第三章木材热解工艺(木材热解工艺学)
生物质复习题 2
1 生物质、生物质能的概念生物质：自然界中有生命的，可以生长的各种有机物质，包括动物、植物和微生物。
生物质能：由太阳能转化而来的以化学能形式储存在生物质中的能量。
2 生物质的种类和资源种类1）农业生物质资源：农作物（包括能源植物）、农业生产废弃物、农业加工业废弃物等2）林业生物质资源：森林生长和林业生产过程中所提供的生物质资源3）畜禽粪便：畜禽排泄物的统称4）生活污水和工业有机废水：农村和城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成5）城市固体有机废弃物：主要由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾等固体有机废弃物组成，成份复杂。
资源特点1）资源分布十分广泛，远比石油丰富，可以不断再生。
2）城市内燃机车辆使用从生物质资源提取或生产出的乙醇、液态氢时，有利于保护环境。
3）开发生物质能源，可以促进经济发展，提高就业机会，具有经济与社会的双重效益。
4）在贫瘠的或者被侵蚀的土地上种植能源作物或者植被，可以改善土壤、生态环境，提高土壤利用度。
3 生物质能转换技术有哪些类型？1）直接燃烧技术：最普通的生物质能转化技术，即燃料中可燃成份和氧化剂（一般是空气中的氧气）发生氧化反应的化学反应过程，在反应过程中强烈析出热量，并使燃烧产物的温度升高。
2）生物转换技术：用微生物发酵方法将生物质能转化为燃料物质的技术，通常生产的液体燃料为乙醇，气体燃料为沼气，并伴有二氧化碳产生。
3）热化学转换技术：在加热条件下，用热化学手段将生物质能转换成燃料物质的技术。
常用的方法有气化法、热裂解法和高压液化法。
4）其他转换技术：生物质压缩成型技术，生物柴油，生物质制氢。
第二章生物质能资源与能源植物1 生物质能资源有何特点(1)可再生(2)普遍、易取(3)可储存和运输(4)挥发组分高，炭活性高，易燃(5)环保(6)是能量密度较低的低品位能源.2 生物质化学组成的主要成分有哪些？(1)纤维素(2)半纤维素(3)木质素(4)淀粉(5)蛋白质(6)其他有机成分(有机物)(7)其他无机成分(无机物)3 生物质的元素分析成分有哪些？C H O N S P K 灰分等4 生物质组成成分的工业分析成分有那些？水分挥发分灰分固定碳5 生物质的物理特性和热性质主要包括：1、粒度，形状和粒度分布2、密度和堆积密度3、摩擦和流动特性角4、比热容5、导热性6 能源植物：能源植物通常包括速生薪炭林，含糖或淀粉植物，能榨油或产油的植物，可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。
第三章木材热解工艺木材热解工艺学
纤维饱和点：特殊的含水率。
相 对 含 水 率 原 料 中 所 湿 含 原 有 料 的 重 水 量 分 重 量 1 0 0 % 绝 对 含 水 率 原 料 中 绝 所 干 含 原 有 料 的 重 水 量 分 重 量 1 0 0 %
内容提要:
四、木材气化 木材气化过程与化学反应 影响气化反应速度的因素 煤气发生炉 影响煤气发生炉操作的主要因素 气化法处理废材的工艺流程 气化产物的应用 木材气化行业取得的进展 五、木材液化 木材液化的目的及意义 木材液化技术研究的现状 木材液化方法 木材液化生成物的开发利用
第三章木材热解工艺木材热解工艺学
要求：15%-
艺上对原料含水率的要求。第三章木材热解工艺木材热解工艺学25%
相对 含水率 40%-50% 大于70% 小于30%
大于60%
一、热解原料的预处理
【4.木材中水分存在的状态】
自由水:存在于大毛细管系统中的水分，与细胞壁之间的亲合力 比较小，容易蒸发除去，称作自由水或游离水、毛细管水。
第三章木材热解工艺木材热解工艺学
一、热解原料的预处理
【3.原料干燥的原因】
含水率，影响生产能力、生产成本（时间、燃料消耗、产品质量）。 含水率大
则热解时间长，热量消耗大，液体产物浓度低而 不利于进一步加工利用。
含水率小
则热解过程放热反应激烈，热解速度太快，会导 致产品木炭开裂。
故：需要确定合适第三的章木含材热水解工率艺木。材热解工艺学
第三章木材热解工艺木材热 解工艺学
内容提要:
一、热解原料的预处理 热解原料的分类 原料干燥的原因 木材中水分存在的状态 干燥过程三时期
热解
.
废橡胶热解产物
轮胎热解所得产品的组成中气体占22%（重量）、 液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。 ➢在气体组成主要为甲烷(15.13%)、乙烷(2.95%)、 乙烯(3.99%)、丙烯(2.5%)、一氧化碳(3.8%)，水、 CO2、氢气和丁二烯也占一定的比例。 ➢在液体组成主要是苯(4.75%)、甲苯(3.62%)和其 他芳香族化合物(8.50%)。
低温热解：T<600℃。农业、林业 和农业产品加工后的废物用来生产低硫 低灰的炭，生产出的炭视其原料和加工 的深度不同，可作不同等级的活性炭和 水煤气原料。
.
