木材热解
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ห้องสมุดไป่ตู้
Pulp industry, Sawmilling and planning
Plywood production
Particleboard production
Bark, core, sawdust, veneer clippings and waste, panel trim, sanderdust
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
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
Q:比较木材炭化与木材干馏?
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：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。
活性炭是用普通木炭再次高温干馏以后的产物，与 木炭相比它去除了原来存在于木炭孔隙里残留的油 脂和水分以及其它挥发性成分，孔隙更多更大，吸 附能力比木炭更强。 普通的木炭是木材、竹子，栗壳、核桃壳等含纤维 素较多的物质，在隔绝空气的环境下，利用高温使 其内部的低燃点物质汽化掉，剩下的以炭为主的多 空性物质。 无定形碳
char oil gas
Direct heating
Indirect Heating
syngas
Upgrading treatment
Engine or Turbine Synthesis/cleaning
Heat and Electricity
Bio-fuels
Charcoal
CH3OH, CnHm, H2
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。
【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；
◆活性炭分类
★根据原料不同：
①木质原料等植物性原料活性炭 ②煤质等矿物性原料活性炭 ③其他含碳原料活性炭
★根据制造方法不同：
①气体活化法（又称物理法）活性炭 ②化学药品活化法（简称化学法）活性炭 ③混合活化法活性炭
★根据外观形状分：
①粉末状活性炭 ②颗粒状（不定型和成型颗粒） 活性炭 ③纤维状活性炭
slow fast, flash
Gasification
Atmospheric or pressurized O2, air, H2O
Flue gas
H2O, critical conditions, Hydro liquefaction (H2) High Pressure
Liquid biomass Heavy bio-oil
Operating conditions of the thermal processes
Thermal Process Combustion Pyrolysis Temperature Atmosphere Products Mean overall Yield ~ 65 % ~ 45 % > 900°C < 500°C O2 (air) Inert gas or Low pressure Inert gas or Low pressure Air or H2O vapour Low pressure CO2 + H2O + N2 + ashes to be treated char + tars + gas, which proportions are related to the pyrolysis parameters Mainly gas (CO, H2, CH4, C2H4 …) with low quantity of char used Gas (H2, CO, CO2, CH4, N2) + ashes to be treated High viscosity liquid (phenols) High viscosity liquid (phenols) non soluble in water
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
固体 氧化剂 可燃性气体 高温
【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。
固体 催化剂 液体燃料油 高温 高压
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”
Wood
(Co) combustion Direct Liquefaction Pyrolysis
◆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
◆操作条件对热解过程的影响
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； ◆农林业生产中的一些副产物：果核、椰子壳、油茶壳、杏 核、桃核、橄榄核、葡萄壳； ◆草本植物：一支黄花草、甘蔗渣、农作物的秸杆、谷壳等。 ◆其他含碳废弃物：栲胶渣、糠醛渣；水解木素和浸提松香 生产中的废明子木片等；石油化学工业中的石油焦；火力发 电厂产生的粉煤灰；污水处理厂产生的活性污泥等。
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
?
★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
Gasification by Fast pyrolysis Gasification
> 700°C
~ 75 %
> 800°C
50-60 % ~ 75 %
Liquefaction by Fast Pyrolysis Direct Liquefaction
< 550°C
300°C350°C Slurry in water
CO High pressure
~ 80 %
Biomass upgrading into Energy or Chemicals
Co-combustion
Electricity Heat
Biomass
Direct Combustion
Fuel cells
Gasification Pyrolysis Direct Liquefaction
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。
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
四、木材热解产品及应用
【木炭的应用】
日常生活中的应用; 在农业中的应用;
工业中的应用：（基于木炭的化学性质和结构
性质）
①冶金工业（冶炼铁矿石、冶炼有色金属、生产结 晶硅等） ②制造渗碳剂；③制造二硫化碳； ④压制木炭砖；⑤生产活性炭；
⑥饲料添加剂；⑦瓷器的研磨剂。
【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。
生物质能源的加工利用】
【木炭及活性炭的生产与应用】
【木材干馏】
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。
【林产植物原料的特点】
种类繁多、分布的范围很广
性质差异大：因地置宜、按照原料的特点有效地
进行开发利用，确定合理的生产规模，以保证生
产能够正常地进行和取得最大的经济、生态、社
会效益；
属于有生命的植物类资源，是可再生资源
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
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
Bark, screening fines, panel trim, sawdust, sanderdust
Wood Wastes
Packing material, old wooden furniture, wooden building waste (demolition wood)
小结
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 木质炭、木焦油、木煤气、木醋液 。
基础性研究：通过新仪器和新技术的应用，研究活性炭的表
【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；
Pulp industry, Sawmilling and planning
Plywood production
Particleboard production
Bark, core, sawdust, veneer clippings and waste, panel trim, sanderdust
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
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
Q:比较木材炭化与木材干馏?
