秸秆能源化利用技术第二集[致富早班车]

主持人：听众朋友，晚上好，欢迎收听致富早班车。

秸秆在我国的广大农村很常见，广大农民朋友对秸秆的处理呢大多是焚烧或是烧柴做饭，对秸秆缺乏有效的利用，而且无论是焚烧还是烧柴做饭都会给环境造成污染。其实有很多农民朋友可能还不知道在大家眼中看似不起眼的秸秆还能进行能源化的利用呢。而随着我国经济的不断发展，能源短缺的问题日益突出，那开发利用农作物秸秆，对于缓解能源危机，减轻环境污染，保护生态环境具有一定的现实意义。在今天的节目时间里，我们就来向广大农民朋友们介绍秸秆能源化利用技术，今天做客我们节目的专家是农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所副所长孟海波。孟所长，您好。

　  专家：主持人好，听众朋友们大家好！

主持人：今天呢我们来介绍秸秆能源化利用的其中一个方面——秸秆炭化技术。下面我们来介绍一下秸秆炭化技术。那什么是秸秆炭化技术呢？请孟所长来介绍一下。

专家：秸秆炭化技术，是一种将秸秆置于绝氧或者缺氧的条件下，高温加热，使其充分析出挥发分，以生成木炭为主要目的的工艺，也叫做炭化工艺或者干馏工艺。从堆积烧炭法算起，秸秆等生物质慢速热解已经有数千年的历史。目前，慢速热解炭化已经成为工业化的木炭生产技术，以木材为原料发展了不同生产规模的工艺装置，近年来也发展了竹木、秸秆成型燃料、稻壳等农林残余物原料的炭化工艺和装置。

主持人：那秸秆炭化技术产品都有哪些，都有什么优点呢？

专家：秸秆炭化过程中固体生物燃料分解成较为简单的物质，目标产物是木炭，同时得到可以利用的木醋液和木煤气等副产物。

固体产物：作为秸秆慢速热解工艺的主要产品，木炭具有含碳量高、孔隙结构发达、反应活性高的优点，既是一种优良的固体燃料，又是重要的工业原料。通过物理化学方法除去木炭内外表面覆盖的焦油等杂质，使其内部孔隙结构进一步地发达起来，制成具有高达300〜1500m2/g的比表面积和强大吸附能力的活性炭，在食品、化工、电子、国防、环保、农业等行业以及家庭生活中获得了广泛应用。

液体产物：秸秆炭化热解过程中，从炭化炉导出了蒸汽和气体的混合物，经冷凝分离后可以得到木醋液和不可冷凝的可燃气体。木醋液是棕黑色液体，其成分是十分复杂的，除了含较大量水分还含有200种以上的各种有机物，其中一些化合物如饱和酸蚁酸、丙酸和丁酸、不饱和酸丙烯酸、醇酸乙醇酸、杂环酸糠酸、饱和醇甲醇以及一些芳香烃物质。这些化合物中有些溶于水，有的不溶于水，上层的澄清木醋液进一步加工可以得到乙酸（或乙酸盐）、丙酸、丁酸、甲醇和有机溶剂等产品。沉积木焦油经加工后可以得到杂酚油、木馏油、木沥青等产品。

气体产物：主要成分是CO2、CO、CH4、C2H4、H2等。慢速热解中隔绝了空气，避免了氮气稀释，产生的可燃气是热值较髙的燃气。木炭生产中一般将木煤气燃烧后作为载热体，提供给炭化装置，在有剩余时也可以作为其他用途的燃料气。

主持人：刚才孟所长介绍了秸秆炭化技术的三种产物，分别是固体产物、液体产物和气体产物，并介绍了每种产物的优点。接下来我们再来说说秸秆炭化过程。秸秆炭化过程都有哪几个阶段，都有什么特征呢？请孟所长来介绍一下。

专家：概括起来，可以把秸秆炭化过程大体上划分为下列四个阶段。

第一是干燥阶段：炭化炉内温度在120〜150°C，热解进行得非常缓慢，主要发生秸秆原料中水分的蒸发，化学组成几乎没有变化。

第二是预炭化阶段：这个阶段炭化炉内温度为150〜275°C，热解反应比较明显，秸秆化学组分开始发生变化，比较不稳定的组分（如半纤维素）分解生成CO2、CO和少量乙酸等物质。以上两个阶段都要求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。

