简而言之，在热解过程中增加压力会从根本上将产品输出从液体转向更多的焦炭和气体。 发生这种情况是因为高压物理上阻碍了挥发性化合物从固体生物质中逸出，迫使它们在热反应区中停留更长时间，在那里它们会发生二次反应。
压力是热解过程中的主要控制杠杆。它直接决定了挥发性蒸汽的停留时间，从而决定了它们是逸出形成生物油，还是转化为二次焦炭和不凝性气体。
核心机制：压力如何改变热解途径
要控制热解过程，您必须了解压力如何改变反应器内部的基本物理和化学。主要影响在于分子的运动。
对传质和停留时间的影响
在低压或真空条件下，挥发性化合物（蒸汽）在形成时有很强的驱动力从生物质颗粒中逸出。它们会迅速从热固体表面被带走。
在高压下，周围大气会对这些逸出的蒸汽产生反作用力。这会显著减缓它们从颗粒和反应器中扩散出来的速率，从而大大增加它们在热区中的停留时间。
促进二次反应
这种增加的停留时间是所有后续产品变化的根本原因。初级蒸汽现在被困在热焦炭表面附近，会受到进一步的热分解。
这些二次反应遵循两个主要途径：
- 裂解： 蒸汽分解成更小的、热稳定的气体分子，如CO、H₂和CH₄。
- 再聚合： 蒸汽相互作用并与焦炭表面反应，重新凝结成更稳定的、富含碳的固体，称为二次焦炭。
压力对热解产物的影响
通过控制二次反应，压力直接决定了液体、固体和气体的最终收率。
生物油（液体）收率降低
生物油是通过快速冷却和冷凝初级热解蒸汽而产生的。
由于高压促进了这些初级蒸汽转化为气体和焦炭，因此离开反应器并被冷凝的蒸汽就更少。因此，增加压力会系统性地降低生物油收率。
焦炭收率增加
热解产生的焦炭既来自初始固体生物质（初级焦炭），也来自蒸汽的再聚合（二次焦炭）。
高压是二次焦炭形成的直接促进剂。这会导致更高的总固体收率，并可能改变焦炭的性质，使其通常更致密。
气体收率增加
被困蒸汽热裂解成不凝性气体意味着高压热解将始终产生更高体积的合成气。
这是气化等相关过程中使用的关键原理，这些过程通常在升压下运行，专门用于最大化气体产量。
了解关键权衡
选择操作压力并非对错之分；它是为了优化特定产品。您选择的压力代表了液体产品与固体/气体产品之间的根本权衡。
真空热解：最大化液体产量
在真空（负压）下操作为最大化生物油收率创造了理想条件。
真空会主动将蒸汽从反应器中吸出，从而最大限度地减少它们的停留时间并抑制二次反应。这是用于生物燃料生产的“闪蒸热解”的原理。
高压热解：有利于气体和焦炭
当目标是生产合成气或高收率生物炭时，会特意使用升压。
例如，专注于制氢的工艺将利用高压来最大化蒸汽的裂解。旨在将碳固存为生物炭的工艺将使用压力来促进二次焦炭的形成。
原料的影响
原料的物理结构很重要。像稻草这样高度多孔的材料比像塑料聚合物这样致密的、无孔的材料更容易让挥发物逸出。
因此，对于传质已经受限的致密原料，压力的影响会更加明显。
根据您的目标选择合适的压力
您选择的操作压力应直接反映您期望的结果。
- 如果您的主要重点是最大化生物油收率： 在真空或尽可能接近大气压的条件下操作，以快速去除蒸汽并防止二次反应。
- 如果您的主要重点是最大化合成气产量： 使用升压来增加蒸汽停留时间并促进热裂解成不凝性气体。
- 如果您的主要重点是最大化生物炭收率： 采用中高压来促进蒸汽在固体表面再聚合形成有价值的二次焦炭。
最终，压力是您将热解的化学途径导向预期产品的最强大工具之一。
总结表：
| 压力条件 | 生物油收率 | 焦炭收率 | 气体收率 | 关键机制 |
|---|---|---|---|---|
| 低 / 真空 | 高 | 低 | 低 | 蒸汽快速逸出，最大限度地减少二次反应。 |
| 高 | 低 | 高 | 高 | 蒸汽被困，促进裂解和再聚合。 |
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