此外，按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行， 热分解过程可分成单塔式和双塔式。按热解过程是 否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。按热解产物 的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。还 有的按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层 式或回转式，由于选择方式的不同，构成了诸多不 同的热解流程及热解产物。
影响热解产物的生成比例。通过加热温度和 加热速率的结合，可控制热解产物中各组分 的生成比例。
3．停留时间 决定物料分解转化率。
为了充分利用原料中的有机物质，尽量脱出 其中的挥发分，应延长物料在反应器中的停 留时间。
停留时间长，热解充分，但处理量少；停留 时间短，则热解不完全，但处理量大。
.
4．物料性质
3、热解工艺分类
.
直接（内部）供热：供给适量空气使
有机物部分燃烧，提供热解所需热量
按供热方式
（获得低品位燃气）
间接（外部）供热：从外界供给热 解所需热量
（燃气品位高但供热效率低）
热解木材制备生物质炭的研究
热解木材制备生物质炭的研究随着全球环保理念的不断强化，越来越多的人开始关注如何有效利用可再生资源，其中生物质资源作为一种可再生、可持续的能源资源，受到了越来越广泛的关注。
而生物质炭作为生物质资源转化的一种重要产物，其应用越来越广泛。
本文将着重介绍热解木材制备生物质炭的研究。
一、热解木材制备生物质炭的原理热解木材制备生物质炭是将木材在高温下分解成含碳化合物的一种工艺。
热解过程中，木材内部的水分、挥发性有机物等物质会逸出，留下的主要是纤维素和木质素等有机物质，这些有机物质经过热解后，逐渐转变为含碳的物质。
通过控制热解温度、时间和气氛等条件，可以调控生物质炭的物理和化学性质。
二、热解木材制备生物质炭的工艺流程热解木材制备生物质炭的工艺流程包括木材预处理、热解反应和生物质炭后处理等环节。
具体来说，其工艺流程如下：1.木材的预处理。
包括去皮、切割、预干燥等过程，目的是让木材表面的杂质、树皮、树脂等挥发物质和水分等挥发出去，使木材内部的有机物质得到充分暴露。
2.热解反应。
在一定的条件下进行热解反应，即将处理过的木材放入热解设备中加热，使其内部含有碳的有机物质转化为生物质炭。
3.生物质炭的后处理。
热解反应后，产生的生物质炭需要进行后处理，包括除渣、清洗、干燥、筛分等环节。
其中，筛分是关键的环节，通过控制筛孔的大小和数量，可以得到具有不同物理和化学性质的生物质炭。
三、热解木材制备生物质炭的影响因素1.热解温度。
热解温度是影响生物质炭产率和物化性质的关键因素，一般认为热解温度越高，则生物质炭的密实度、孔隙度等物理性质就越好，但过高的温度也会降低产率和炭质量。
2.热解时间。
热解时间是影响生物质炭产率和物化性质的另一个关键因素，一般认为热解时间较长则生物质炭产率较高，但对于炭质量的影响较小。
3.热解气氛。
热解气氛是影响生物质炭产率和化学性质的关键因素，热解时使用不同的气氛，可以促进或抑制不同的化学反应，从而影响生物质炭的化学性质。
木材热解
【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；
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%。
Pyrolysis
Biomass is heated rapidly with little or no oxygen (air) added [anaerobic] Many molecular bonds are broken, gases and liquids are released, char remains
Engine Turbine
SNG DME H2 Fischer Tropsch hydrocarbons Alcohols Methanol Ethanol Bio-fuel
Bioprocesses
干馏或炭化产物： 木炭
液化产物： 生物油
活性炭
气化副产物： 生物炭
【木炭与活性炭】
木材热解的主要产品
Wood Residues
Source of Residue
Forest operations
Type of Residue
Branches, needles, leaves, stumps, roots, low grade and decayed wood, slashings and sawdust Bark, sawdust, trimmings, split wood, planer shavings
木材热解和气化的研究进展—靳久哲2012207017
木材热解和气化的研究进展学院：材料科学与艺术设计专业：林产化学加工工程姓名：靳久哲学号： 20122070171 木材热解热解是一种将生物质转化为高品位工业品、能源和化学品的高效转化技术[1]。
热解可以通过快速裂解把70%的生物质能转化为液体生物油，也可通过气化将75%的生物质能转化到可燃气体。
热解是在不向反应器内通入O2、H2O或空气的条件下，间接加热使木材发生热化学分解。
在人类文明的初期，热解已经得到利用。
在古埃及，通过木材的干馏来制取焦油和熏香或用于尸体防腐剂的焦木酸。
在18世纪木材热解生产焦炭是主要的工业，是在化石燃料被开发利用前，工业革命所利用的主要燃料。
在19世纪末20世纪初，木材干馏仍然用于生产可溶性焦炭、沥青、碳酸和一些非冷凝气体用于加热自用锅炉。
到20世纪30年代，由于石油工业的兴起和低价衍生产品的出现，木材干馏才逐渐衰落。
然而至今木柴热解制取焦炭仍广为采用[2]。
1.1快速热解液化快速热解是一种高温处理过程，它采用超高加热速率(102-104K/s)、超短产物停留时间(0.2-3.0s)及适中的裂解温度，使木材中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产气降到最低限度, 通过热化学的方法，将原料直接裂解为粗油，最大限度获得液体产品(生物油)。
快速热解反应可概括为，木材经快速热解得到生物油、炭和气体[3]。
与传统的热解工艺相比，快速热解液化的必备特征包括: 1)非常高的加热和传热速率，因此通常要求进料粒度较细；2)气相反应温度约在500℃，蒸汽停留时间少于2s；3)对热解蒸汽采取骤冷处理[4]。
1.2催化热解目前，催化热解受到了国内外研究者的重视。
在秸秆中添加催化剂碳酸钠能使半纤维素的主要热解区间向低温区移动。
催化剂对木质素的影响最为显著，其DTG 曲线由无催化剂时的单峰变为一大一小两个峰，主要热解区间向低温区移动较大，转化率也有所提高[5]。
FundaAtes等[6]研究了不同催化剂对生物质快速热解的影响。
木材热解
Ssidue
Forest operations
Pulp industry, Sawmilling and planning
Branches, needles, leaves, stumps, roots, low grade and decayed wood, slashings and sawdust
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
★主要产物
以制取木炭为主 要产品的木材热
分解工艺
★分类
?
