木煤气
木煤气(英语:Wood 燃气)是一种合成气燃料,可以被用作炉具燃料、替代汽油、柴油,或用于车辆的其他燃料。在生产过程中,生物质或其它含碳材料在木材气体发生器中的低氧环境中被气化产生氢气和一氧化碳。在富氧环境中,这些气体可以作为燃料,产生二氧化碳、水和热量。水煤气生产过程发生在一些气化炉中,此过程之前是裂解(Pyrolysis),其中生物质或煤首先被转换为炭,释放出甲烷和含有丰富的多环芳香烃的焦油。
历史
第一个木材气化炉显然是由比朔夫(Gustav Bischof)于1839年建成。木煤气动力的第一辆汽车是由托马斯·休·帕克(Thomas Hugh Parker)于1901年建成。在第二次世界大战期间,因为化石燃料定量配给,木煤气用来给车辆提供动力。仅在德国,就有约有50万“人造煤气”的车辆被投入使用一直到战争结束。卡车,客车,拖拉机,摩托车,轮船和火车都被配备有木材气化装置。在1942年(当时木煤气还没有十分普及),瑞典大约有73,000辆木煤气汽车,法国有65,000辆,丹麦有10,000辆,瑞士有将近8,000辆木煤气汽车。1944年,芬兰有43,000辆“木汽车”,其中30,000辆是公共汽车和卡车,7,000辆私人汽车,还有4,000辆拖拉机和600艘船。
介绍
在高温和气化剂(空气或含氧物质)的作用下,木材转变为可燃烧的气体,称为木煤气。由木材转变为木煤气的过程,称为木材的气化过程,实现这一过程的关键设备是煤气发生炉。将木材转变为木煤气后,燃烧过程易调解,燃烧完全,火焰温度高,没有灰渣,且易于输送,所以采用木煤气做燃料比直接用木材好。
生产原料
木材废料,森林采伐剩余物,农作物秸秆和其他含碳有机化合物。常用的气化剂为空气、蒸汽及它们的混合气体。
木材气化原理
木炭之类含碳材料进入煤气发生炉中,经过干燥、碳化两个区域以后进入气化区,与气化剂发生反应,转变为可燃性气体。
产生煤气的气化反应是在固体炭化物与气化剂之间发生的多相反应。反应经过三个步骤:气化剂穿过固体炭化物表面的气膜扩散到炭化物表面,气化剂在炭化物表面发生气化反应,气化反应产物穿过固体炭化物表面的气膜扩散出来,其中气化反应速度主要取决于气化剂及气化产物穿过固体炭化物表面气膜的扩散速度。
煤气发生因素
①木块的大小。木块的大小影响气化剂与木块的接触面积,从而影响气化反应速度,因此木块应预先粉碎至规定的大小。
②木材的含水率。本材的含水率,蒸发水分所消耗的热量增加,使煤气发生炉中干燥区所占的比例增大,导致煤气发生炉的生产能力下降。
③气化剂的种类及用量。丘i化剂的种类对气化反应速度、煤气的组成及热量都有影响。其rfl以蒸汽为气化剂生产的煤气的发热量最大,达10000~11300kJ/Nm3,而以空气和水蒸气构成的复合气化剂生产的煤气的发热量最低,为1000~10400 kJ/Nm3。在一定范围内,提高气化剂流速,可提高气化反应速度,增加煤气发生炉的生产能力。
④气化温度。适当提高气化温度,可以提高气化反应速度,增加生产能力,但温度太高,会出现炉料烧结熔化,烧坏炉内金属构件。因此,虽然在理论上煤气发生炉内气化区温度可以提高到1600℃左右,但实际上受材质的影响,提高的幅度是有限的。
利用
由不同树种和不同碳化釜型热解所得的木煤气,它们的组成百分率也稍有不同,它含有45~50%的二氧化碳、28~30%的一氧化碳、18~24%的甲烷、1.5~3%的乙烯和1~3%的氢。
木煤气在现代干馏工艺中,都利用为热解的热源。在间歇作业的干馏釜中,由于热解温度逐渐上升,每立方米气体(在0℃和760毫米汞柱时)的发热量和由1公斤木材所得的气体量,也随着增加。
木煤气含有的二氧化碳,可用氢氧化吸收下来,制成碳酸氢铵肥料。
NH4OH+CO2—→NH4HCO3
此外,还可利用它通过酚纳溶液来分解酚纳,制取杂酚。一般木焦油镏程在190~230℃的馏分,与氢氧化纳作用后,可以分离出烃油,它的酚钠溶液,一般都以硫酸来分解,制取杂酚。分解后的水溶液,经浓缩结晶,还可回收碳酸氢纳(叉称碳酸氢钠)。它的反应式如下:
R—ONa+CO2+H2O—→R—OH+NaHCO3
热解产生的二氧化碳如果加以利用,经济意义很大。如某木材干镏厂全年的加工量为30000层积立方来材。木材热解所产生的木煤气中含有的二氧化碳,按统计全年约为2160吨,但该厂木焦油车间全年分解所需的二氧化碳理论用量仅仅是63吨。像这样一个中型规模的木材千馏厂,全年从碳化车间和气体循环系统中排出的大量二氧化碳,就白白浪费了,故必须设法加以利用。二氧化碳经过净化、压缩而成的干冰(即固体二氧化碳)在工业上的用途很大。
此外,还可把木煤气进行不完全的燃烧,制成碳黑,供橡胶工业作为耐磨剂用。