木材热解课件

1、木材热解工艺学授课专业：林产化工授课教师：杨 芳 霞教 研 组：林产化工一、木材热解概念二、木材热解研究的对象三、木材热解研究的内容四、木材热解产品及其应用五、木材热解行业的发展趋势 第一章 林产原料热分解的基础知识学习内容：一、木材热解基本概念木材热解：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： 木材干馏 木材炭化 木材气化 木材液化以制取木炭为主要产品的木材热分解工艺主要产物 分类 ?PyrolysisBiomass is heated rapidly with little or no oxygen (air)

2、 added anaerobicMany molecular bonds are broken, gases and liquids are released, char remains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操作条件对热解过程的影响Source of ResidueType of Residue Forest operations Branches, needles, leaves, stumps, roots, low grade and decayed wood, slashings and sawdust Pulp

3、 industry, Sawmilling and planning Bark, sawdust, trimmings, split wood, planer shavings Plywood production Bark, core, sawdust, veneer clippings and waste, panel trim, sanderdust Particleboard production Bark, screening fines, panel trim, sawdust, sanderdust Wood Wastes Packing material, old wooden

4、 furniture, wooden building waste (demolition wood)Wood Residues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20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

5、质炭、木焦油、木煤气、木醋液 。小结三、木材热解研究的内容【木材炭化、干馏】【林产植物原料的液化、气化等生物质能源的加工利用】【木炭及活性炭的生产与应用】在隔绝空气的条件下，让木材在干馏釜中进行热分解，以制取木炭并回收液态和气态产物的热解方法。主要产物： 固木炭； 液甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚剂、松焦油等； 气木煤气（不凝性气体）; 注：我国的木材干馏工业的主要产品是松焦油及松木炭等。Q:比较木材炭化与木材干馏? 【木材干馏】三、木材热解研究的内容【木材炭化】是在有限地供给少量空气的条件下，在炭化装置内使林产植物原料热分解，以制取木炭的操作。主要产物：木炭，可根据需要收集少量的液体产品。特点

6、：气体燃烧放出热量以维持炭化过程的正常进行。【木材气化】即在高温下，利用氧气或含氧气体作氧化剂，使固体状态的林产植物原料转化成可燃性气体的热化学过程。【木材液化】即在高温、高压及催化剂的作用下，使固体状态的林产植物原料转化成液体燃料油的热化学过程。Q：将固态的林产植物原料转化为气、液态有何意义？Overview of “Wood thermal Processes”(Co) combustionGasificationPyrolysisWoodUpgrading treatmentCH3OH, CnHm, H2 Direct heatingIndirectHeatingSynthesis/cl

7、eaning Atmospheric or pressurizedO2, air, H2OBio-fuelsDirect LiquefactionsyngasH2O, critical conditions,Hydro liquefaction (H2)High PressureLiquid biomassHeavy bio-oilslowfast, flashHeat and ElectricityFlue gasEngine or TurbinecharoilgasCharcoal干馏或炭化产物：木炭活性炭气化副产物：生物炭液化产物：生物油四、木材热解产品及应用日常生活中的应用;在农业中的

8、应用;工业中的应用：（基于木炭的化学性质和结构性质）冶金工业（冶炼铁矿石、冶炼有色金属、生产结晶硅等）制造渗碳剂；制造二硫化碳；压制木炭砖；生产活性炭；饲料添加剂；瓷器的研磨剂。【木炭的应用】根据原料不同：木质原料等植物性原料活性炭煤质等矿物性原料活性炭其他含碳原料活性炭 根据制造方法不同：气体活化法（又称物理法）活性炭化学药品活化法（简称化学法）活性炭混合活化法活性炭【活性炭】是由含碳原料制得的外观黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳。活性炭分类柱状活性炭不定型颗粒活性炭粉末状活性炭根据外观形状分：粉末状活性炭颗粒状（不定型和成型颗粒）活性炭纤维状活性炭根据用途分：气

9、相吸附活性炭液相吸附活性炭催化剂及催化剂载体活性炭【气相吸附】回收溶剂，精制气体，分离烃类等；【液相吸附】食品、医药、化学等工业中溶液的脱色、精制、回收和分离等；【环境保护】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；【有机合成】催化剂、催化剂载体等；【国防科学】防除原子能设施放出的放射性物质； 【日常生活 】家用净水器、冰箱除臭剂、防臭鞋垫、香烟过滤嘴等；活性炭的应用【日常生活】活性炭的应用工艺品风铃五、木材热解行业的发展趋势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，消除环境污染，随着工农业生产的发展，对这些产品的需求将日益扩大。

10、【国内外活性炭的科研动向】：研究如何扩大原料资源；解决活性炭生产本身造成的污染；开发新品种，扩大应用领域；基础性研究：通过新仪器和新技术的应用，研究活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使用过程中的作用机理。木材的气化、液化等；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 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木材热解研究的对象：林产植物分类木炭与活性炭-概念活性炭的分类概念分类依据：原料、制造方法、外观形状、用

11、途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二章 木材热解过程及其影响因素一、木材干馏过程二、木材干馏产物三、木材干馏设备四、影响木材干馏的主要因素 一、木材干馏过程木材干馏：在隔绝空气的条件下，让木材在干馏釜中进行热解，以制取木炭并回收液态和气态产物的热解方法。木材干馏的原理流程图木材原料截断、劈裂干燥干馏木炭蒸气气体混合物冷凝、冷却粗木醋液木煤气克拉松（Klason等）木材干馏试验 -典型木材干馏实验干