.
3
★相关概念
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%。
.
5
◆热解过程流程图
回收不凝性气体
冷凝、冷却器
进料 生物质原料 干燥
固体产物收集 热解反应釜
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液体产物收集器
6
◆操作条件对热解过程的影响
.
7
.
8
二、木材热解研究的对象：林产植物
【林产植物的种类 】
◆薪炭林和次生林
◆森林抚育与采伐的剩余物：间伐材、倒地木、枝条、伐根 等（占70%）。
◆木材加工及建筑工业中的木质废弃物：树皮、锯屑、板皮、 刨皮；旧门窗、地板等；
Wood
(Co) combustion Direct Liquefaction
Pyrolysis
Gasification
木材热解复习题
⽊材热解复习题填空题1.⽊材⼲馏按加热⽅式可分为：外热式和内热式两类。
2.粗⽊醋液澄清时，上层为澄清⽊醋液，下层为沉淀⽊焦油。
3.硬阔叶材由于⽐针叶材含有更多的⼄酰基和甲氧基，因此常被⽤作⽣产醋酸和甲醇的主要原料。
4.按加热终温的不同, ⽊材⼲馏可分为三种：900～1100℃为⾼温⼲馏，即焦化；700～900℃为中温⼲馏；500～600℃为低温⼲馏。
5.⽊炭按烧炭⼯艺的不同，⼜有⽩炭和⿊炭的区别。
6.⽊炭按原料来分：果核炭、果壳炭、⽊屑炭、煤质炭、原⽊⽊炭、⽯油焦焦炭、⾻炭、⽵炭7.⽊炭按加⼯温度来分：低温炭、中温炭、⾼温炭8.⽊炭按来源来分：天然炭、⼈⼯炭9.⽊炭按加⼯⽅式来分：⼟窑炭、机制炭、塑炭第1章1.⽊材热解时可以得到固体、液体和⽓体三类初产物.2.根据⽊材热分解过程的温度变化和⽣成产物的情况等特征，可以把⽊材⼲馏过程⼤体上划分为下列⼲燥阶段、预炭化阶段、炭化阶段、煅烧阶段四个阶段。
3.⽊材⼲馏过程⼤体上划分为四个阶段，其中有⼲燥阶段、预炭化阶段、煅烧阶段三个阶段是吸热阶段，另外有炭化阶段是放热阶段。
4.阔叶材⼲馏时得到的粗⽊醋液澄清时分为两层，上层为澄清⽊醋液，下层为沉淀⽊焦油。
⽽醋酸是在澄清⽊醋液中，酚类物质是在沉淀⽊焦油中。
5.半纤维素是⽊材主要组分中最不稳定的部分，在225—325℃分解。
6.在⽊材热解过程中，三个主要组分最激烈热解的温度范围是：半纤维素为180~300℃，纤维素为240~400℃，⽊素为280~550℃。
7.⽊材炭化时得到的焦油量随⽊材的种类、热解的最终温度和升温速度，以及加热⽊材的⽅法⽽不同。
松⽊⽐阔叶材的焦油产量⾼；在550℃以下，焦油的产量随着热解最终温度的升⾼⽽增⼤，降低设备的总压⼒能增加焦油的产量。
第2章1.随着炭化温度的升⾼，⽊屑炭的得率降低，⽽固定碳含量却增加。
2.炭化的速度影响到炭化装置的⽣产率⼤⼩。
加快炭化速度，缩短炭化时间可以提⾼炭化装置的利⽤率。
木材的高温热处理技术 Microsoft Word 文档
木材的高温热处理技术木材是一种重要的可再生资源之一，木材的综合利用水平关系到全球经济及社会的可持续发展。
但近年来，天然林木材资源在世界范围内短缺，主要是木材资源转向了人工林。
由于人工林轮伐期短，木材中幼龄材所占比例较大，半纤维素和木素含量高，材质较差，起且密度低，尺寸稳定性及耐久性差，因而限制了其使用途径。
研究人员曾尝试各种办法来提高木材的尺寸稳定性，如在木材表面涂饰或粘贴贴面材料的外包法，而更多的是采用药剂浸注法，将木材的羟基封闭，从而减小木材的吸湿性，改善其尺寸稳定性。
然而，在最近20年，随着生活质量的提高，国外有各种报告，对使用化学药剂处理材的安全性提出质疑。
目前，美国和欧盟都在制定一些规定，在规定场合限制化学药剂处理木材的使用，尤其是操场、甲板、野餐桌、篱笆、天井家具、名胜风景及儿童容易接触到的场合。
欧盟将全面执行《关于限制经过砷防腐处理的木材进入市场的指令》，涵盖了出口木材与各种木制品。
类似的限制在日本和澳大利亚也都有规定。
各国严厉的保护条例，促进了安全及目标适应的研究与开发。
在各种处理技术中，非化学药剂处理的木材制品正在获得越来越广阔的市场空间，其中木材的超高温热处理技术也占据了重要的位置。
木材超高温热处理及工艺一般木材干燥中,温度<100度为常燥,100--150度为高温干燥,>150度为超高温干燥.木材的热处理就是利用木材在接近或高于200度的超高温低氧含量环境中,持续处理一定时间后,使木材中半纤维素降解,木材细胞壁中羟基减少,木材的吸湿性能下降,尺寸稳定性及耐生物破环性得到改善.因此,超高温热处理的木材被作为一个新型材料被广泛关注. 处理工艺对于材料的影响至关重要,如处理温度、处理时间、加热速率、木材树种、试件的重量与尺寸、初含水率等参数,都会影响产品的最终性能。
处理工艺的确定主要是依产品的使用目的，在吸水性能改善与力学性能降低之间优化，找到可接受的平衡点。
根据处理所使用介质不同，处理工艺主要分为三种。
木材热解
授课专业：林产化工 授课教师：杨 芳 霞 教 研 组：林产化工
第一章 林产原料热分解的基础知识
学习内容：
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
