植物原料的碳化与干馏.pptVIP

上一堂课讲的内容 木材热解（定义）： 木材及其主要组分的热分解 纤维素的热解分为四个阶段 酸性物质对热分解的影响 第二章 植物原料的碳化与干馏 第一节、植物原料干馏的基础知识 第二节、木材的炭化工艺与设备 第三节、干馏的装置及工艺 第四节、木炭（热解固体产物） 的性质和用途 第一节、植物原料的碳化与干馏的基础知识 1、木材干馏(定义)：是木材或木质原料在干馏釜中隔绝空气进行热解，并进行一步加工其初级液体产品的化学工艺过程。 结论 当木材长时间加热时，可以在100℃以下开始热分解，但是，分解作用是极不明显的。 木材明显的热分解作用是在160℃左右开始的。 由图可以看出，在最初2小时内，虽然釜外温度保持在290-300℃左右，而内部温度仅为150-160℃，这个时期内，木材的热分解不显著，馏出的液体量最初逐惭增多，然后减少，馏出的液体主要是原来包含在木材中的水分。在第三小时，虽然外部温度保持290左右，但内部温度却很快地上升，并超过了外部温度，说明木材热解过程中发生了放热反应。 根据木材干馏过程的温度变化、热解速度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几个阶段。 4、木材干馏的几个阶段与化学变化 Ⅰ、在160℃以前排出的都是水蒸气，这个过程就是热解的干燥过程，含水份越多的物料，这个过程就越长，消耗的能源就越多。因为只有把水份蒸干了才能开始热解。另外在实际生产中，这部分汽不是排空的，而是随木煤气进入后续设备中，最终被冷凝到木醋液中，降低木醋液浓度，增加木醋液的回收负荷。所以热解的原料尽量减少水份。在实际生产过程中，一般都要安装原料干燥设备。 Ⅱ、由木材的热解开始温度(160-200℃ )，到260 ℃范围内半纤维素的大部分和纤维素、木素的一部分分解，减量约15%。半纤维素的乙酰基和糖醛酸部分的羧基分解产生醋酸和二氧化碳，与糖残基的碳结合的HO与H产生脱水和β (1,4)键切断的解聚反应。推测新生成3羰基的碳双健，即糖残基的2, 3位碳里酮、醇型互变的异构中间体，半纤维素的基本构造消失。另外，此时纤维素的一部分即无定形区β (1, 4)键切断，聚合度降低，木素中一部分甲氧基等也分解了。 Ⅲ、260-310 ℃ ，主要是纤维素分解，半纤维素的分解残渣固体生成物进一步芳香族化，约减重35%。纤维素与半纤维素同样经脱水和解聚，经酮醇型互变异构中间体及其氧化分解物的生成等变化，到310 ℃前后，纤维素的基本构造消失芳香族化开始。此时，半纤维素残存物的分解和芳香化也在进行，木素的甲氧基量再减少。由于碳水化合物的基本构造消失，芳环对热的稳定性，半纤维素到260℃以上、纤维素到310 ℃以上重量减少速度相应变慢 。 Ⅳ、310-400 ℃ ，主要是木素热分解，由于脱甲氧基、脱甲基反应进行的结果，木素基本构造消失，多环芳香族化开始。此时，先前碳水化合物的碳化残物进一步分解，经脱水、脱羰基、羧基、甲基等反应，芳香族化和缩合、多缩环芳香族化也在进行。 Ⅴ、400-500 ℃ ，随着温度升高，羰基、羧基、甲基等脱离与缩合、多环芳香族化也在进行。 Ⅵ、500C ℃以上，是以产生氢气为主，随着缩合多环芳香族化进行，氢的生成量渐次增多。六碳环网状平面构造急速发达。 二、木材干馏的产物 （一）、固体产物 （二）、液体产物 （三）、气体产物 （一）、 固体产物： 如木炭、竹炭等， 得率约为33％～38％ 。 木炭疏松多孔，是制造活性炭、二硫化碳等的原料，其性质和用途后面详述。 （二）液体产物及其组成 植物原料的热解液体产物的得率约为绝干原料的40～50％。水分约占液体产物的80～90％，有机物成分复杂，约有200多种。静置分层，分三大类。 （1）澄清木醋液 （2）沉淀木焦油 （3）粗松节油 （3）粗松节油 ： 主要成分是萜烯类与萜烯醇类物质。如蒎烯、蒈烯、双戊烯、雄刈萱醇等。此外，还含有少量的醛、酮类物质。 三、影响木材干馏的因素 三个方面： 热解的操作条件：温度，升温速度、压力。 植物原料的性质：含水率 ，原料的大小 ，腐朽程度。 外加条件（重要）：热解气氛 ，热解溶剂 ，催化剂和化学助剂的作用（生物质气化与液化）。 从表3-2-3可以看出，在炭化过程开始时首先分离出水分和酸类，然后分离出其他的有机物。随着炭化最终温度的升高，木酸液的组成也在不断地发生变化，在270-400℃的温度范围内组成的变化较大，而当炭化温度升高到400℃以上时，组成的变化则不显著。 因此热解木材如果以制取醋酸和甲醇为目的时，可以将炭化最终温度限制在380-400℃之内，因为在这个温度以上时，实际上已几乎停止分离出酸类和醇类。进一步升高温度只会增加燃料的耗费量。