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木質材料炭化過程發生什么變化？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，發生一系列復雜化學反應，產生很多新生產物，木質材料發生了變化。根據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20—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，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50—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生變化，其中不穩定的組分，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75—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性物質，提高木炭的固定碳含量。這時生成液體產物已經很少。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，都適合大多數炭化爐或炭窯炭化原料的要求。炭化原料樹種可分為三類：第一類為硬闊葉材，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，以適合冶金工業和二硫化碳工業等工業部門使用，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。炭化材最好大小均勻，一般要求直徑不大于0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，故最好在秋冬季采伐，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。怎樣進行筑窯燒炭？炭窯修筑前，都要進行窯址選擇，對窯址有如下要求：1.附近資源豐富，原料和木炭的運輸比較方便；2.靠近水源，但又不會受到地表水沖刷淹沒，或積聚雨水；3.土質堅實，最好是能耐火燒的粘土；4.坡度較小，又有堆放原料和木炭的地方；5.如果是山坡地，選擇的山坡方向要使筑成的炭窯燃燒室通風口朝向常風的方向，有利于通風和燃燒。現以豬頭窯為例子，說明炭窯的筑造過程。在選好的窯址上，畫一個等邊三角形，其中一個頂角，用于聯接燃燒室，這個頂角應朝常風方向。三角形邊長約2.1米并修成弧形，在線內向下挖1米深左右，即為炭化室。在燃燒室對面炭化室后下方正中挖煙道腔和排煙孔，孔高14厘米，寬18厘米，炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形頂角打一排橫向木楔后即進行裝柴，薪材直立裝入炭化室中，質量好的上等薪材裝在后面，中等的裝在中間，質量差的下等材裝在最前面，裝材細頭向下，粗頭向上，中心略高于四周，使薪材堆成拱形。上面蓋上一層稻草，在炭化室的后面兩個邊角上放上二個藤圈，在炭化室的中前部近邊線上也放上二個藤圈，這四個藤圈作為煙孔。然后沿四周鋪泥土，筑窯蓋，邊鋪土，邊打緊，錘打得越緊越好，窯蓋筑好后，將煙孔中的泥土挖去，并鋪上松土。在炭化室前面筑燃燒室，燃燒室前端低于后端。筑好窯型后就可進行烘窯，烘窯時，在燃燒室點火，火力不要太猛。如果烘窯速度太快，炭窯將不夠堅實，火燒去木楔，形成通道，逐漸燒入炭化室，待煙孔松土發白時，把松土挖去，從煙孔冒出白煙，當煙色轉青時，將煙孔蓋上，打開煙道口，使煙氣從煙道口冒出，煙色變青時，將所有孔口堵塞，進行悶窯，經2天冷卻后，炭窯即成型固定，在窯的側面開一個出炭門，進行出炭，以后可以繼續裝柴燒炭，其過程和前面烘窯相同，只是燒炭時間較短，正常的燒炭周轉時間約3—4天。移動式炭化爐怎樣燒炭？移動式炭化爐用2毫米厚的薄鋼板焊接，由爐下體、上體和頂蓋疊接而成。爐下體為空心圓臺體，距離下端20毫米高的弧面上，間隔等距離地開通風口和煙道各4個，通風口和煙道上分別裝有通風管和煙囪，爐下體的內部設有4塊扇形爐柵，中央豎立一個點火通風架。爐上體直徑比下體略小，性狀相同。爐頂蓋中央設一個點火口，用點火口蓋來封閉它。爐體全高1525毫米，有效容積2.75立方米，一次處理原料量2.2層積立方米。移動式炭化爐對原料的要求為：炭材長1米，直徑3—8厘米；點火材長25厘米，直徑5厘米；燃料材長50厘米，直徑5厘米，含水率要求在25%以下。