木材热解PPT课件

1、第1页/共61页一、一、木材热解：木材或木质原料在隔绝空气或通入适量空气或其他介质条件下受热降解的化学反应过程。木材热解工业根据目的产物的不同，主要包括： n 木材干馏n 木材炭化n 木材气化n 木材液化以制取木炭为主要产品的木材热分解工艺 ?第2页/共61页生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%。 相关概念第3页/共61页Pyrolysis Biomass is

2、 heated rapidly with little or no oxygen (air) added anaerobic Many molecular bonds are broken, gases and liquids are released, char remains第4页/共61页热解过程流程图热解过程流程图 进料热解反应釜液体产物收集器冷凝、冷却器干燥固体产物收集回收不凝性气体生物质原料第5页/共61页操作条件对热解过程的影响操作条件对热解过程的影响第6页/共61页第7页/共61页：一支黄花草、第8页/共61页Source of ResidueType of Residue F

3、orest operations Branches, needles, leaves, stumps, roots, low grade and decayed wood, slashings and sawdust Pulp industry, Sawmilling and planning Bark, sawdust, trimmings, split wood, planer shavings Plywood production Bark, core, sawdust, veneer clippings and waste, panel trim, sanderdust Particl

4、eboard production Bark, screening fines, panel trim, sawdust, sanderdust Wood Wastes Packing material, old wooden furniture, wooden building waste (demolition wood)第9页/共61页第10页/共61页木材干馏热解应用最早出现，后来出现了煤炭的干馏热解（炼焦）。在很长一段时期内，人们认为只用煤、木材才能干馏热解，而草本植物不可能干馏。八十年代初，南方先生首先提出了草本植物进行热解与木材热解将有相似的结果，九十年代初被试验所证实。当时对2

5、0多种草本植物进行了干馏热解试验，如蒿草、一支黄花草、芦苇草、玉米秸秆、麦秸干、豆秸、稻草、稻壳、玉米芯、甘蔗渣、花生壳、椰子壳、棕榈籽壳、树枝、树叶等。对这些物质进行干馏热解所得到的产品，与木材干馏热解所得到的产品及其相似，都产生木质炭、木焦油、木煤气、木醋液 。小结第11页/共61页第12页/共61页第13页/共61页第14页/共61页第15页/共61页催 化 剂固 体液 体 燃 料 油高 温 高 压氧 化 剂固 体可 燃 性 气 体高 温第16页/共61页(Co) combustionGasificationPyrolysisWoodUpgrading treatmentCH3OH, C

6、nHm, H2 Direct heatingIndirectHeatingSynthesis/cleaning Atmospheric or pressurizedO2, air, H2OBio-fuelsDirect LiquefactionsyngasH2O, critical conditions,Hydro liquefaction (H2)High PressureLiquid biomassHeavy bio-oilslowfast, flashHeat and ElectricityFlue gasEngine or TurbinecharoilgasCharcoal第17页/共

7、61页Thermal ProcessTemperatureAtmosphereProductsMean overall YieldCombustion 900CO2 (air)CO2 + H2O + N2+ ashes to be treated 65 %Pyrolysis 700CInert gas orLow pressureMainly gas (CO, H2, CH4, C2H4 ) with low quantity of char used 75 %Gasification 800CAir or H2O vapourGas (H2, CO, CO2, CH4, N2) + ashe

8、s to be treated50-60 %Liquefaction by Fast Pyrolysis 550CLow pressureHigh viscosity liquid (phenols) 75 %Direct Liquefaction300C- 350CSlurry in waterCO High pressureHigh viscosity liquid (phenols) non soluble in water 80 %第18页/共61页第19页/共61页第20页/共61页Biomass upgrading into Energy or Chemicals Co-combu

9、stionBioprocessesFuel cellsEngineTurbineSNGDMEH2Fischer TropschhydrocarbonsAlcoholsMethanolEthanolBio-fuelDirectCombustionBiomassElectricityHeatGasificationPyrolysisDirectLiquefaction第21页/共61页第22页/共61页第23页/共61页 木材热解的主要产品无定形碳第24页/共61页第25页/共61页混合活化法活性炭混合活化法活性炭第26页/共61页第27页/共61页【碳质材料作为吸附剂碳质材料作为吸附剂】 最早，