12、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【克拉松曲线】图1 木材热解温度、时间与产物的关系粗实线(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。 温度： 1. 在初始2 h内，T外为290 ，T内T外， 放热反应，放出大量热量； 4. 在4 h后，继续加热， T内、T外平缓上升。【克拉松曲线变化趋势】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

13、 h前，排出釜内空气； 2. 在 2-4 h，大量气体产物第一阶段：干燥阶段第二阶段：预炭化阶段第三阶段：炭化阶段第四阶段：煅烧阶段【 木材干馏四阶段】 化分依据：釜内温度的变化及生成物的特征第一阶段：干燥阶段特征 1. 室温150； 2. 吸收热量； 3. 蒸发水分； 4. 化学组成几乎没有发生变化产物 水、空气、少量的CO2等第二阶段：预炭化阶段特征 1. 150275 ； 2. 吸收热量； 3. 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； 5. 本阶段末，木材转变成褐色，但仍具有较高的强度，未转变成木炭产物 1. 水； 2. 少量的醋酸、甲醇等有机物质； 3. CO2

14、、CO、CH4等第三阶段：炭化阶段特征 1. 275450 ； 2. 放出热量； 3. 热分解反应急剧进行； 4. 本阶段末，木炭已生成产物 木炭；大量醋酸、甲醇、酚类、木焦油等其他有机物；CO、CH4、H2等第四阶段：煅烧阶段特征 1. 450 以上； 2. 吸收热量，热解过程基本结束产物 木炭、少量气体和液体木材干馏四阶段的特征及产物差异阶段 特征 产物 干燥阶段室温150；吸收热量；蒸发水分；化学组成几乎没有发生变化水、空气、少量的CO2等预炭化阶段150275 ；吸收热量；木材中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，木材转变成褐色，但仍具有较高的强度，未转变成木炭水

15、；少量的醋酸、甲醇等有机物质；CO2、CO、CH4等炭化阶段275450 ；放出热量；热分解反应急剧进行；本阶段末，木炭已生成木炭；大量醋酸、甲醇、酚类、木焦油等其他有机物；CO、CH4、H2等煅烧阶段450 以上；吸收热量，热解过程基本结束木炭、少量气体和液体小结木材干馏过程克拉松（Klason等）木材干馏试验木材干馏四阶段及特征固态产物：木炭，275 以上生成，得率33%38%（1/3）；液态产物：粗木醋液（可凝性气体冷却产物），分层情况因原料而异，得率45%50%（1/2）； 气态产物：木煤气（不凝性气体），得率16%18%（1/6）；Q：如何理解原料木材中含有的水分使实际产率降低？ 解

16、:气化太湿的木材，会发生液体产品的二次分解，使得率下降(木材气化的影响因素-含水率)。二、木材干馏产物粗木醋液材种层次液体成分阔叶材上层澄清木醋液 下层沉淀木焦油针叶材上层粗松节油 中层澄清木醋液 下层沉淀木焦油【木材干馏液体产物】液体产物名称主 要 成 分用 途澄清木醋液含有8090%的水分和1020%的有机物质（种类多达200多种）：饱和脂肪酸；不饱和脂肪酸；醇酸；杂环酸；醇类；酮类；醛类；酯类；酚类；芳香族化合物；杂环化合物；胺类；用作土壤改良剂、杀菌剂及植物生长促进剂等，不再进行分离提纯加工；沉淀木焦油黑色、黏稠、油关液体；含有约10%的水分，其余主要是分子量比较大的有机化合物；如酚类

17、：单元酚、二元酚、三元酚等直接用作木材防腐剂、粘接剂；加工后可得到药用木馏油、杂酚油、抗聚剂、抗氧剂、浮选剂、水泥防潮剂、杀虫剂、除莠剂等；粗松节油为红褐色液体，主要成分是萜烯类与萜烯醇类物质：蒎烯、蒈烯、双戊烯、雄刈萱醇等；还含有少量的醛、酮类物质；有特有的化学活性，为涂料、合成樟脑、松油醇、合成香料、医药、合成树脂、有机化工等方面化工原料。【木材干馏液体产物来源】序号产物类别主 要 来 源1醋 酸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。2醛类(甲醛、乙醛、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

18、氧基。3酮类（如丙酮）源自二次反应（如醋酸的二次反应）。4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）纤维素、半纤维素及木质素热分解时都产生木焦油；三、木材干馏设备【干馏釜分类】化分依据外观形状加热方法操作方式干馏釜名称立式干馏釜外热式干馏釜间歇式干馏釜卧式干馏釜内热式干馏釜连续式干馏釜【干馏工业设备】车辆式干馏釜如图3-13 特征：热量利用率高；能量消耗高。车辆式干馏釜属于间歇外热卧式干馏釜构造：厚钢板圆筒，一端密封，另一端有用法兰连接（供装料与卸碳用）；釜卧放，上部有导气管（冷凝系统相连），与干馏釜相对处有木炭冷却器（其大小与釜体相同，只是所用钢板教薄），釜与冷却器间有一沟。安装：干馏釜与木炭冷却器的纵轴应在同一直线上，其内部均设轨距相同的钢轨，以供炭车（横行车）出入。装料：干馏材-