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为什么说热裂解环保与实用并存

2022年01月11日 08:54:18人气:302来源:北京莱伯泰科仪器股份有限公司

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  热裂解是再相对温度低的环境中实现的,而且反应速度比较快,所以热裂解环保与实用并存。
 
  根据反应温度和加热速度的不同,生物质热解工艺可分为慢速、常规、快速或闪速集中。慢速裂解工艺具有几千年的历史,是一种以以生成木炭为目的的炭化过程,低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1~1℃/s)的常规热裂解可制成相同比例的气体、掩体和固体产品;快速热裂解大致在10~200℃/s的升温速率,小于5s的气体停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格,气体停留时间通常小于1s,升温速率要求大于103℃/s,并以102~103℃/s的冷却速率对产物进行快速冷却。热解是指利用固体废物中有机物的热不稳定性,在氧气不足的气氛下于热解反应器中燃烧,由此产生的热作用所引起的化学分解过程。热解的实质是加热有机大分子,使之裂解成小分子析出,热解技术也称为热分解技术或热裂解技术。
 
  裂解温度过低或者过高都难以形成反映高聚物结构的裂解产物特征谱。这固然要通过实验(一般以500℃开始)去摸索,使样品达到瞬间的完全裂解。当然一般推荐的温度为400-900℃,其中500-600℃是对大多数高分子化合物都比较适宜的温度。
 
  生物质快速热解过程中,生物质原料在缺氧的条件下,被快速加热到较高反应温度,从而引发了大分子的分解,产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体,称之为生物油或焦油。生物油为深棕色或深黑色,并具有刺激性的焦味。通过快速或闪速热裂解方式制得的生物油具有下列共同的物理特征:高密度(约1200Kg/m^3);酸性(pH值为2.8~3.8);高水分含量(15%~30%)以及较低的发热量(14~18.5MJ/Kg)。
 
6200 全自动热裂解图
 
  热裂解器是热裂解气相色谱仪的关键部件,有管式炉裂解器、热丝裂解器和居里点裂解器等。
 
  1、管式炉裂解器:管式炉裂解器通常由一个外壁加热的石英管制成,采用电热丝加热,裂解温度在300~1000℃,恒温精度高。当炉温达到设定温度时,将样品置于铂金小舟内,用推杆将铂金小舟送人裂解炉,样品不与管壁接触。管式炉裂解器结构简单,可定量进样,操作方便,裂解温度连续可调。但升温速率不可调,死体积大,容易产生二次反应。
 
  2、热丝裂解器:热丝裂解器通常由直径0.2~0.5mm、长50mm左右的铂丝或镍铬丝绕成螺旋状而成,样品涂在金属热丝上,热丝用稳定电压加热到所需温度,可使样品裂解。热丝裂解器结构简单,加热时间短,二次反应少。但不易定量进样,一般只用于定性分析。
 
  3、居里点裂解器:居里点裂解器是一种高频感应加热裂解器,采用铁磁性材料作加热元件。将它置于高频电场中,会吸收射频能量而迅速升温,当达到居里点温度时,铁磁质变为顺磁质,不再吸收射频能量,温度稳定在居里点温度。当切断高频电源后温度下降,铁磁性又恢复。将样品附着在加热元件上,样品可在居里点温度裂解。不同铁磁质的居里点温度不同,通过调节铁磁质合金的组成可获得所需温度的加热元件。
 
  高分子材料本身是热的不良导体,因此如何使样品瞬间受到均匀的加热温度并能发生裂解这是实验中应当注意的问题。GC/MS的检测灵敏度通常在ng数量级,考虑到实验中的分流比,样品量在1-100ug足够了,小于10ug是一般推荐值。过多的量不仅导致一部分样品不能在预定的热解温度下分解,而且因为是非瞬间的气化而留有较多的残渣于裂解室内,影响下一个样品的分析。通常将样品溶解在溶剂中,然后加到样品导入装置中以形成薄膜,这是最为理想。如果高聚物是不溶解的,则需研磨成极细的粉末并均匀铺放。
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