艾莉莎多罗申科
+33 (0)4 72 01 81 60微波辅助热解
微波辅助热解是将生物质转化为化学品或燃料的一种节能和可控的方式。
MW加热的优势
微波辅助热解是将原料转化为化学品或燃料的一种节能和可控的方式。与传统类型的加热相比，微波加热有很多优势，包括对各种化学品的选择性激活。
选择性的一个例子是生物质热解。生物质的主要成分，如半纤维素、纤维素和木质素在不同的温度下被激活。这使得提高生物油的选择性成为可能，在不同温度下收集不同的馏分。此外，与传统方法相比，多糖的热降解是在较低的温度下进行的。
历史
木质纤维素生物炼制及其最新发展在经济、环境和政治领域具有重要意义。活化和利用生物质的方法主要有两种：生化（发酵）和热化学（生物质热解成生物油和生物焦油）。目前，正在做出相当大的努力来提高生物质转化的规模。
另外，与生化方法相比，热化学方法的可扩展性已经被几千年来（从罗马时期开始）的生物炭和生物油的生产所证明。 在19世纪中叶，所积累的知识允许以适当的规模获得木炭，以满足所有类型的冶金，而焦油则满足所有造船的需求。例如，在1863年，芬兰的焦油出口量达到2800万升（17万桶），而美国每年制造近100万吨的生物炭。
重要性
在20世纪初全球竞争加剧的情况下，廉价的焦煤和原油取代了木炭和焦油的传统应用。如今，与原油供应、全球变暖和生态问题有关的问题正迫使热化学方法进行技术革命，并在全球经济中找到新的定位。
这一战略的成功可以建立在生产含氧化学品的基础上。由于高度的功能化，这些化合物不需要多步骤的转化，在商业上对大型工业有吸引力。 重要的是，目前的工业产生大量的木质纤维素废物流。只有造纸和纸浆行业每生产1吨纸会产生40-50公斤的干污泥，随后产生的城市固体废物（MSW）含有纤维素聚合物作为主要成分。在欧盟，由于MSW问题的复杂性，它具有非常高的政治地位。在美国，每年有超过2100万吨的纸张和纸板废弃物被填埋。
挑战
然而，原地分离含氧成分（一旦产生）对生物精炼厂来说是一个挑战。即使是热解纤维素这种最简单的生物质成分，生物油也含有100多种化合物，其中大多数是高沸点、热不稳定的化学品。这种化合物不能通过蒸馏分离。同时，有效地分离从纤维素热解中产生的有价值的化学品是一项重要的世界性任务，有助于解决经济和环境问题。
微波解决方案和机制
可能的解决方案是原地分离和最初对目标化学品或部分的选择性热解（如木炭/生物炭）。
主要的生物质结构成分是固体含氧聚合物。与传统的热解相比，微波辐照能非常有效地与这些材料相互作用，降低它们的温度分解。同时，大多数热解产物（除了生物炭）是气体或挥发性物质。
由于这些产品的密度低，微波辐照与它们的相互作用很弱，留下的气体和挥发性化合物的温度比传统加热时的温度低。此外，获得的生物炭是不导电的，低极性的，并且不与微波辐照发生作用。
在MW加热的情况下，最低的产品温度导致该工艺的选择性比传统工艺更好。主工艺（热解）的选择性下降是初级产品分解的结果。降低主工艺的温度会降低初级产品的降解率，因此会降低选择性。
让我们估计一下微波过程中可能的选择性改进。根据Van't Hoff规则，基本反应的速度每10度增加一倍。文献显示，MW热解通常发生在比传统温度低80°C的地方。因此，在MW热解的情况下，二级反应速率将比传统工艺少28=256倍。这个数值只对初始速率是正确的，而且在接近工艺结束时，这个影响会逐渐减少。然而，如果初级产品在生物质内的停留时间很短，那么该工艺的选择性可以提高近100倍。
x