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。
木材碳化原理和流程
木材碳化原理和流程随着人们对环境和可持续性的关注日益增加，木材碳化技术逐渐受到重视。
木材碳化是一种将木材转化为炭素的过程，通过控制温度和氧气含量，使得木材在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
本文将介绍木材碳化的原理和流程。
1. 原理木材碳化的原理基于热解反应。
热解是指在高温下，有机物质分解成较小的分子，其中包括气态、液态和固态产物。
在木材碳化中，木材在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
炭化过程中，木材中的纤维素和半纤维素分解成碳、水和一些气态产物，而木质素则被转化为焦油和气态产物。
焦油和气态产物可以通过收集和处理来制备化学品，如木醋液和生物柴油。
木材碳化的温度通常在400℃至700℃之间，这种温度下，木材中的大部分有机物质会分解，但碳仍然保持稳定。
因此，木材碳化后的产物具有较高的热稳定性和耐腐蚀性，同时还具有良好的吸附性能和导电性能，可以用于各种应用领域，如环保、建筑、电子和能源。
2. 流程木材碳化的流程主要包括预处理、碳化和后处理三个阶段。
2.1 预处理预处理阶段主要是为了去除木材中的水分和挥发性有机物，以便在碳化阶段中更好地控制温度和氧气含量。
预处理的方法包括干燥、热处理和化学处理。
干燥是将木材暴露在空气中，使其自然失去水分。
热处理是将木材加热至一定温度，以去除水分和挥发性有机物。
化学处理是使用化学品，如酸和碱，去除木材中的水分和挥发性有机物。
2.2 碳化碳化阶段是将预处理后的木材放入碳化炉中，控制温度和氧气含量，使其在高温下分解，去除水分和挥发性有机物，最终形成一种黑色的多孔炭素材料。
碳化炉通常采用间歇式或连续式操作，其中间歇式操作是将木材放入炉内，加热至一定温度，停留一段时间，然后冷却；连续式操作是将木材放入炉内，通过炉内的传送带或推板，使其在炉内依次经过预热、碳化和冷却三个区域。
2.3 后处理后处理阶段是将碳化后的产物进行处理，以获得所需的物理和化学性质。
热解
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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。
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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。
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4．物料性质
3、热解工艺分类
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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）
第三章木材热解工艺(木材热解工艺学)
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。
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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；
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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
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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、概述
1、定义
木材热解： 隔绝空气或有限制的通入空气的条件 木材热解：就是在隔绝空气或有限制的通入空气 隔绝空气或有限制的通入空气 下，将木材加热分解的过程。
2、热解产物
一般得到气体、液体和固体三种产物，主要产物是液 态的木醋液和木焦油 气态的木煤气和固态的木炭。它 木醋液和木焦油、 木醋液和木焦油 们又称为木材热解的初生产物。 木材热解产品可以广泛用在化学纤维、合成橡胶、香 料、食品加工、冶金、染料、药物、选矿、防腐、国防以 及环保等方面。
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。 固定碳含量的大小较大程度上反映了原料炭化程度的高低。
（4）热解气氛
热解气氛对热解产物的组成和性质有较大的影响。 热解气氛对热解产物的组成和性质有较大的影响。热解气氛主要 有惰性气氛（如氮气中）、氧化性气氛（如有限的空气中）、还 原性气氛（如氢气中）、自发性气氛（在隔绝空气下，在原料热 解所产生的气体产物中）、过热水蒸气气氛。热解气氛对植物资 源热解的机理是复杂的，目前还有大量不清楚的地方。但这是有 效提高植物资源高效利用的有潜力的方式。 对于不同目的的四种热解方式：植物原料的炭化、干馏、 对于不同目的的四种热解方式：植物原料的炭化、干馏、气化和 液化，它们所采用的气氛不同：炭化（惰性气氛、氧化性气氛或 液化，它们所采用的气氛不同 自发性气氛中）、干馏（自发性气氛）、气化（惰性气氛或还原 性气氛）、液化（过热水蒸气气氛、惰性气氛或还原性气氛）。
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%。
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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
.
