热解原理与过程之木材干馏的
发布时间：2024-09-16 点击：94
热解原理与过程之木材干馏的
于150℃以下长期加热时，会引起木材中聚戊糖含量的下降。但这种变化非常缓慢，不属于工业上的木材热分解范畴。在隔绝空气的条件下将木材加热到160℃时，木材的质量损失率达到2%。此后，随着加热温度的升高，木材残留物的质量不断减少，热分解逐渐显著。一般认为，木材是从160℃开始明显地发生热分解作用的。克拉松( klason)等人在外热式间歇于馏釜中进行木材干馏试验，测定了釜外加热温度、釜内温度以及生成不凝性气体和馏出液的速度。
在最初的2h内，釜外的加热温度已升高到290℃左右，但釜内温度却仍然保持在150℃以下，而馏出液数量在o．5—1．oh形成了一个峰。这是由于蒸发干燥木材中的水分，需要消耗大量的热量，妨碍了釜内温度的升高。到了2h以后，虽然釜外温度维持在300℃左右不变，但釜内温度上升很快，特别在3. 5h左右还超过了釜外温度，同时生成了大量的液体产物和气体产物，说明木材发生了激烈的热分解，并且热分解过程中还放出热量。此后，随着釜外、釜内温度的升高，到400℃左右时，生成的液态和气态产物的数量逐渐减少，热分解过程基本结束。
根据木材干馏过程中的温度变化和生成产物的特征，木材干馏过程可以分成下述4个阶段。
(1)干燥阶段
在150℃以内，木材受热时主要发生水分的蒸发干燥，使其含水率降低。得到的馏出液是水，气体产物是空气及少量的二氧化碳。在干燥阶段，木材的化学组成基本不变。干燥阶段要吸收外部的热量才能完成。
(2)预炭化阶段
在150～275℃，木材吸收外界热量引起其不稳定的组分开始发生显著的热分解。得到的馏出液中除了反应水以外，还含有少量的乙酸、甲醇等有机物；生成的不凝性气体中除了二氧化碳以外，可燃性成分一氧化碳、甲烷等逐渐增加。木材的化学组成开始发生明显变化，到本阶段结束时，原料木材转变成褐色，但尚未转变成木炭。预炭化阶段和干燥阶段一样，也是吸热反应阶段。
(3)炭化阶段
温度达到275℃以后，木材开始激烈地热分解，生成大量的分解产物并放出反应热，直至450℃为止。木材干馏的主要产物几乎都在该阶段中生成。馏出液中乙酸、甲醇、木焦油及其他有机物的含量大大增加；气体产物中一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性成份比例上升，在本阶段结束时，木炭已经生成。本阶段的一个重要特点是热分解过程中 伴随着放出热量，因此，又称作放热反应阶段。
(4)煅烧阶段
温度达到400—450℃，木材干馏已经基本完成。进一步加热提高温度， 对干馏釜内的固体残留物进行煅烧，目的是降低木炭中的挥发分含量·提高固定碳含量和增 加木炭的强度。在本阶段中，馏出液和不凝性气体的产量已经很少。煅烧阶段也要吸收外界 供给的热量才能完成。
在实际木材干馏生产中，由于干馏釜容积较大，木材热导率小，致使处于干馏釜内不同 部位的木材受热状况不同。因此，上述4个阶段很难明确区分。但是，在外热间歇式木材干 馏过程中，大体上可以观察到上述4个阶段的主要特征。
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在最初的2h内，釜外的加热温度已升高到290℃左右，但釜内温度却仍然保持在150℃以下，而馏出液数量在o．5—1．oh形成了一个峰。这是由于蒸发干燥木材中的水分，需要消耗大量的热量，妨碍了釜内温度的升高。到了2h以后，虽然釜外温度维持在300℃左右不变，但釜内温度上升很快，特别在3. 5h左右还超过了釜外温度，同时生成了大量的液体产物和气体产物，说明木材发生了激烈的热分解，并且热分解过程中还放出热量。此后，随着釜外、釜内温度的升高，到400℃左右时，生成的液态和气态产物的数量逐渐减少，热分解过程基本结束。
根据木材干馏过程中的温度变化和生成产物的特征，木材干馏过程可以分成下述4个阶段。
(1)干燥阶段
在150℃以内，木材受热时主要发生水分的蒸发干燥，使其含水率降低。得到的馏出液是水，气体产物是空气及少量的二氧化碳。在干燥阶段，木材的化学组成基本不变。干燥阶段要吸收外部的热量才能完成。
(2)预炭化阶段
在150～275℃，木材吸收外界热量引起其不稳定的组分开始发生显著的热分解。得到的馏出液中除了反应水以外，还含有少量的乙酸、甲醇等有机物；生成的不凝性气体中除了二氧化碳以外，可燃性成分一氧化碳、甲烷等逐渐增加。木材的化学组成开始发生明显变化，到本阶段结束时，原料木材转变成褐色，但尚未转变成木炭。预炭化阶段和干燥阶段一样，也是吸热反应阶段。
(3)炭化阶段
温度达到275℃以后，木材开始激烈地热分解，生成大量的分解产物并放出反应热，直至450℃为止。木材干馏的主要产物几乎都在该阶段中生成。馏出液中乙酸、甲醇、木焦油及其他有机物的含量大大增加；气体产物中一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性成份比例上升，在本阶段结束时，木炭已经生成。本阶段的一个重要特点是热分解过程中 伴随着放出热量，因此，又称作放热反应阶段。
(4)煅烧阶段
温度达到400—450℃，木材干馏已经基本完成。进一步加热提高温度， 对干馏釜内的固体残留物进行煅烧，目的是降低木炭中的挥发分含量·提高固定碳含量和增 加木炭的强度。在本阶段中，馏出液和不凝性气体的产量已经很少。煅烧阶段也要吸收外界 供给的热量才能完成。
在实际木材干馏生产中，由于干馏釜容积较大，木材热导率小，致使处于干馏釜内不同 部位的木材受热状况不同。因此，上述4个阶段很难明确区分。但是，在外热间歇式木材干 馏过程中，大体上可以观察到上述4个阶段的主要特征。
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