1. 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CO
、CO、少量醋酸。
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* 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。
(4聚合及芳构化阶段T>400 ℃;
⑴初级降解产物发生C-C C-O-C断裂释放CO等气体产物外,残留的C-C键发生芳构化,形成碳六角环,最终转化为木炭。
⑵左旋葡萄糖酐缩聚成左旋葡糖,进一步转化为大分子混合木焦油
9. 半纤维素的热分解温度范围在225~325℃;反应式与纤维素相似。半纤维素热稳定性差。
化学反应:先后经历脱水;甙键断裂;热裂解;缩聚;芳构化。
10.木质素的分解
答:(1250℃木质素放出CO2、CO等气体。
(2T>310 ℃反应剧烈,生成大量蒸汽气体产物。
可凝性产物有:醋酸、甲醇、木焦油及其他有机化合物。
不凝性气体产物:甲烷之类烃类物质出现。
(3T>420 ℃气体产物逐渐减少,热分解基本完成
木质素热分解较纤维素和半纤维素,木炭的得率最高。
10.醋酸及其同系物主要来源于(纤维素和(半纤维素。
醋酸形成的前躯体:乙酰基(CH3CO
11.分析讨论:
资料:①从针叶树干馏得到甲醇产率为0.7%-0.9%;
②由白桦、栎木得到甲醇产物为1%-1.5%;
问题: 为什么材料①甲醇的产率高于②?
答:阔叶材中有b和a两种结构单元。针叶材中主要是a结构。因为甲醇在热解过程中主要来源于苯基丙烷结构单元上的甲氧基,所以材料①甲醇的产率高于②。
12.木材真空条件下热解不产生丙酮。因此,丙酮是木材热解的二次产物。酯类物质也是木材热解的二次产物。
甲醛、乙醛、糠醛等初级分解来源于木材组分中的纤维素、半纤维素及木质素热分解,也可通过二次反应生成。
13. 真空热解时木焦油是主要热解产物。(不是黑色而是红褐色
14.木材热解水分来源:(1木材原含有的水分;(2木材热解时形成的反应水。
2.木材炭化与干馏
15.干燥、预炭化阶段,木材不会显著分解,υ加热影响不大;
炭化、煅烧阶段,放热反应阶段,υ加热影响大。
16.快速炭化使焦油产量显著↑木炭量减少。
17.木材腐朽多是感染了真菌和木腐菌。主要是(白腐菌和(褐腐菌二类。
18. 木材干燥分为哪三个时期?
答:(1干燥速度不变时期(恒速干燥时期又称外部扩散作用时期
特征:自由水表面蒸发,干燥速度不变。
(2干燥的中间时期(自由水从细胞腔中蒸发过渡到结合水蒸发
特征:干燥过程由蒸发自由水过度到蒸发吸着水。干燥速度和木材含水率分别呈直线变化。由b开始到C结束。
(3内部扩散作用时期
特征:木材表面是干燥的,但是木材内部空隙中含有相当的水分。此时期水分蒸发除了要达到饱和蒸汽压外,还要克服水分由木材内部扩散到表面的传质阻力。
19.*常见的干燥设备有(隧道式、(回转式和(气流干燥式干燥装置。
20. 在(有限制供给少量空气的条件下,在(炭化装置内使林产植物原料(热分解的操作过程成为木材炭化。
21. 为什么在果壳炭化炉炭化工艺中通入少量水蒸气可以起到冷却和密封作用? 答:水蒸气预热汽化带走一部分热量,炭遇水成糊儿,有承担一定重量的能力。
22. 固定碳:在规定的高温下(850 ℃ -950 ℃ ,不通入空气进行煅烧时的无灰分木炭。
23. 木炭机械强度受那些因素影响?
答: ⑴原料树种; ⑵方向性差别(压力方向;⑶最终温度;
⑷时间(干燥和炭化时加热速度。
24. 木炭的反应能力是指在木炭煅烧过程中,使CO 2还原成CO 的能力。