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
木材热处理操作方法
木材热处理操作方法木材热处理是指通过加热、干燥和冷却等操作，改善木材性能的一种方法。
热处理能显著提高木材的耐腐蚀性、抗虫性和尺寸稳定性，使其更适合用于室外建筑、园艺、家具制造等领域。
以下是木材热处理的操作方法。
首先，选择适合热处理的木材。
常见的适合热处理的木材有松木、桦木、杨木等。
这些木材具有较高的含水率和较低的密度，使其更易于吸收热处理药剂和热处理负荷。
其次，进行预处理。
预处理主要包括木材的卸装、校直和修整等操作。
将木材进行卸装，即去掉木材表面的树皮和树干等杂质。
然后对木材进行校直，以确保木材在热处理过程中能均匀地受热。
最后，对木材进行修整，使其符合热处理要求的尺寸和形状。
接下来，进行真空干燥。
真空干燥是木材热处理的关键步骤。
首先，将处理木材的容器密封，建立真空环境。
然后，通过增加温度和减小压力，使木材中的水分蒸发出来。
真空干燥时，要控制温度和压力的变化速度，以避免木材内部产生裂纹和变形。
然后，进行热处理。
热处理是指将木材加热到一定温度，并在此温度下保持一段时间，使木材中的天然化学物质发生反应。
这些反应可以改变木材的结构和性能。
热处理温度通常在150至230之间，持续时间从几小时到几天不等。
热处理时，要保持木材的温度均匀，避免温度梯度过大引起内部应力。
最后，进行冷却和处理后处理。
在热处理结束后，将木材从热处理设备中取出，并进行冷却。
冷却时，要控制冷却速度，以避免木材内部产生应力。
在冷却后，可对木材进行后处理，如修整、砂光和表面涂漆等。
后处理操作主要是为了提高木材的表面质量和美观度，使其更适合使用。
总结起来，木材热处理的操作方法包括木材的预处理、真空干燥、热处理、冷却和后处理等步骤。
这些操作能够改善木材的性能，提高其耐久性和稳定性。
但需要注意的是，木材热处理时要控制好温度、压力和时间等参数，以避免木材的破坏和变形。
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
热解处理(古柏高教)
水煤气原料。
10
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
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
4
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
木材的燃烧和燃料利用
木材的燃烧和燃料利用木材作为一种常见的生物质燃料，在人类社会的发展过程中发挥着重要作用。
本文将探讨木材的燃烧过程以及其作为燃料的利用方式。
一、木材的燃烧过程木材的燃烧过程可以分为三个阶段：脱水阶段、热解阶段和完全燃烧阶段。
1. 脱水阶段当木材加热到一定温度时，其中的水分开始蒸发。
在这个阶段，木材内部的温度逐渐升高，但并没有明显的火焰和火苗。
2. 热解阶段在木材的热解阶段，木材中的纤维素、半纤维素和木质素等有机物开始分解。
这个过程是一个复杂的化学反应过程，产生的主要产物有煤焦油、木醋液和焦碳等。
3. 完全燃烧阶段当木材热解产物达到可燃点时，就会发生燃烧反应。
这个阶段是能量释放最为充分的阶段，发出明亮的火焰和强烈的热量。
二、木材作为燃料的利用方式木材作为一种可再生资源，可以通过不同的方式进行燃料利用。
1. 生物质直接燃烧将木材直接燃烧，可以获得热能，用于供暖、烹饪、发电等。
这种方式简单、成本低，但在燃烧过程中会产生大量的烟尘和污染物，对环境造成负面影响。
2. 生物质燃料制备通过对木材进行处理，可以制备出生物质燃料，如木屑、木质颗粒、木质炭等。
这些燃料具有较高的热值和较低的含水率，可以广泛应用于工业和家庭领域。
3. 生物质气化将木材进行高温热解，产生的气体称为生物质气化气体。
这种气体可以用于燃料电池发电、热能利用和合成燃料等领域，是一种清洁高效的能源利用方式。
4. 生物质液化通过将木材进行液态化处理，可以制备出生物质液体燃料。
这种燃料具有较高的能量密度和较低的排放物含量，可以作为汽车燃料和航空燃料使用。
三、木材燃烧的环境影响木材的燃烧会产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等多种污染物。
这些污染物对大气质量和空气环境有一定的影响，对人体健康也存在潜在风险。
为减少木材燃烧对环境的影响，可以采取以下措施：1. 改进燃烧技术引入高效燃烧设备，使燃烧更加充分，减少烟气中污染物的排放。
2. 增加燃烧控制装置对于大规模的木材燃烧设施，应配备烟气净化装置，有效去除排放的污染物。
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2021/3/10
讲解：XX
3
一、热解原料的预处理
【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；
2021/3/10
讲解：XX
5
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。
2021/3/10故：需要确定合适的含水讲解率：XX。
②软阔 — 杨、椴、柳等；
③针 — 马尾松、红松、云杉等；
2021注/3/1：0 不同的材种干馏的产物得率讲解不：同XX。
4
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。
①木材的性质：树种、含水率；
②干燥介质的性质：温度、湿度、流速；
③干燥方法：自然干燥、人工干燥；
④干讲燥解设：X备X
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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。
干燥：在干燥介质作用下，使水分蒸发除去而降低物料含水率 的过程。
干燥速度：表示在单位时间内从木材中干燥除去的水分的数量。 平衡含水率：当周围介质固定不变，木材在该介质中存放一定
时间后，含水率不再变化而成为定值，此定值称作在该种介质 条件下（温度、湿度）的木材平衡含水率。
影响干燥速度的因素
2021/3/10
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 %
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讲解：XX
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一、热解原料的预处理
【5.干燥方法】
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。
讲解：XX
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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；
6
一、热解原料的预处理
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%
热 解 设 备
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2上021对/3/1原0 料含水率的要求。
木材名称 新砍伐的木材
相对 含水率
40%-50%
水运或贮存在水中的木材 大于70%
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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讲解：XX
1
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
大气中长期存放的木材 小于30%
水解木质素、糖醛渣、栲 胶渣等
大于60%
相对含水率的
要求：15%-
讲解：XX
25%
7
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。
吸着水：存在于微毛细管系统中的水分，通过与氢键等作用， 与细胞壁之间形成较大的亲合力，难以蒸发除去，称作吸着水 或胶体水、结合水。
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。
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讲解：XX
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 12
一、热解原料的预处理
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。
2021/3/10故：该法适用于大中型工厂讲解使：X用X 。
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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：
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。
2021/3/10故：该法仅适用于中小型工讲解厂：X使X 用。
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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。
【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
2，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；
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、
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讲解：XX
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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