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
柱状活性炭
★根据用途分：
①气相吸附活性炭
粉末状活性炭 不 定 型 颗 粒 活 性 炭
②液相吸附活性炭
③催化剂及催化剂载体活性炭
◆活性炭的应用
【碳质材料作为吸附剂】 最早，即公元前1550年古埃及，炭作为药物。 18世纪末，谢勒（1773年）和方塔纳（1777年）首先科学地证 明了木炭对气体有吸附能力；洛维茨（1785年）首先记载了木 炭对各种液体具有脱色能力。 1909年欧洲首次制造出粉末状活性炭。 活性炭在液相中的应用最初用于脱色，1927年美国芝加哥首先 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。当时战场 上使用毒气（1915年），开始研究防毒面具用活性炭。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，活性炭的应用范围不断扩大。
Gasification by Fast pyrolysis Gasification
> 700°C
~ 75 %
> 800°C
50-60 % ~ 75 %
Liquefaction by Fast Pyrolysis Direct Liquefaction
植物原料热解基础
植物原料热解基础1. 木材热解：在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热分解的方式以木材或其他植物为原料制取各种生物质能源及各种化工产品的方法。
2. 木材热解工艺学包括（木材炭化及活性炭制造）、（木材干馏）、（植物能源气化和液化）等方面的生产与应用。
3. 木材热解过程及特征？答：木材热解过程分为四个阶段。
⑴干燥阶段特征：120~150℃；加热速度慢，主要蒸发的是水份，木材化学组成几乎不变。
⑵预炭化阶段特征：150~275℃；反应明显，木材化学组分开始变化。
不稳定组分半纤维素分解为 CO2、CO、少量醋酸。
* 第㈠、㈡阶段是吸热分解阶段⑶炭化阶段特征：275~450℃；木材急剧热分解，产生大量的分解产物。
产物含有醋酸、甲醇和木焦油。
此时 CO2生成量减少，而甲烷、乙烯等可燃气体增多，反应大量放热。
⑷煅烧阶段特征：450~500℃；此阶段对生成的木炭进行煅烧。
排除残留在木炭中的挥发物，提高固定炭含量。
* 第㈢、㈣阶段是吸热分解阶段。
4. 热解产物分为固、液、气三态。
固体产物——木炭（charcoal）液体产物——粗木醋液（crude pyroligneous acid ）气体产物——不凝性气体或木煤气（wood gas ）5. 木材经热分解处理后，釜内残留固体称木炭。
——常指炭化料。
6. 粗木醋液分为澄清时分为二层（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）。
澄清木醋液：黄色~红棕色、烟焦气味；沉淀木焦油：黑色、粘稠油状液体。
7. 气体产物——木煤气:CO2、CO、CH4、C2H4和H2。
8. 纤维素的热分解分为几个阶段？答：(1)的蒸发与干燥阶段：100~150℃纤维素游离水和结晶水蒸发、氢键断裂、纤维素的热容量增加，发生相变，但纤维素的化学性质不变。
(2)葡萄糖基脱水阶段T>150 ℃;纤维素大分子中的葡萄糖发生β-O-4的醚键分解，生成左旋葡聚糖。
3)热裂解阶段T>240 ℃；纤维素热分解反应开始变得激烈起来，275 ℃进入放热反应阶段；热分解更激烈和复杂。
林业工程之 木材热解及活性炭讲解
要
• 6 木材热解的方法和产物
内
• 7 影响木材热解过程的因素
容
• 8 木炭的性质
木材工业学院材料系
Department of wood industry Nanjing Forestry University
1、木材热解的定义
木材在隔绝空气或通入少量空气的条件下受热分解的过程； 也指用以制取化学产品的方法和生产，它包括烧炭、木材干馏、木
A 木材干馏
------定义
在隔绝空气条件下，将木材放在干馏釜中加热 分解，以制取木炭并回收液态和气态产物的热解
方法，称作木材干馏。
------设备
干馏釜，随着外观形态、加热方法及操作方式
的不同，干馏釜可分成立式与卧式，外热式与内 热式，间歇式与连续式等多种形式。
木材工业学院材料系
Department of wood industry Nanjing Forestry University
木材工业学院材料系
Department of wood industry Nanjing Forestry University
炭化阶段(275～450 ℃)
木材热分解反应急剧进行，生成大量的气态和液态产物。 液态产物中含有醋酸、甲醇、木焦油等多种有机物； 气态产物中可燃性成分如一氧化碳、甲烷等含量增加。 在本阶段后期，原料木材已经转变成木炭。 放出热量。
Department of wood industry Nanjing Forestry University
木材气化的产物
木煤气一种
木材气化时，在热解过程中生成的固态产物木炭， 由于进一步与氧化性气体作用，最终也转变成可燃性气 体。 气化剂不同，木煤气不同： 空气煤气、氧气煤气、水煤气、混合煤气 通常煤气需进行处理，除去焦油等