第三是炭化阶段：这个阶段温度为275〜450°C，在此温度段原料急剧地进行着热解，生成大量的分解产物。其中液体产物中含有较大量的乙酸、甲醇和木焦油；气体产物中CO2和CO逐渐减少，而烃类化合物如CH4、C2H4等逐渐增多。这一阶段放出大量的反应热，使炭化炉内温度很快上升，所以又称为放热反应阶段。

第四煅烧阶段：温度上升到450°C以上，这个阶段仍然依靠外部供给热量来进行秸秆炭的煅烧，排出残留在秸秆炭中的挥发物质，提高秸秆炭中的固定碳含量，此时生成的液体产物已经很少。

主持人：好，我们了解了秸秆炭化的过程，是四个阶段，干燥阶段、预炭化阶段、炭化阶段和煅烧阶段。那么用来秸秆炭化的装置与设备又都有哪些呢？

专家：秸秆炭化的装置与设备有下面几种：

（1）自热型炭化窑：

炭窑烧炭历史悠久，因其结构简单、易于建造、筑窑材料成本低、不受地理条件限制、生产的木炭质量好，至今国内外仍广泛使用，特别在生产髙品质木炭时。

（2）连续运行炭化炉

连续运行炭化炉克服了老式炉窑间歇性生产、人工操作工作量大和环境污染的缺点，适合于工业规模的秸秆木炭和活性炭生产。连续运行炭化炉的工艺特点如下。

①炭化反应在移动床中连续进行，炭化原料依靠重力向下移动或由机械移动，在移动过程中依次完成炭化的各个阶段，实现了机械化操作。

②属于自热型炭化装置，原料加热所需热量来自于炭化过程中析出的挥发分，而不是消耗原料，因此木炭得率高于炭窑，装置的能量转换效率也大为提高。

③适用于流动性较好的颗粒状燃料，颗粒度一般为10〜30mm，不适合于棒状燃料和粉状燃料。

④热解析出的蒸气气体混合物燃烧利用后，对环境污染大大减少。

（3）外热式干馏设备

干馏设备是生物质慢速热解的一种典型设备，已经有很多年历史，特别是在对林产化工 依赖性较高的年代得到大量应用。干馏设备分为外热式和内热式两种，外热式干馏设备的热量通过干馏釜壁面传入釜内，而内热式干馏设备将载热体直接通入干馏釜内。

外热式干馏设 备的工艺特点如下。

①属于外加热型炭化装置[https://www.nczfj.com/]，即将生物燃料加热的热量来自于其他燃料，通常是一部分与炭化原料相同的燃料，因此燃料消耗较大。

②适用于棒状燃料和颗粒状燃料。

③间歇性的炭化过程，在干馏釜中装入生物燃料后，将其封闭，完成所有炭化阶段后再将木炭取出。

④完全封闭的炭化过程，非常有利于回收利用木醋液和木煤气，是林产化工业获得高附加值产品的重要方式。

内热式干馏釜有许多形式，使用燃烧炉烟气作载热体的内热立式干馏釜是其中应用最广的一种，内热立式干馏设备的工艺特点如下：

①属于自供热型炭化设备，热解所需热量是燃料热解过程的放热和析出木煤气的燃烧热，木煤气循环使用。

②适用于流动性较好的颗粒状燃料，不适合于棒状燃料和粉状燃料。

③在干馏釜中的炭化过程是连续的，而加料和卸炭是间歇的。

④生产效率高，适合于较大规模机械化木炭生产。

主持人：在今天的节目时间里，我们为听众朋友们介绍秸秆炭化与发电技术，做客我们节目的是农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所副所长孟海波。在刚才的节目时间里，孟所长介绍了秸秆炭化过程以及秸秆炭化所需要的装置和设备。那么秸秆经过炭化后所产生的秸秆炭它都有哪些特性呢？请继续听孟所长的介绍。

