植物原料的碳化与干馏

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1、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一、木材的干馏的过程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。木材在120℃加热时，约一个月，它的弹性模量降低了10％，如果在140℃加热时，只要一星期就达到同

2、样的结果。木材的弹性模量是木材的强度指标之一。如果不是由于含水率增大而引起木材强度的下降，上述木材弹性模量下降的情况，只能解释为是由于木材组分的热分解而引起的变化。木材在100一150℃长时间加热时(几天至几星期)，发现木材中戊聚糖的含量降低了，但是一般在150℃以下，木材的热分解过程是比较缓慢的。当木材在隔绝空气的条件下加热到160℃时，由于生成挥发产物而造成的重量损失为2％，并且随着温度的上升，木材残留物的重量也不断降低。这表明木材明显的热分解作用是在160℃左右开始的。2、温度和时间对木材性能的影响结论当木材

3、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。3、木材干馏过程中气体、液体和固体产物的变化规律（Klason曲线）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

4、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℃)，

5、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

6、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、40

7、0-500℃，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

8、多种。静置分层，分三大类。（1）澄清木醋液（2）沉淀木焦油（3）粗松节油热解液体产物的组成成分：（1）澄清木醋液：有80％～90％的水分和10％～20％的有机物质。有机物质包括：醋酸、甲酸、丙酸等饱和脂肪酸，丙烯酸之类不饱和脂肪酸，乙醇酸等醇酸，糠酸等杂环酸；甲醇、丙烯醇等醇类；丙酮、甲乙酮、甲丙酮、环戊酮等酮类；甲醛、乙醛、糠醛等醛类；甲酸甲酯、乙酸甲酯、