热解木质纤维的化学反应机理
热解木质纤维的化学反应机理Introduction木材是生命力的象征。
它们是我们用手指触摸到的第一个可见的生物存在的产物，也是人类起初使用工具的基础。
随着时间的流逝，木材在各种方面被广泛应用，如建筑、家具和艺术品等。
尽管木材在自然界中无法永久保存，但通过热解木质纤维的化学反应，可以将木材转化为更为稳定的形式，以便延长其使用寿命。
Chapter 1: 热解木质纤维的概念热解是一种化学反应，它涉及使用高温将多种有机物分解为小分子化合物。
热解工艺被广泛用于纺织品、燃料和木材等行业。
热解木质纤维是一种利用木材的加工技术，可以将木材转化为腌制木材、木炭、木醋液等更为稳定的形式。
Chapter 2: 热解木质纤维的原理木材主要是由三种生物高分子纤维素、半纤维素和木质素组成。
这些高分子长链聚合物可以在高温下分解成极小的分子。
在热解过程中，木材中的高分子被加热以至于分解，释放出一系列的小分子产物。
其中，比较重要的产物是非结晶性纤维素和大量的低分子化合物，如甲醛、甲酚和醋酸等。
Chapter 3: 热解木质纤维的过程热解木质纤维的反应过程包括以下四个步骤：1. 除去木材的水分：加热木材，使其脱去水分，并开始分解半纤维素。
2. 半纤维素分解：木材中的半纤维素被分解成糖和二糖。
3. 纤维素分解：随着温度上升，高分子纤维素分解成小分子，释放出气体和液体。
4. 木质素分解：随着温度的继续上升，木质素和残留的纤维素和半纤维素被分解成碳和灰。
Chapter 4: 热解木质纤维的产物热解木质纤维的反应产生三个主要的化学产物：腌制木材、木醋液和木炭。
1. 腌制木材：经过热解处理的木材可以产生一种具有低水分含量和抗腐蚀性的新型木材。
2. 木醋液：热解过程中生成的蒸气可以冷凝为一种可以再生应用的有机酸——木醋液。
这个不仅是一种有机化学品，也经常用于制造耐火材料和高强度纤维。
3. 木炭：热解过程中的残留物在缺氧或低氧的环境下经过干燥和碳化会生成木炭，它被广泛使用于家庭加热和生产煤气和热水。
木材热解 ppt课件
第五章 木材热解
概述 木材干馏 木材炭化 木材气化 木材液化
物质，还含有少量的醛、酮类物质。
3、木煤气
木材干馏时生成的不凝性气体称作木煤气，其产率约占
绝干原料木材重量的16-18%。木煤气的组成受干馏最终温度
的影响。通常含40-50%CO2、25-35%CO、15-23%CH4、
1-5%C2H4、0.5-2.5%H2。随着干馏最终温度的升高，木煤气
中CO2及CO的含量减少，CH4、C2H4、H2的含量增加。
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（6）植物原料的性质
含水率。过高，增加能耗和液体产物中的水分含量； 过低，提高热解速度。
原料的大小。原料的体积越大，则传热和传质的距离 和时间越长，二次反应发生的几率越大，从而引起各 种形态产物的得率、组成，降低所得炭的机械强度。
腐朽部分的影响。腐朽的木材热解得到的木炭质地疏 松、易碎、易自燃；液态有机物的得率降低；木煤气 得率增加 。（白腐菌和褐腐菌 ，白腐菌主要破坏木 质素 ，褐腐菌主要破坏纤维素 ）
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3、固定碳
固定碳的组成： C=(1-V-A)×100%
式中：C-固定碳含量，％；V-挥发分含量，％； A-灰分含量，％
因此，它是一个假定的概念，指在高温缺氧条件下煅烧木炭 时，木炭中保留下来的碳元素（占绝大部分）和少量的氢 和氧元素。
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木材热解与活性炭
2.2 制 备 与 再 生
水蒸气活化法
由式( 1) 和( 2) 可见该反应是吸热反应，故反应需要温度800 ℃以上才能进行。 有研究表明，活化温度＞ 900 ℃时，水蒸气在炭化物中扩散速率的影响开始变得显著，不均 匀的扩散速率使得在一定范围内，活化温度越低越利于水蒸气的均匀扩散和炭化物的均匀活化。 活化温度过高会导致水蒸气在孔隙入口处即迅速地与炭反应消耗掉，难以扩散至孔隙内部导致 活化不均匀。 因此在生产中应根据原料选择最合适的活化温度。
微晶之间形成空隙，形状不规则，有圆筒形、楔形、棱形等 2、孔隙的大小及作用：
•微孔：半径＜2nm，是吸附的主要场所，特别是对低浓气体的吸附，在比表面中所占比例最大。 •过渡孔（中孔）：2nm--100nm，在液相吸附及吸附高浓气体中发挥主要作用。 •大孔:半径＞100nm，但比表面积比例不大。
蒸气在大孔中的吸附可用 BET多分子层吸附理论描述；在中孔中,可认为先进行多分子层吸附再进行毛细冷凝； 在微孔中的吸附 ,一般用杜宾宁Dubinin等的微孔容积填充理论(TVFM)描述。
2.1 活 性 炭 的 结 构 与 性 质
石墨型微晶
石墨型微晶的排列非常规则，在石墨化 处理时，可以转化为石墨，符合这种结 构的活性炭种类较少。
非石墨型微晶
非石墨型微晶排列杂乱无章，没有秩序， 符合这种结构的活性炭占大多数。
2.1 活 性 炭 的 结 构 与 性 质
