熱分解油、特に高速熱分解から得られる熱分解油は、主に酸素含有炭化水素と水からなる複雑な混合物であり、固体チャーや様々なガスを含む追加成分も含まれる。熱分解油中の水分含有量は、製造プロセスにもよるが、通常20～30重量％（wt-%）である。このオイルはマイクロエマルジョンと考えることができ、ホロセルロース分解生成物の水溶液が連続相を形成し、水素結合などのメカニズムによって熱分解リグニン巨大分子の不連続相を安定化させている。
組成の詳細
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酸素含有炭化水素:熱分解油の主成分は、ヘミセルロース、セルロース、リグニンなどのバイオマス成分の分解に由来する酸素化炭化水素である。これらの化合物には様々な有機分子が含まれ、酸素のない状態でバイオマスを約500℃まで急速に加熱する際に発生する凝縮可能な蒸気である。
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水:熱分解油に含まれる水分は、バイオマスに元々含まれる水分と、熱分解反応中に生成される水分の両方から生じる。この水は、オイルのマイクロエマルジョン構造の形成に不可欠であり、オイル成分の安定化を助ける。
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固体炭化水素:熱分解の副産物であるチャーは、炭素、酸素、水素、窒素を含む。熱分解油中の含有量は熱分解条件によって異なり、10～20wt%である。炭は、熱分解プロセスにおけるバイオマスの不完全分解により生成される。
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ガス:高速熱分解では、メタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、軽質炭化水素を含む様々なガスも発生する。これらのガスは通常、熱分解生成物の15～35%を占め、熱分解プロセスを維持するための燃料として使用することができる。
熱分解油の特徴
- 物理的外観:粗熱分解油は暗褐色で、バイオマスの元素組成によく似ている。
- 化学的性質:pHが低く、発熱量が低く、揮発性に乏しく、粘度が高く、酸素を多く含む。これらの特性は、触媒熱分解によって改善することができる。
- 製品の流通:高速熱分解の場合、典型的な生成物分布は、バイオオイル約75wt%、チャー約12wt%、ガス約13wt%である。
プロセスの考慮事項:
- 加熱速度と急冷:高速熱分解には、バイオマス粒子の急速な加熱と、バイオオイルを効率的に凝縮させるための熱分解蒸気の急速なクエンチが含まれる。このプロセスは、バイオオイルの収率を最大化するために極めて重要である。
- 触媒の使用:熱分解時に触媒を使用することで、バイオオイルの特性を向上させ、触媒を不活性化させるコークスのような望ましくない副生成物の生成を抑えることで、バイオオイルの品質を向上させることができる。
要約すると、高速熱分解オイルは、酸素含有炭化水素に富む複雑な水性マイクロエマルジョンであり、かなりの水分を含み、チャーやガスの成分はわずかである。その製造は、急速加熱と急冷プロセスによって最適化され、触媒の使用によって品質を向上させることができる。
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