专家：好，下面我来介绍一下秸秆炭的性质。

中国制订了木炭质量指标和试验方法。木炭质量指标主要有水分、灰分、固定碳、颗粒度及杂质含量等五项。其中水分主要取决于木炭储存条件和包装方法，因为孔隙发达的木炭有很强吸湿性，容易变得潮湿；灰分主要取决于烧制木炭的原料，在炭化过程中灰分集中在木炭中，灰分源自于原料中无机成分，灰分含量大的原料，木炭灰分含量也大，由于炭化过程中，原料灰分集中在占原料质量20%〜30%的木炭中，因此木炭灰分比原料灰分高得多。秸秆炭、稻壳炭的灰分经常在10%〜25%；固定碳含量受到热解最终温度和炭化程度的影响，取决于炭化设备和工艺参数。国家标准规定的木炭质量主要针对木本生物质烧制的木炭，对秸秆炭、稻壳炭、竹炭等尚未制订标准。按照指标衡量，竹炭可以达到木炭质量指标，而秸秆炭、稻壳炭则在含灰量等方面难以满足指标，但作为燃料使用仍有很大的市场。

木炭的物理性质包括机械强度、密度、孔隙度等，对于其在工业应用方面有着重要意义。木炭机械强度表示它对压碎和磨损的抵抗能力，在储存、运输过程中，强度高的木炭压溃损失小。木炭机械强度随原料品种而异，并且受炭化最终温度和时间的影响，还具有显著的方向性差异。由木本原料烧制的木炭强度较高，而由秸秆成型燃料烧制的秸秆炭强度低得多。

颗粒表观密度：大多数工业木炭的颗粒表观密度在0.36〜0.4g/cm3之间，真密度在1. 35〜1. 40g/cm3 之间。根据表观密度和真密度，可以确定木炭的孔隙度，木炭的总孔隙率通常在74%〜 77%。也就是说在木炭颗粒中，由挥发分析出形成的孔隙占据了大部分体积，使每克木炭的 比表面积达到了数百平方米数量级，因此木炭具有很髙的反应活性和吸附能力。

主持人：孟所长从水分、灰分、固定碳、颗粒度及杂质含量等五项介绍了秸秆炭的特性。我们通常都是用热值来表示燃料完全燃烧放出的热量，那么秸秆炭的热值和自燃性是怎么样一个情况呢？请孟所长来介绍一下。

专家：秸秆炭的热值：秸秆炭热值与炭化最终温度有关。炭化最终温度越高，所得木炭的碳元素含量越高，热值也越高。一般来说白炭的热值约为32. 5MJ/kg，黑炭约为27. lMJ/kg。

秸秆炭的自燃性：木炭孔隙率达到70%以上，比表面积为200〜300m2/g，具有较强吸附能力和反应能力。

木炭吸附空气中的氧放出反应热，如不能及时散出则使其温度升高，温度升高到一定程度将发生快速的氧化反应，即自燃。刚离开炭化设备的木炭遇到空气时易于发生自燃现象。促使木炭自燃的因素很多，例如腐朽木的木炭比一般木炭更容易自燃，因为腐朽木木炭孔隙度较大，为更多的氧气在单位时间内进入木炭表面创造了条件。当木炭机械强度较低时，容易生成许多碎块和炭粉，储存时容易堆实，不易散热而自燃。含有较高灰分的木炭具有较高自燃着火倾向。

为了防止木炭自燃，在炭化时应注意腐朽木数量不要超过一定限度，应力求原料尺寸和含水率均匀，以生产质量均匀的木炭，并采用较高炭化温度，以减少木炭挥发分含量。从炭化设备中卸除木炭时，应使其迅速冷却。木炭储存时不应含水太高，应筛去粉末炭，堆放时不要堆垛太高，注意通风、遮雨、防晒。

主持人：刚才孟所长介绍了秸秆炭的热值和自燃性，相信听众朋友们对秸秆炭有了进一步的了解。大家对传统木炭的用途都比较了解，那秸秆炭化后的秸秆炭的用途都有哪些呢？您又是否了解呢？相信听完孟所长的介绍,您对秸秆炭的用途会更加的清楚明白。

专家：好，下面我们来介绍一下秸秆炭的用途。

秸秆炭化后得到的秸秆炭，具有高固定碳、低挥发分含量和较发达的孔隙结构，因而反应活性很高，既是一种优良的固体燃料，又在冶金工业、化学工业、食品工业、环境保护、农业等方面有着广泛用途。传统的木炭生产主要以木材为原料，近年来以农业残余物生产的秸秆炭、稻壳炭和以竹材生产的竹炭产量不断增加，成为固体生物燃料的一大门类。秸秆炭化后用途十分广泛，主要包括：