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：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。
活性炭是用普通木炭再次高温干馏以后的产物，与 木炭相比它去除了原来存在于木炭孔隙里残留的油 脂和水分以及其它挥发性成分，孔隙更多更大，吸 附能力比木炭更强。 普通的木炭是木材、竹子，栗壳、核桃壳等含纤维 素较多的物质，在隔绝空气的环境下，利用高温使 其内部的低燃点物质汽化掉，剩下的以炭为主的多 空性物质。 无定形碳
char oil gas
Direct heating
Indirect Heating
syngas
Upgrading treatment
Engine or Turbine Synthesis/cleaning
Heat and Electricity
Bio-fuels
Charcoal
CH3OH, CnHm, H2
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。
【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；
◆活性炭分类
★根据原料不同：
①木质原料等植物性原料活性炭 ②煤质等矿物性原料活性炭 ③其他含碳原料活性炭
★根据制造方法不同：
①气体活化法（又称物理法）活性炭 ②化学药品活化法（简称化学法）活性炭 ③混合活化法活性炭
★根据外观形状分：
①粉末状活性炭 ②颗粒状（不定型和成型颗粒） 活性炭 ③纤维状活性炭
slow fast, flash
Gasification
Atmospheric or pressurized O2, air, H2O
Flue gas
H2O, critical conditions, Hydro liquefaction (H2) High Pressure
Liquid biomass Heavy bio-oil
Operating conditions of the thermal processes
Thermal Process Combustion Pyrolysis Temperature Atmosphere Products Mean overall Yield ~ 65 % ~ 45 % > 900°C < 500°C O2 (air) Inert gas or Low pressure Inert gas or Low pressure Air or H2O vapour Low pressure CO2 + H2O + N2 + ashes to be treated char + tars + gas, which proportions are related to the pyrolysis parameters Mainly gas (CO, H2, CH4, C2H4 …) with low quantity of char used Gas (H2, CO, CO2, CH4, N2) + ashes to be treated High viscosity liquid (phenols) High viscosity liquid (phenols) non soluble in water
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
固体 氧化剂 可燃性气体 高温
【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。
固体 催化剂 液体燃料油 高温 高压
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”
Wood
(Co) combustion Direct Liquefaction Pyrolysis
◆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
◆操作条件对热解过程的影响
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； ◆农林业生产中的一些副产物：果核、椰子壳、油茶壳、杏 核、桃核、橄榄核、葡萄壳； ◆草本植物：一支黄花草、甘蔗渣、农作物的秸杆、谷壳等。 ◆其他含碳废弃物：栲胶渣、糠醛渣；水解木素和浸提松香 生产中的废明子木片等；石油化学工业中的石油焦；火力发 电厂产生的粉煤灰；污水处理厂产生的活性污泥等。
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
?
★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
Gasification by Fast pyrolysis Gasification
> 700°C
~ 75 %
> 800°C
50-60 % ~ 75 %
Liquefaction by Fast Pyrolysis Direct Liquefaction
< 550°C
300°C350°C Slurry in water
CO High pressure
~ 80 %
Biomass upgrading into Energy or Chemicals
Co-combustion
Electricity Heat
Biomass
Direct Combustion
Fuel cells
Gasification Pyrolysis Direct Liquefaction
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。
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
四、木材热解产品及应用
【木炭的应用】
日常生活中的应用; 在农业中的应用;
工业中的应用：（基于木炭的化学性质和结构
性质）
①冶金工业（冶炼铁矿石、冶炼有色金属、生产结 晶硅等） ②制造渗碳剂；③制造二硫化碳； ④压制木炭砖；⑤生产活性炭；
⑥饲料添加剂；⑦瓷器的研磨剂。
【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。
生物质能源的加工利用】
【木炭及活性炭的生产与应用】
【木材干馏】
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。
【林产植物原料的特点】
种类繁多、分布的范围很广
性质差异大：因地置宜、按照原料的特点有效地
进行开发利用，确定合理的生产规模，以保证生
产能够正常地进行和取得最大的经济、生态、社
会效益；
属于有生命的植物类资源，是可再生资源
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
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
Bark, screening fines, panel trim, sawdust, sanderdust
Wood Wastes
Packing material, old wooden furniture, wooden building waste (demolition wood)
小结
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 木质炭、木焦油、木煤气、木醋液 。
基础性研究：通过新仪器和新技术的应用，研究活性炭的表
【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；