燒炭時，將爐下體放在平地中心，裝入4塊扇形爐柵，爐上體放在爐下體的凹槽上，點火通風架豎立在爐柵中央，煙囪和通風管分別插在煙道口和通風口上。點火材呈井字形平放在點火通風架上；制炭材直立地裝在爐內，大頭向上，大徑級和含水率較高的裝在爐體中央；制炭材的頂端橫鋪一層燃料材。爐頂蓋放在爐上體的凹槽上，為了密封，各層的凹槽內均用沙土填滿，爐下體外緣填一層厚250毫米的泥土并夯實。用明子等易燃材料點火，從爐頂蓋上的點火口投入爐內，將點火材和制炭材頂端的燃料材點燃，并不斷地添入燃料材；當煙囪口溫度達到60攝氏度，蓋上點火口，并用沙土填入凹槽內密封。當炭化進行4—5小時，爐內制炭材的干燥階段結束。當煙囪口煙氣由白色變黃色時，逐步關閉通風口插板。當通風口出現火焰，煙囪口冒青煙，煙囪內發出嗡嗡響聲，預示炭化過程結束。立即用泥土封閉通風口，再過30分鐘，將煙囪除去，封閉煙道口。爐內溫度冷卻至40攝氏度時；開爐出炭。木炭得率為25%左右，木炭含水率為6%。多槽炭化爐怎樣進行木屑炭化？木屑是一種多孔隙松散的物料，在炭化時，特別要注意木屑是熱的極不良導體這一性質，所采用的設備形式，應考慮如何加快傳熱和傳熱均勻的問題。否則炭化將不能完成。多槽炭化爐是根據木屑特性而設計的專用木屑炭化設備。多槽炭化爐每臺爐有14個立式炭化槽，每個炭化槽的兩側為煙道，一臺爐內共有15個煙道，爐的內部用耐火磚，外部用青磚砌成，爐長7米，寬4.5米，每爐設五個燃燒室，每一燃燒室與爐內的3個煙道相通，燃燒煙氣在爐內煙道中分5層曲折上升至頂部，與煙囪連通，煙囪高10米，高溫煙氣在運動中將熱量通過隔墻間接地傳給炭化物料。炭化產生的蒸汽氣體通過房頂排氣罩排空，爐頂設加料室，原料由此加入炭化槽，每個炭化槽均有一個卸炭口，卸炭口設在與燃燒室相反的一面。生產時，首先在燃燒室點火，加熱炭化槽，待溫度升至300攝氏度時開始投料，直至加滿為止，每個炭化爐第一次投料可投下松木屑1400—1700公斤，待部分木屑炭化后，在各炭化室內上下攪動一下，以免炭化室內木屑之間存有空隙引起灰化，在攪動時，被木屑阻留在炭化室內的氣體往往會連同煙火一齊上揚，灼傷人體，應特別注意安全。對炭化室進行攪動后，便可進行第二次投料，投料量600—800公斤。在炭化過程中，當炭化槽冒出青煙或無煙，加料口和出炭口外部沒有火焰冒出，炭化槽內物料呈暗紅色，不冒火星時，表明炭化結束，即可出炭。出炭時，把出炭門打開，用長柄鐵耙把炭粉耙入鐵桶內，立即用濕炭粉蓋上，以防炭粉灰化。每爐投料量為2—2.5噸木屑，爐溫約700攝氏度，炭化時間隨原料含水率而異，約4—8小時，每爐可得木屑炭300—400公斤，耗煤1.5—1.7噸。這種炭化爐結構簡單，容易砌造，操作易掌握；但耗煤量大，炭得率低，質量不夠均勻，高溫操作，勞動強度大。木炭的性質1.木炭的外部形態質量高的木炭斷面具有黑色光澤，敲打時發出響亮清脆的金屬聲。在不同的溫度下燒制的木炭，其外部形態是不同的。在低于250攝氏度時燒制的炭，表面帶褐色，不易敲斷，燃燒時有火焰；300—350攝氏度燒制的木炭表面呈黑色，當燒制溫度達500攝氏度時，敲打時，木炭發出響亮金屬聲。2.木炭的固定碳固定碳是一個假定的概念，它是在規定的高溫，一般為850—950攝氏度下，不通入空氣進行煅燒時的無灰分的木炭。一般的木炭可能含70%—80%的固定碳。隨煅燒溫度升高，木炭中固定碳的相對含量增加。3.木炭的揮發分木炭在高溫下煅燒時放出一氧化碳、二氧化碳、氫、甲烷和其他碳氫化合物等氣態產物稱為揮發分。燒制木炭的溫度在300—700攝氏度以內時，隨著溫度的升高，木炭煅燒時所分出的揮發分的組成發生下列變化：二氧化碳、一氧化碳和甲烷的含量逐漸降低，而氫的含量逐漸增加。燒炭的溫度升高時，木炭的發熱量增高，而氣體的發熱量降低。4.木炭的機械強度木炭的機械強度表示它對壓碎和磨損的抵抗能力，它在木炭的轉裝和運輸上以及在冶金工業應用上有很大意義。轉載的次數愈多，在熔鐵爐的爐胸中，木炭受到上部爐料強大壓力，而由上向下移動時，則受到爐料塊和爐胸壁的強烈摩擦，如果木炭變成碎屑，氣體難以通過爐料，熔鐵爐的操作就會發生故障。木炭強度沿縱向較高，徑向較低，而弦向最低。當燒制木炭最終溫度相同時，木炭強度隨燒炭時間的增加而增加。5.木炭的比重和孔隙度木炭的比重因樹種、木材的質量、炭化的最終溫度和升溫速度而不同。一般比重大的木材燒成
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