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1、 第二章第二章 生物质热解机理与特生物质热解机理与特 性性 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解
2、机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 生物质热解生物质热解 炭化炭化 气化气化 液化液化 木炭木炭 燃气燃气 生物油生物油 一次气体一次气体 生物质生物质 一次液体一次液体 炭炭 热量热量 二次液体二次液体 二次气体二次气体 二次焦炭二次焦炭 通过控制热解温度、通过控制热解温度、 气相氛围、滞留时间、加热速气相氛围、滞留时间、加热速 率等，可定向获得固体、气体或液体燃料率等，可定向获得固体、气体或液体燃料 生物质的热解生物质的热解 生物质生物质 生物质的热解生物质的热解 主产物：焦
3、炭主产物：焦炭 主产物：生物油主产物：生物油 主产物：可燃气主产物：可燃气 中温快速热解中温快速热解 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 纤维素热解机理纤维素热解机理 1、纤维素热解机理概述、纤维素热解机理概述 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应 3、纤维素的开裂反应、纤维素的开裂反应
4、 4、一次裂解产物的二次裂解、一次裂解产物的二次裂解 1、纤维素热解机理概述、纤维素热解机理概述 纤维素纤维素 活性纤维素活性纤维素 焦炭、水、焦炭、水、 CO、CO2等等 液体液体 (左旋葡聚糖等左旋葡聚糖等) 温度是影响纤维素热解产物分布的主要因素温度是影响纤维素热解产物分布的主要因素 1、纤维素热解机理概述、纤维素热解机理概述 Waterloo的纤维素热解模型的纤维素热解模型 1、纤维素热解机理概述、纤维素热解机理概述 纤维素热解形成的重要有机液体产物纤维素热解形成的重要有机液体产物 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应LG的形成的形成 纤维素糖苷键的断裂形成尾部纤维素糖苷键的断裂形成
5、尾部 带有自由端的短链，通过与带有自由端的短链，通过与C-6上上 游离的伯醇羟基的作用而形成稳游离的伯醇羟基的作用而形成稳 定的定的1,6-酐酐 邻近的糖苷键继续断裂，则最邻近的糖苷键继续断裂，则最 终形成挥发性的终形成挥发性的LG 邻近的糖苷键不随之断裂，则邻近的糖苷键不随之断裂，则 形成各种不同聚合度的脱水低聚形成各种不同聚合度的脱水低聚 糖糖 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应LGO的形成的形成 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应DGP的形成的形成 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应LAC的形成的形成 2、纤维素的解聚反应、纤维素的解聚反应HMF的形成的形成 3、纤维素的开裂
6、反应、纤维素的开裂反应HAA的形成的形成 3、纤维素的开裂反应、纤维素的开裂反应其他小分子产物其他小分子产物 3、纤维素的开裂反应、纤维素的开裂反应其他小分子产物其他小分子产物 4、一次产物的二次裂解、一次产物的二次裂解LG LG二次裂解会形成和纤维素相似的热解产物二次裂解会形成和纤维素相似的热解产物 4、一次产物的二次裂解、一次产物的二次裂解HMF HMF二次裂解主要形成两种产物二次裂解主要形成两种产物 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素
7、热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 1、半纤维素热解机理概述、半纤维素热解机理概述 2、半纤维素的解聚反应、半纤维素的解聚反应 3、半纤维素的开裂反应、半纤维素的开裂反应 4、半纤维素取代基的脱落反应、半纤维素取代基的脱落反应 1、半纤维素热解机理概述、半纤维素热解机理概述 半纤维素具有和纤维素相似的热解反应机理半纤维素具有和纤维素相似的热解反应机理 半纤维素半纤维素 焦炭、水、焦炭、水、 CO、CO2等等 液体液体 (FF、HAA等等) 解
