4.1。木材如何转化为木炭

碳化阶段在木炭生产中可能具有决定性，即使它不是最昂贵的。除非尽可能有效地进行，否则会使木炭生产的整个运作面临风险，因为碳化的低产量反映在整个生产链中，因为成本增加和资源浪费。

木材由三种主要成分组成：纤维素，木质素和水。纤维素和木质素以及一些其他材料紧密结合在一起，构成我们称之为木材的材料。水被吸附或保持为纤维素/木质素结构上的水分子。空气干燥或“经过调味”的木材仍然含有12-18％的吸附水。另外，生长的，新鲜切割的或“未干燥的”木材含有液态水，使总含水量为约40-100％，表示为木材的烘箱干重的百分比。

在进行碳化之前，木材中的水都必须作为蒸汽被驱除。蒸发水需要大量的能量，以便在碳化之前尽可能多地使用太阳预干燥木材，从而大大提高效率。残留在待碳化的木材中的水必须在窑或坑中蒸发，这种能量必须通过燃烧一些木材来提供，否则这些木材将被转化为有用的木炭。

窑中碳化的第一步是在100℃或更低温度下将木材干燥至水分含量为零。然后将烘箱干燥木材的温度升至约280℃。这些步骤的能量来自一些加入窑或坑的木材的部分燃烧，它是一种能量吸收或吸热反应。

当木材干燥并加热到280°C左右时，它开始自然分解产生木炭加水蒸气，甲醇，乙酸和更复杂的化学品，主要是焦油和主要由氢气组成的不可冷凝气体。 ，一氧化碳和二氧化碳。空气进入碳化窑或坑以允许一些木材燃烧，并且来自该空气的氮气也将存在于气体中。空气中的氧气被用于燃烧部分木材中。

木材在280℃以上的自发分解或碳化释放出能量，因此该反应被认为是放热的。这种自发分解或碳化过程一直持续到只剩下被称为木炭的碳化残渣。除非提供进一步的外部热量，否则该过程停止并且温度达到最高约400℃。然而，这种木炭仍含有可观量的焦油残渣，以及原木的灰分。木炭的灰分含量约为3-5％; 焦油状残余物可占约30％（重量），余量为固定碳约65-70％。进一步加热通过驱除和分解更多焦油来增加固定碳含量。温度为500℃时，典型的固定碳含量约为85％，挥发物含量约为10％。在这个温度下木炭的产量约为碳化干燥木材重量的33％ - 不计算燃烧的木材使其余部分碳化。因此，由于其挥发性焦油状物质含量的变化，木炭的理论产率随碳化温度而变化。（24,26,31）。表4显示了最终碳化温度对木炭产率和组成的影响。因此，由于其挥发性焦油状物质含量的变化，木炭的理论产率随碳化温度而变化。（24,26,31）。表4显示了最终碳化温度对木炭产率和组成的影响。因此，由于其挥发性焦油状物质含量的变化，木炭的理论产率随碳化温度而变化。（24,26,31）。表4显示了最终碳化温度对木炭产率和组成的影响。

表4.碳化温度对木炭产量和组成的影响

低碳化温度使木炭产量更高，但这种木炭品位低，由于酸性焦油的含量而具有腐蚀性，并且不会在干净的无烟火焰下燃烧。良好的商业木炭应具有约75％的固定碳含量，这要求最终的碳化温度为约500℃。

木炭的产量也随着木材的种类而变化。有证据表明，木材的木质素含量对木炭产量有积极影响。高木质素含量可提供高产率的木炭。因此，健全的成熟木材是木炭生产的首选。密集的木材也倾向于产生致密的强力木炭，这也是可取的。然而，非常茂密的木材有时会产生易碎的木炭，因为木材在碳化过程中往往会破碎。随着碳化温度的升高，木炭的脆性增加，固定的碳含量随着挥发性物质含量的降低而增加。450至500℃的温度在脆性和对高固定碳含量的需求之间提供了最佳平衡。

碳化过程中可能存在的许多变量使得难以确定最佳程序 - 通常使用中到高密度的声硬木可以获得最佳结果。木材应尽可能干燥，通常可以分开，以消除厚度超过20厘米的碎片。将在窑或坑内燃烧以干燥并开始剩余碳化的木柴质量较差且横截面较小。它的唯一功能是产生热量以使其变干并将其余部分加热至碳化温度。人们应该尝试在整个充电过程中达到约500°C的最终温度。由于空气循环和冷却效果不规则并且出现冷点，因此难以使用凹坑。这些产生了未碳化木材的“品牌”。试图使用具有不良和不规则空气循环的坑或窑达到500°C的最终总体温度通常会导致部分木炭燃烧成灰烬，而电荷的其他部分仅部分碳化。因此，使用精心设计的窑炉对于有效的木炭操作非常重要。有关碳化技术方面的更多信息，请参见参考文献6和7。

4.2。碳化工业安全

碳化产生的物质可以证明是有害的，应该采取简单的预防措施来降低风险。

通过碳化产生的气体具有高含量的一氧化碳，其在呼吸时是有毒的。因此，当在操作期间窑或坑周围工作以及当窑打开卸载时，必须注意提供适当的通风以允许在通过热木炭的自发点火卸载期间产生的一氧化碳，被驱散

碳化产生的焦油和烟雾尽管不是直接有毒的，但可能对呼吸系统产生长期的破坏性影响。在可能的情况下，住房区应设置成使盛行的风从木炭作业中带走烟雾，而窑的电池不应靠近住房区。

木焦油和焦木酸可能对皮肤有刺激性，应注意避免长时间的皮肤接触，提供防护服并采用可最大程度减少接触的工作程序。

焦油和焦木酒也会严重污染溪流，影响人类和动物的饮用水供应。鱼类也可能受到不利影响。来自中型和大型木炭操作的液体流出物和废水应被困在大型沉淀池中并使其蒸发，以使该水不会进入局部排水系统并污染物流。

幸运的是，与蒸馏器和其他复杂系统不同的窑炉和窑炉通常不会产生液体流出物 - 副产物大多分散在空气中作为蒸汽。在这种情况下，防止空气污染环境的预防措施更为重要。

4.3。激励和劳动管理

燃烧木炭是一项负责任的操作，需要技巧，耐心，经验和随时准备，以便在任何时候和所有天气中观察正确的工作方法。在燃烧阶段实现的产量影响整个操作的经济性。因此，根据他们生产的木炭的质量和数量，向木炭燃烧工作人员支付正常工资的激励是值得的。这种方案需要适当测量进入的木材和离开系统的木炭。测量可以按体积或按重量进行，但在任何情况下，如果要正常运行并满足所有各方，则必须认真执行。

木炭生产通常是季节性活动。雨季可以关闭运营，或者传统上可以在农业收获或种植作业中的某些时间使用劳动力。这使得难以吸引和拥有训练有素且有动力的劳动力。但良好的结果取决于稳定和满足的劳动力。因此，重要的是努力在木炭生产中建立稳定的劳动制度。该特征将被注意为所有成功的大规模木炭操作的特征。