10、即公元前最早，即公元前15501550年古埃及，炭作为药物。年古埃及，炭作为药物。 1818世纪末，谢勒（世纪末，谢勒（17731773年）和方塔纳（年）和方塔纳（17771777年）首先科学年）首先科学地证明了木炭对地证明了木炭对气体气体有吸附能力；洛维茨（有吸附能力；洛维茨（17851785年）首先年）首先记载了木炭对各种记载了木炭对各种液体液体具有脱色能力。具有脱色能力。 19091909年欧洲首次制造出年欧洲首次制造出粉末状活性炭粉末状活性炭。 活性炭在液相中的应用最初用于活性炭在液相中的应用最初用于脱色脱色，19271927年美国芝加哥年美国芝加哥首先使用活性炭净化自来水；除去水源中

11、混入的苯酚与消毒首先使用活性炭净化自来水；除去水源中混入的苯酚与消毒用的氯气反应而生成的氯酚，为活性炭开辟了一个新的巨大用的氯气反应而生成的氯酚，为活性炭开辟了一个新的巨大市场。市场。 第一次世界大战时，活性炭开始应用于气相吸附中。当时战第一次世界大战时，活性炭开始应用于气相吸附中。当时战场上使用毒气（场上使用毒气（19151915年），开始研究年），开始研究防毒面具防毒面具用活性炭。用活性炭。通过用各种金属盐类浸渍活性炭来分解有毒气体的研究，开通过用各种金属盐类浸渍活性炭来分解有毒气体的研究，开创了活性炭作为催化剂或催化剂载体的研究。创了活性炭作为催化剂或催化剂载体的研究。 今后，活性炭的应

12、用范围不断扩大。今后，活性炭的应用范围不断扩大。第28页/共61页回收溶剂，精制气体，分离烃类等；回收溶剂，精制气体，分离烃类等；食品、医药、化学等工业中溶液的脱色、精制、回收食品、医药、化学等工业中溶液的脱色、精制、回收和分离等；和分离等；净化用水，废水处理，净化空气、去除生产中排放的净化用水，废水处理，净化空气、去除生产中排放的有害气体等；有害气体等；催化剂、催化剂载体等；催化剂、催化剂载体等；防除原子能设施放出的放射性物质；防除原子能设施放出的放射性物质； 家用净水器、冰箱除臭剂、防臭鞋垫、香烟过滤嘴等；家用净水器、冰箱除臭剂、防臭鞋垫、香烟过滤嘴等；第29页/共61页第30页/共61页

13、工艺品工艺品风铃第31页/共61页木材热解是森林资源综合利用的重要方法之一，热解产品木材热解是森林资源综合利用的重要方法之一，热解产品广泛地应用在各个生产部门：解决能源问题，消除环境污广泛地应用在各个生产部门：解决能源问题，消除环境污染，随着工农业生产的发展，对这些产品的需求将日益扩染，随着工农业生产的发展，对这些产品的需求将日益扩大。大。：u研究如何扩大原料资源；研究如何扩大原料资源；u解决活性炭生产本身造成的污染；解决活性炭生产本身造成的污染；u开发新品种，扩大应用领域；开发新品种，扩大应用领域；u基础性研究：通过新仪器和新技术的应用，研究活性炭基础性研究：通过新仪器和新技术的应用，研究活

14、性炭的表面物理化学性质及结构，活性炭的进一步加工及其在的表面物理化学性质及结构，活性炭的进一步加工及其在使用过程中的作用机理。使用过程中的作用机理。u木材的气化、液化等；木材的气化、液化等；第32页/共61页本课程的学习内容木材的热分解及其产物的形成过程木材热解条件对热解过程的影响 木材热解工艺活性炭的结构和性质 气体活化法生产活性炭 化学药品活化法生产活性炭 活性炭的应用和再生 第33页/共61页上节课内容复习及学习要求上节课内容复习及学习要求木材干馏木材炭化木材气化木材液化生物质热解木材热解第34页/共61页本课程的学习目的掌握木材热解的基本理论了解木材热解工艺掌握活性炭的性能和一般的制造