8、聚解聚 吡喃环开裂吡喃环开裂 取代基脱落取代基脱落 2、半纤维素的解聚反应、半纤维素的解聚反应 木聚糖的热解过程中，无法形成大量的脱水糖产物（类似纤维素热木聚糖的热解过程中，无法形成大量的脱水糖产物（类似纤维素热 解形成解形成LG），转而形成较多的固体焦炭产物），转而形成较多的固体焦炭产物 O O OX OH O R X + O O OH O R X Anhy drides1 2 3 4 5 2、半纤维素的解聚反应、半纤维素的解聚反应 木聚糖的热解产物中，木聚糖的热解产物中，ADX的产率较低，的产率较低，FF是相对主要的产物是相对主要的产物 1 2 O OH OH O (ADX) HC CH
9、HC HC HC OH O O (FF) OH O -2H2O OH O O OX OH OH X 1 2 3 4 5 3、半纤维素的开裂反应、半纤维素的开裂反应 4 5 3 CHO CHO + 1 2 CHO CH3 +CH2O CH2OH CH2 CHO CHO CH2 CHO CHO CH2OH (HAA) + 1 2 18 CHO CH3 + CO CH2 C CH3 OH O (HA) CH2 CH3 OH +CO HC CH HC H2C OH O (F) OH -2H2O OH +CO 12 13 -H2O C CH3 CH3 OHC CH3 H2C OH OH+CO +CH2O
10、 CH2 C CH3 OH O (HA) 1 14 15 17 16 O O OX OH OH X 1 2 3 4 5 4、半纤维素取代基的脱落反应、半纤维素取代基的脱落反应 (O-acetyl Xylan unit) C CH3 O R= 6 CHO CH3 + HC CH HC C HC O OH O OH +COHC CH2 HC HC O OH O CHO CHO + HC CH2 HC O O 7 C CH3 O OH (AA) + C CH HC CH HC OH O OH +CO C CH2 HC CH3 O O C CH3 CH3 O+CO O O O OH O O O O O
11、H 19 O O OX OH O R X 1 2 3 4 5 4、半纤维素取代基的脱落反应、半纤维素取代基的脱落反应 (4-O-methy l glucurono-xylan unit) O OH COOH O OH R= CH3 10 8 OH O OH COOH O OH CH3 + O O O OH OH O OH O OH CH3 HCOOH+ OH O OH COOH OH CH3OH+ OH O OH O OH CH3 CO2 + OH O OH COOH OH CH2O+ O O O OH OH O OH COOH O OH CH3 + HCOOH CO2CH3OHCH2O Pa
12、th 1-5 + 20 21 22 23 O O OX OH O R X 1 2 3 4 5 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 木质素热解机理木质素热解机理 1、木质素基本结构单元的热解反应途径、木质素基本结构单元的热解反应途径 2、木质素侧链的热解反应途径、木质素侧链的热解反应途径 1
13、、木质素基本结构单元的热解反应途径、木质素基本结构单元的热解反应途径 木质素基本结构单元的三种基本反应途径木质素基本结构单元的三种基本反应途径 1、木质素基本结构单元的热解反应途径、木质素基本结构单元的热解反应途径 木质素热解的基本酚类产物木质素热解的基本酚类产物 1、木质素基本结构单元的热解反应途径、木质素基本结构单元的热解反应途径 木质素热解的基本酚类产物木质素热解的基本酚类产物 2、木质素侧链的热解反应途径、木质素侧链的热解反应途径 木质素热解的基本酚类产物木质素热解的基本酚类产物 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机
14、理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 影响生物质热解的因素众多，包括：影响生物质热解的因素众多，包括： 原料种类、物理特性等原料种类、物理特性等 热解气相氛围、压力等热解气相氛围、压力等 热解反应温度、时间、升温速率等热解反应温度、时间、升温速率等 原料中的灰分、外加催化剂等原料中的灰分、外加催化剂等 这些因素的影响作用，将在具体的热解技术中加以介绍这些因素的影响作用，将在具体的热解技术中加以介绍 内内 容容 2.1. 2.1. 生物质热解概述生物质热解概述 2.2.2.2. 纤维素热解机理纤维素热解机理 2.3. 2.3. 半纤维素热解机理半纤维素热解机理 2.4. 2.4. 木质素热解机理木质素热解机理 2.5. 2.5. 生物质热解的主要影响因素生物质热解的主要影响因素 2.6. 2.6. 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 生物质热解动力学特性生物质热解动力学特性 详见相关资料详见相关资料 谢谢 谢！谢！