活性炭的孔隙结构
活性炭的孔隙结构包括两个方面的内容：孔隙的形状和大小。 1、活性炭的孔隙及其形状：
2.2 制 备 与 再 生
热解工艺流程和技术原理
热解工艺流程和技术原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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林化工艺学热解
2 生产颗粒活性炭
第二节 活性炭纤维及其他
一 活性炭纤维
又叫纤维状活性炭，把纤维原料经过炭化、活化处理得 到的一种纤维状活性炭产品。
二
高比表面积活性炭
使用氢氧化钾之类的特殊化学药品活化只有焦炭、煤沥
青、椰子壳等原料，能制造出表面积达到3000 m2/g 以上 的活性炭，称作高比表面积活性炭。
二 炭化速度
三 压力 四 木材含水率 五 木材的大小 六 木材腐朽
第2节 木材在各种介质中的热分解 一 木材在过热水蒸气介质中的分解 二 木材在其他介质中的分解 氢气------氧气或空气------不凝性气体 三 在各种液体中
水------碳氢化合物------有机溶剂
四 无机化学品中
第3节
木炭的性质与用途
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物理吸附没有选择性，可以进行广泛吸附。
5 物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸 附。化学吸附是单分子层吸附。 6 物理吸附类似于凝聚现象，不需要活化能，所以吸附、 脱附速度快。化学吸附一般需要活化能。
7
物理吸附是可逆的。化学吸附一般很少可逆的。
8 物理吸附不会产生新的特征谱带，而化学吸附会出现 新的特征吸收带。
c —— 吸附质的浓度，g/L。 上式虽为经验式，但与试验数据相当吻合，通常将该式 绘制在双对数坐标纸上以便确定K与n值，将上式两边取对 数，得：
1 lg q lg K lg c n
•吸附速度
单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的 物质量。 水中多孔的吸附剂对吸附质的吸附过程分 为3个阶段： •颗粒外部扩散（膜扩散）阶段 •颗粒内部扩散阶段 •吸附反应阶段
第一节
活性炭的结构
一 碳的结构
1 金刚石
热解处理(古柏高教)
水煤气原料。
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深层分析
此外，按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行， 热分解过程可分成单塔式和双塔式。按热解过程是 否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。按热解产物 的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。还 有的按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层 式或回转式，由于选择方式的不同，构成了诸多不 同的热解流程及热解产物。
③废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭 黑中；
④ 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； ⑤ NOx的产生量少。
8
3、热解工艺分类
深层分析
直接（内部）供热：供给适量空气使
有机物部分燃烧，提供热解所需热量
按供热方式
（获得低品位燃气）
间接（外部）供热：从外界供给热 解所需热量
（燃气品位高但供热效率低）
深层分析
三、热解反应器
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收 净化系统、控制系统几个部分。其中，热解反应器 是整个热解工艺的核心，热解过程此发生。不同的 反应器类型往往决定了整个热解反应的方式以及热 解产物的成分。
反应器有很多种，一般根据燃烧床条件和内部物流 方向进行分类。根据燃烧床条件，可分为固定床、 流化床、旋转炉、分段炉等；物流方向是指反应器 内物料与气体的相对流向，可分为顺流、逆流、交 流（错流）等。
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高温热解：T>1000℃，供热方式 几乎都是直接加热
深层分析
按热解温度
中温热解：T=600～700℃，主要 用在比较单一的废物的热解，如废轮 胎、废塑料热解油化
低温热解：T<600℃。农业、林业
和农业产品加工后的废物用来生产低硫
低灰的炭，生产出的炭视其原料和加工
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此 木材含水率越高：
外
循环气体中木煤气所占的比例就越低，
其发热量就越低
以至循环气体燃烧时达不到要求的操作温度。
在这种情况下，就必须补充一定数量的发生炉煤气。
故：为了保证热量自身循环，木材的含水率最好保持在15%以
下。
.