15、方法了解木材热解领域常用设备及该领域的发展动向等方面 的知识能够根据原料的性质特点和社会需要，合理选择产品方案和工艺路线，具备确定最佳工艺条件的能力第35页/共61页 第36页/共61页第37页/共61页干馏设备：外热式间歇干馏釜试验内容：测定釜外加热温度、釜内温度以及生成的不凝性气体和馏出液的速度第38页/共61页粗实线(1):釜外温度;细虚线(2): 釜内温度(3)气体（格子中斜线部分表示CO2量，有黑点部分表示可燃性气体量）;(4) 馏出液。第39页/共61页 温度温度： 1. 在初始在初始2 h内，内，T外外为为290，T内内T外外， 放热反应，放出大量热量；放热反应，放出大量热量；

16、4. 在在4 h后，继续加热，后，继续加热， T内内、T外外平缓上升。平缓上升。第40页/共61页液体产物： 1. 在0.5 h-1.5 h，产物主要为水分；2. 在2-4 h反应剧烈，大量有机物；3. 在 4 h后，反应平缓，有少量产物。气体产物： 1. 在2 h前，排出釜内空气； 2. 在 2-4 h，大量气体产物第41页/共61页第42页/共61页第一阶段：干燥阶段第一阶段：干燥阶段特征特征 1. 室温室温150； 2. 吸收热量；吸收热量； 3. 蒸发水分；蒸发水分； 4. 化学组成几乎没有发生变化化学组成几乎没有发生变化产物产物 水、空气、少量的水、空气、少量的CO2等等第43页/共

17、61页第二阶段：预炭化阶第二阶段：预炭化阶段段特征特征 1. 150275 ； 2. 吸收热量；吸收热量； 3. 木材中不稳定部分开始热分解；木材中不稳定部分开始热分解； 4. 化学组成开始发生明显变化；化学组成开始发生明显变化； 5. 本阶段末，木材转变成褐色，但仍具有较高的本阶段末，木材转变成褐色，但仍具有较高的强度，未转变成木炭强度，未转变成木炭产物产物 1. 水；水； 2. 少量的醋酸、甲醇等有机物质；少量的醋酸、甲醇等有机物质； 3. CO2、CO、CH4等等第44页/共61页第三阶段：炭化阶第三阶段：炭化阶段段特征特征 1. 275450 ； 2. 放出热量；放出热量； 3. 热分

18、解反应急剧进行；热分解反应急剧进行； 4. 本阶段末，木炭已生成本阶段末，木炭已生成产物产物 木炭；大量醋酸、甲醇、酚类、木焦油木炭；大量醋酸、甲醇、酚类、木焦油等其他有机物；等其他有机物；CO、CH4、H2等等第45页/共61页第四阶段：煅烧阶段第四阶段：煅烧阶段特征特征 1. 450 以上；以上； 2. 吸收热量，热解过程基本结束吸收热量，热解过程基本结束产物产物 木炭、少量气体和液体木炭、少量气体和液体第46页/共61页阶段阶段 特征特征 产物产物 干燥阶段干燥阶段室温室温150；吸收热量；蒸发水；吸收热量；蒸发水分；化学组成几乎没有发生变化分；化学组成几乎没有发生变化水、空气、少量的水

19、、空气、少量的CO2等等预炭化预炭化阶段阶段150275 ；吸收热量；木材中；吸收热量；木材中不稳定部分开始热分解；化学组成不稳定部分开始热分解；化学组成开始发生明显变化；本阶段末，木开始发生明显变化；本阶段末，木材转变成褐色，但仍具有较高的强材转变成褐色，但仍具有较高的强度，未转变成木炭度，未转变成木炭水；少量的醋酸、甲醇等水；少量的醋酸、甲醇等有机物质；有机物质；CO2、CO、CH4等等炭化阶段炭化阶段275450 ；放出热量；热分解；放出热量；热分解反应急剧进行；本阶段末，木炭已反应急剧进行；本阶段末，木炭已生成生成木炭；大量醋酸、甲醇、木炭；大量醋酸、甲醇、酚类、木焦油等其他有机酚类、