(1)　 冶金工业的应用。木炭用来冶铁已有很长的历史，其冶炼的生铁具有晶粒细小、铸件紧密、缺陷少的优点，这是因为木炭对氧化铁的还原过程可以在较低温度下进行。用木炭生产的铁含氢、氧气体少，铸件紧密均匀，杂质少，适于生产优质钢。在有色金属生产中，木炭常用作表面助熔剂，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饱和度。木炭在铜及铜合金（铜磷合金、铜硅合金）、锡合金、铝合金、锰合金、硅合金、铍青铜合金等生产中广泛用作表面助熔剂。

(2)　 晶体硅的生产。晶体硅是重要的电子工业和新能源材料，工业晶体硅对杂质含量有严格要求，为了保证产品纯度，需要使用高品质还原剂。木炭的纯度、孔隙度、反应能力与介电性都比其他碳素材料更能满足以上要求，因此广泛地用于生产晶体硅。生产晶体硅需使用不含炭头、低灰分和杂质含量的木炭。生产晶体硅时，木炭、石油焦与石英石共同在电炉中加热，反应区温度高达2000°C，石英石蒸发的二氧化硅蒸气，与赤热木炭反应，放出一氧化碳，逐步还原为一氧化硅和纯硅。生产1t晶体硅需消耗木炭1.4t。

(3)　 制造渗碳剂。渗碳处理是钢制零件的重要热处理方式，渗碳后零件表面具有较高硬度和耐磨性，而中心具有良好韧性，大大改善了零件力学性能。用来进行渗碳处理的含碳混合物称为渗碳剂，其中主要成分是木炭。在渗碳过程中，渗碳剂和钢制零件一起在密闭容器 中加热，其中的碳与氧结合生成一氧化碳，一氧化碳与零件表面接触后，又会发生析碳反应生成二氧化碳和原子态的碳，原子态的碳和零件表面的铁化合为Fe3C，溶解到奥氏体中，并逐渐扩散到零件内部，增加了零件表面层的含碳量。单纯木炭的渗碳效果较差，而且在渗 碳过程中，产生的一氧化碳会逐渐减少，因此需要加入一定数量的接触剂，如碳酸钡和碳酸钠等。渗碳剂中木炭含量约为80%，主要工艺是将碳酸钡浆液在搅拌机中涂敷到木炭表面，然后用回转滚筒干燥机干燥。

(4)　 制造二硫化碳。二硫化碳是挥发性无色有毒液体，具有强折光性，是良好的溶剂，对硫、磷、生橡胶、各种油脂和树脂类物质有良好溶解作用，应用于人造丝、玻璃纸、橡胶轮胎帘子线等的生产，还用于制造四氯化碳等。木炭是制造二硫化碳的优质原料，每年都有大量木炭用于制造二硫化碳。工业上制造二硫化碳的方法是：先对木炭进行500〜600°C的干燥和煅烧，除尽水分，降低挥发分含量，然后将硫黄蒸气通过高温木炭层，反应温度约 800°C。生产1t二硫化碳要消耗木炭0.5t。

(5)　 用作燃料。木炭具有低挥发分、高热值、燃烧完全、燃烧过程清洁的突出优点，是一种优良固体生物燃料。用木炭烧烤的食品风味独特，在世界的各个角落都十分流行。随着生活水平提高和旅游业发展，木炭消费量持续增长。出于对森林资源保护和利用农业残余物的考虑，近年来各种用木屑、秸秆、稻壳生产的机制木炭逐渐占领了市场，成为燃料木炭的主要品种。

在农林业中的应用木炭孔隙结构发达，吸附性能好，能够使土壤疏松通气、保持水分、促进微生物繁殖，具有改良土壤的作用。木炭吸附了化肥和农药以后，能够缓慢释放，起到提高肥料利用效率的效果。近年来，秸秆炭被用于生产炭基有机肥，不仅能够改良土壤，而且能够提高作物产量。

主持人：今天孟所长从秸秆的炭化过程、秸秆炭化的装置与设备、秸秆炭的特性、秸秆炭的用途等方面介绍了秸秆炭化技术。使我们对于秸秆的用途有了更深入地了解。好，我们感谢孟所长的介绍。