二、木材干馏工艺
内热立式干馏釜
特点： ① 所得木炭强度高，且每立方米炭化室每小时炭化木材量为车辆
一、热解原料的预处理
【6.干燥过程】
木材干燥速度与含水率的关系图：图3-1-1 体现平衡含水率与干燥介质空气的温度、相对湿度的关系：
同一湿度下,干燥介质温度越高,则 平衡含水率越小; 同一相对温度下，湿度小则平衡 含水率越小; 载热体温度越高，相对湿度越低， 则平衡含水率越低； 提高介质温度，降低介质的湿度， 都有助于木材的干燥。
【1.原料的种类】
薪炭林和次生林； 森林抚育与采伐的剩余物； 木材加工及建筑工业中的木质废弃物； 农林业生产中的一些副产物； 其他含碳废弃物；
【2.热解原料的分类】
原料形状分：粒状、片状、块状、木椴等； 原料树种分： ①硬阔—水青冈、桦、麻栎、苦槠、榆、槭等； ②软阔 — 杨、椴、柳等； ③针 — 马尾松、红松、云杉等； 注：不同的材种干馏的产物得率不同。
卸料：打开釜盖，钩住料车，开动纹盘机，将料车拉入木炭冷却器中；
冷却：关闭冷却器门，在 其上部洒水冷却；
.
续装料：当干馏釜 卸出料车后，即可 将装好干馏材的另 外的炭车推入釜中。
干馏气体流程
干馏生成的蒸汽 气体混合物
【车辆式干馏釜】
保证风机 不受腐蚀
旋风分离器
塔板式焦油 分离器
洗涤塔
高沸点 焦油雾滴
若载热体的温度 保持不变
则必须增加载热体的数量或 减少加料量
维持干馏釜的 正常运转
对于每立方米木材来说，载热体的数量实际上就是增加了，
这就使循环气体中可凝性蒸汽（水分、有机物）的含量减少， 露点降低，蒸汽冷凝就比较困难。
.
二、木材干馏工艺
【内热立式干馏釜】
影响最大的操作因素：木材含水率 木材含水率增加时，由于木材带进干馏釜中的水分增加，蒸发水分所 需要的热量也增大。
.
内容提要:
四、木材气化 木材气化过程与化学反应 影响气化反应速度的因素 煤气发生炉 影响煤气发生炉操作的主要因素 气化法处理废材的工艺流程 气化产物的应用 木材气化行业取得的进展 五、木材液化 木材液化的目的及意义 木材液化技术研究的现状 木材液化方法 木材液化生成物的开发利用
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一、热解原料的预处理
.
一、热解原料的预处理
【5.干燥方法】
自然干燥:原料在大气中晾晒，利用太阳能蒸发原料中的水分。此时，
空气中的温度、湿度及流动速度对于干燥速度起决定作用。温度高，
湿度小、风速大的天气有利于干燥的进行。
优点
不需要干燥设备，操作简单、易于实施，不消耗 能源，干燥成本低。
缺点
受天候影响大，干燥强度小，时间长，占用场地 面积大，劳动强度大。
木屑
木片、果壳、木 屑等散粒状物体
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二、木材干馏工艺
木材干馏工艺包括： 木材干燥、木材干馏、 蒸汽气体混合物的冷凝 冷却、木炭冷却和供热 系统五部分。
【车辆式干馏釜工艺】
干馏流程见图3-13 物料流程：装料-干馏-卸料 -冷却-装料
.
干馏物料流程
【车辆式干馏釜】
装料
干馏：密封釜门， 即可开始干馏；
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二、木材干馏工艺
【内热立式干馏釜】
工艺流程见图3-15
.
二、木材干馏工艺
【内热立式干馏釜】
干馏过程： ①用不凝性气体燃烧产生的热烟气作为载热体，在开工初期或干馏 釜内产生的不凝性气体量不足时，可燃烧煤气或添加重油。 ②随着炭化进程，木材不断下移，干馏釜的下部送入冷的不凝性气 体，用以冷却木炭，可回收部分热量，木炭经卸料阀门卸入提升 机的料斗中，送入木炭库，冷却木炭后的热气体经风机引出送往 燃烧炉，多余的气体送锅炉车间。
第二临界点c起，开始排除吸着水，干燥速度按照曲线cd降低， 最后达到平衡。
.
一、热解原料的预处理
【6.干燥过程】
干燥过程三个时期化分依据：干燥速度变化的特点。
时期
恒速干燥时期 干燥的中间时期
内部扩散作用时期
特点
恒速，蒸发自由水，木块表面有完整的水膜；
干燥速度直线下降，蒸发自由水，木块表面水 膜的完整性遭到破坏直至消失，木块表面变干； 干燥速度是曲线下隆直至为零，达到平衡，蒸 发吸着水；
.
