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
.
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
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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。
.
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
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
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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
9
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 %
2021/3/10
讲解：XX
8
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
13
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
2021/3/10
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。
2021/3/10
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 。
11
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。
10
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、
2021/3/10
讲解：XX
2
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