竹材加工剩余物综合利用研究

刘志坤 李自建 高毕
（浙江林学院工程学院，临安，311300）

摘 要：竹材加工过程中会产生大量加工剩余物，大多数企业将此作为燃料，有些小型加工点则废弃，既浪费资源，又影响环境。本研究将竹材加工剩余物（实验材料为竹屑）定温干馏，即在干馏过程中使竹屑均匀加热升温，在控制温度条件下分阶段裂解，获得化学成分较为单纯的竹醋液和均质竹炭。
关键词：竹屑、干馏、温度

竹材加工过程中会产生大量加工剩余物，据统计，在竹地板、竹材胶合板、竹凉席以及竹制日用品的生产中竹材的重量利用率低于40%，有60%以上的竹材在加工过程中变成加工剩余物，现大多数企业将此作为燃料，有些小型加工点则废弃，既严重浪费资源，又影响环境。竹材加工剩余物的利用早已成为竹材加工企业非常关注的热点问题，也是加工利用中的技术难题。过去已开展的利用方法有：一是利用加工剩余物加工成成型燃料，它是在高温、高压条件下加工剩余物压缩成棒状或颗粒状且质地坚实的成型物[1]，二是将加工剩余物通过物理法或化学法制造活性炭[2]，三是将生物质材料进行能源转化利用，对生物质材料（加工剩余物）进行裂解、液化、气化和燃烧等转化[3]，四是利用加工剩余物制造人造板开展综合利用。综观上述各种利用方法和途径，有的存在加工工艺困难；有的存在技术难度大、短期内难以实现技术上的重大突破，暂时还不能工业化利用；有的经济上不可行。为了充分利用资源，探索竹材及加工剩余物高效利用新途径，本研究采用高温干馏方式对竹材加工剩余物进行热解，从而获得化学成分较为单纯的竹醋液和均质竹炭。

1 实验与工艺
1.1 实验材料与设备
竹屑取自竹席加工厂的加工剩余物，试验前已自然堆放三个月，堆放中曾经发酵，第一次实验竹屑含水率为30.1%，第二次实验竹屑含水率为42.1%。干馏釜为外热式自制干馏釜，具有控温装置和促使竹屑流动的装置，干馏中竹屑均匀翻动，均匀加热，采用人工辅助和自动相结合的控温方式控制干馏温度。
1.2 干馏工艺
根据竹材主要化学成热分解的基本规律，干馏工艺采用分阶段控温方式使半纤维素、纤维素、木质素先后解热，温度分110℃，170℃、225℃和275℃及以上等四个温度段。开始升温速度较快，当料温超过110℃以上时采用阶梯方式升温，升温时间尽可能缩短，升温至下一设定温度时，保温并收集竹醋液，当竹醋液流量很小时，再升温至另一阶梯温度继续收集竹醋液。在各阶梯温度点，通过冷凝装置冷凝,获得化学成分较为单纯的竹醋液。
1.3 干馏具体操作方法
干馏前测出竹屑的含水率，称量竹屑100kg放入干馏釜中，密封升温，记录起始温度和时间。当料温即将上升至设定值时开始控制，逐渐达到目标温度控制值，避免升温惯性导致温度失去控制，根据事先设定的目标温度，记录各阶段的时间及竹醋液的数量，每隔15分钟采集竹醋液样品，测定PH值，并观察颜色变化。

2 实验结果
实验结果见表1、表2。

表1 第一次实验数据一览表

序号 时间 温度（℃）（反应釜顶端出口） 单位时间内收集竹醋液质量（kg） PH 1 20:47 93.5 2.1 3 2 21:02 100 4.35 3 3 21:17 100 7.05 3 4 21:32 101 5.2 3 5 21:47 101 3* 2.8 6 22:02 101 0.6* 2.8 7 22:17 130 10.4 2.8 8 22:32 185 5.9 2.8 9 22:47 185 0.1 2.8 合计 38.7

* 因放热反应过快未能准确测量

表2 第二次实验结果汇总表

序号 时间 温度（℃）（干馏釜顶端出口） 单位时间内收集醋液质量（g） PH值 密度（g/ml） 1 20:23 75 760 3.6 0.996 2 20:38 75 330 3.8 0.986 3 20:53 86 1110 3.6 0.996 4 21:08 85.6 715 4.1 0.994 5 21:23 80.6 500 4.1 0.99 6 21:38 83.3 710 4.1 1.002 7 21:53 90 1480 4.1 1 8 22:08 88.5 1090 3.8 0.998 9 22:23 81 495 4.1 0.988 10 22:38 89.6 1740 3.8 0.996 11 22:53 95 2160 3.4 0.988 12 23:08 88.3 980 3.4 0.99 13 23:23 90 2140 3.4 0.986 14 23:38 90 1460 3.4 0.986 15 23:53 86.8 550 3.4 0.99 16 0:08 90 960 3.2 0.996 17 0:23 84.7 590 3.4 0.986 18 0:38 88 1150 3.2 0.996 19 0:53 91 1000 3.2 0.99 20 1:08 90.5 660 3.2 0.996 21 1:23 86 640 3.2 0.996 22 1:38 86 450 3.2 0.996 23 1:53 88 610 3.2 1.002 24 2:08 87.5 690 3.4 0.996 25 2:23 85.5 440 3.2 0.994 26 2:38 82 410 3.2 0.998 27 2:53 84.5 740 3.2 1.012 28 3:08 91.5 440 3.2 1 29 3:23 93.5 640 3.2 0.994 30 3:38 93 450 3.4 1.002 合计 29.4kg 平均0.995

注：干馏过程中因冷疑器泄漏，竹醋液得率偏少。

3 结论
3.1 竹材加工剩余物形态、结构差异极大，采用热解方式是资源高效利用且较为可行的途径。
3.2 通过定温干馏竹材加工剩余物可获得数量可观的、化学成分较为单纯的竹醋液。
3.3 经过存放的竹材加工剩余物干馏时所得竹醋液PH值变化范围由4.2左右变化到2.5左右，料温较低时PH值高，料温逐渐增高时PH值随之降低。
3.4 竹材加工剩余物干馏过程中出现竹醋液的两个高峰值：一是料温在100-120℃时，二是在料温200℃左右。
3.5 不论干馏温度高低，所得竹醋液的密度虽有变化，但平均值约为1。

参考文献
1 蒋剑春、刘石彩等；林业剩余物制造颗粒成型燃烧技术研究；林产化学与工业V01.19No.3 Sept.1999
2 杨敏、宋晓锐等；生物质的裂解及液化；林产化学与工业V01.20 No.4Dec.2000
3 古可隆 对我国活性炭工业发展的几点思考；林产化学与工业V01.19 No.1Mar.1999