少燃料消耗,生產的木炭裂縫少,質量高。此外,腐朽木、病害枯死的木的木材,均不宜作炭化原料,因為腐朽木材炭化時,木炭疏松、易碎和容易自燃,大大降低木炭質量。