20、木焦油等其他有机物；物；CO、CH4、H2等等煅烧阶段煅烧阶段450 以上；吸收热量，热解过程以上；吸收热量，热解过程基本结束基本结束木炭、少量气体和液体木炭、少量气体和液体第47页/共61页小结小结第48页/共61页解解:气化太湿的木材气化太湿的木材，会发生液体产品的二次分解会发生液体产品的二次分解，使得率下使得率下降降(木材气化的影响因素木材气化的影响因素-含水率含水率)。粗粗材种材种层次层次液体成分液体成分中层中层第49页/共61页液体产物名称液体产物名称主主 要要 成成 分分用用 途途澄清澄清木醋液木醋液含有含有8090%的水分和的水分和1020%的的有机物质（种类多达有机物质（种类多

21、达200多种）：多种）：饱和脂肪酸；不饱和脂肪酸；醇酸；饱和脂肪酸；不饱和脂肪酸；醇酸；杂环酸；醇类；酮类；醛类；酯类；杂环酸；醇类；酮类；醛类；酯类；酚类；芳香族化合物；杂环化合物；酚类；芳香族化合物；杂环化合物；胺类；胺类；用作土壤改良剂、杀菌用作土壤改良剂、杀菌剂及植物生长促进剂等，剂及植物生长促进剂等，不再进行分离提纯加工；不再进行分离提纯加工；沉淀沉淀木焦油木焦油黑色、黏稠、油关液体；含有约黑色、黏稠、油关液体；含有约10%的水分，其余主要是分子量比的水分，其余主要是分子量比较大的有机化合物；如酚类：单元较大的有机化合物；如酚类：单元酚、二元酚、三元酚等酚、二元酚、三元酚等直接用作木

22、材防腐剂、直接用作木材防腐剂、粘接剂；加工后可得到粘接剂；加工后可得到药用木馏油、杂酚油、药用木馏油、杂酚油、抗聚剂、抗氧剂、浮选抗聚剂、抗氧剂、浮选剂、水泥防潮剂、杀虫剂、水泥防潮剂、杀虫剂、除莠剂等；剂、除莠剂等；粗松节油粗松节油为红褐色液体，主要成分是萜烯类为红褐色液体，主要成分是萜烯类与萜烯醇类物质：蒎烯、蒈烯、双与萜烯醇类物质：蒎烯、蒈烯、双戊烯、雄刈萱醇等；还含有少量的戊烯、雄刈萱醇等；还含有少量的醛、酮类物质；醛、酮类物质；有特有的化学活性，为有特有的化学活性，为涂料、合成樟脑、松油涂料、合成樟脑、松油醇、合成香料、医药醇、合成香料、医药、合成树脂、有机合成树脂、有机化工等化工等

23、方面化工原料。方面化工原料。第50页/共61页序序号号产物类别产物类别主主 要要 来来 源源1醋醋 酸酸源自木材组分中所含有的乙酰基和低聚糠的热分解；源自木材组分中所含有的乙酰基和低聚糠的热分解；甲醇的二次分解甲醇的二次分解。2醛类醛类(甲醛、乙甲醛、乙醛、糠醛等醛、糠醛等)木材中的纤维素、半纤维素及木质素热分解时都能生木材中的纤维素、半纤维素及木质素热分解时都能生成醛类，也可通过二次反应生成。如甲醛主要来自木成醛类，也可通过二次反应生成。如甲醛主要来自木材中所含有的甲氧基。材中所含有的甲氧基。3酮类（如丙酮）酮类（如丙酮） 源自二次反应源自二次反应（如醋酸的二次反应如醋酸的二次反应）。4酯酯 类类源自二次反应（醇与酸类物质的相互作用生成酯类）。源自二次反应（醇与酸类物质的相互作用生成酯类）。5木焦油（酚类）木焦油（酚类） 纤维素、半纤维素及木质素热分解时都产生木焦油；纤维素、半纤维素及木质素热分解时都产生木焦油；第51页/共61页化分依据化分依据干馏釜名称干