一、热解原料的预处理
【2.热解原料的分类】 不同的原料（材种）干馏的产物得率不同：
产物名称
醋酸、甲醇 木炭
得率
硬阔叶材比针叶材高一倍 硬阔叶材比针叶材低
另： ①干馏硬阔叶材时，醋酸得率最高，软阔叶材次之，针叶材最少， 所以，以生产醋酸为主的木材干馏原料主要使用桦木和水青冈； ②针叶材常用来生产松木炭，用于制造活性炭。
第三章木材热解工艺
课程名称：木材热解工艺学 授课专业：林产化工 授课教师：李 秀 红 教 研 组 ：林产化工
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内容提要:
一、热解原料的预处理 热解原料的分类 原料干燥的原因 木材中水分存在的状态 干燥过程三时期 干燥方法 木材干燥设备 二、木材干馏工艺 车辆式干馏釜工艺 内热立式干馏釜工艺 明子干馏工艺 三、木材炭化工艺 炭窑、移动式炭化炉、果壳式炭化炉 流态化炉、螺旋炉、回转炉、
图3-1-1木材的平衡含水率与
.
空气温度及相对湿度的关系
一、热解原料的预处理
【6.干燥过程】
木材的干燥速度与时间的关系:图3-1-2
图3-1-2木材的干燥速度与时间的关系
阶段
ab部分 bc部分 cd部分
特点
干燥过程开始时，木块的含水率较大，干燥速度是很快的， 自由水以固定不变的速度从木块中排除；
自由水从第一临界点开始，自由水的排除速度大约按照bc部 分直线的规律降低；
注：生产中应尽量选用含水率低树脂含量高的明子。 即含水率低的肥明子是明子干馏.的优质原料。
二、木材干馏工艺
【明子干馏釜工艺】
明子干馏过程
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二、木材干馏工艺
【明子干馏釜工艺】
流程图见3-2-8
目的： 制取 ➢松焦油、 ➢松木炭、 ➢松节油、 ➢松油、 ➢木醋液；
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二、木材干馏工艺
混合原油加工及松焦油生产
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一、热解原料的预处理
【3.原料干燥的原因】
含水率，影响生产能力、生产成本（时间、燃料消耗、产品质量）。 含水率大
则热解时间长，热量消耗大，液体产物浓度低而 不利于进一步加工利用。
含水率小
则热解过程放热反应激烈，热解速度太快，会导 致产品木炭开裂。
故：需要确定合适的含水率。 .
一、热解原料的预处理
➢窑址的选择: 原料与产品运输方便，靠近水源， 宽阔平地，土壤坚实。
➢筑窑：图3-2-4，炭窑结构之一
➢装料： 薪材直立，质好材在I区，中等材在Ⅱ区，质差材在前Ⅲ区， 细端向下，粗端向上，材堆中心略高于四周成拱形。
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三、木材炭化
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二、木材干馏工艺
【内热立式干馏釜】
干馏过程： ③干馏所产生的蒸汽气体混合物与载热体一起，从顶部出口管引出， 在通过木材干燥区时，由于蒸发水分消耗许多热量，出口处蒸汽气体 混合物的温度只有125 ℃ 左右，这些气体首先进入前冷凝器，然后进 入串联的冷凝冷却器，分离出的木醋液收集在木醋液贮槽中，不凝性 气体由风机送入泡沫吸收器，在进入泡沫吸收器之前经雾滴吸收室回 收气体中夹带的液滴，在泡沫吸收器中用水吸收甲醇等低沸点组分， 这时候的气体已冷却至20-30 ℃ ，再经风机送往冷却木炭用，使木炭冷 却到40-60 ℃ 。
式干馏釜的6—9倍； ② 正常操作时不需燃料； ③ 工作条件好，可实现机械化和自动化； ④ 冷凝困难。
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二、木材干馏工艺
【明子干馏釜工艺】
明子分类:
分类依据
名称
木材的部位
根株明子 树干明子等
木材中 树脂含量的高低
肥明子 中等明子 瘦明子
木材中 含水率的不同
干明子 半干明子 湿明子
特征
树脂含量>21% 树脂含量16-21% 树脂含量<16% 含水率<20% 含水率20-25% 含水率>25%
故：该法仅适用于中小型工厂使用。 .
一、热解原料的预处理
【5.干燥方法】
人工干燥:原料在各种设备中用特定的干燥介质进行干燥。
干燥介质：空气、热空气、过热水蒸气、热烟道气等。
优点
不受气候的影响，干燥速度快、干燥程度易于控 制，占地面积小。
缺点
要有专门的干燥设备并需要消耗能源，投资大。
故：该法适用于大中型工厂使用。 .
【内热立式干馏釜】
影响操作的因素： ① 木材含水率（影响最大）； ② 木块大小； ③ 加料速度； ④ 载热体温度和数量； ⑤ 蒸汽气体混合物的出口温度与压力等；
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二、木材干馏工艺
【内热立式干馏釜】
影响最大的操作因素：木材含水率 木材含水率增加时，由于木材带进干馏釜中的水分增加，蒸发水分所 需要的热量也增大。
合适含水率的确定：
内热立式干馏釜
相对含水率的 要求：10%-20%
备热 解 设
外热式干馏釜
注：在大多数情况下，含水率 大的原料不能直接用于热分解， 需要进行干燥处理，以满足工 艺上对原料含水率的要求。
木材名称
相对 含水率
新砍伐的木材
40%-50%
水运或贮存在水中的木材 大于70%
大气中长期存放的木材 小于30%
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二、木材干馏工艺
【ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ热立式干馏釜】