生物质快速热裂解液化基础研究进展

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1、生物质快速热裂解液化基础研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/87883.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com生物质快速热裂解液化基础研究进展何文昌，王文亮，冶敏，张瀚文，任学勇，常建民（北京林业大学材料科学与技术学院，北京100083）摘要：综述了生物质快速热解液化基础研究进展，介绍了生物质热解的基础理论模型，总结了生物质快速热解机理的研究现状，重点从反应条件和物料特性两方面分析了生物质快速热解产物产率的影响因素并对其研究状况进行了总结；较为系统地综述了三种生物质快速热解产物的应用研究进展。最后，

2、从反应器研发、机理研究、影响因素分析及产物利用等四个方面提出了快速热解基础研究的发展方向。生物质快速热解液化是热化学转化技术中工业化应用前景良好、发展潜力很大的高新技术，它是指在无氧、中等反应温度、高升温速率和极短气相停留时间的条件下将生物质经快速加热分解、气固分离、冷凝等工序后生成生物油、炭和清洁燃气的技术。其中，生物油的产率高者可达60%以上，该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为易储存、易运输、能量密度高的生物油液体燃料。该技术具有对生物质原料要求较低、反应速率快、产物百分之百转化利用等优点，因此自20世纪70年代后

3、期至今，国内外的众多研究机构针对该技术的机理、设备和工艺做了许多研究工作。这些研究是进行进一步工业化应用的基础和关键。1生物质快速热解机理研究进展为了更好地利用这一技术，有必要对其机理进行更加深入的研究。生物质热解过程十分复杂，伴随着一系列的化学和物理变化，包括分子键的断裂、分子异构化和小分子聚合等化学反应，同时还包括热量传递和质量传递等。生物质快速热解机理的研究就是去探索生物质在快速热解的过程中的这些物理、化学变化过程的实质。因此，掌握生物质热解反应机理及有关反应动力学参数，将有助于对林木生物质热化学转换技术的理解，并为热解设备的设计、运行提供依据。1.

4、1生物质热解基础理论模型生物质组成成分主要包括纤维素、半纤维素、木质素、抽提物和灰分。其中，除了灰分外，其余四种组成物在加热过程中都可以发生热分解反应。因此，从组成成分的角度，研究者提出了两种生物质热解基础理论模型的构建型式：单组分反应模型和多组分反应模型。单组分反应模型是假设生物质颗粒为单一而均匀的物质，将其视作一个整体考虑，这种模型用单一组分的反应动力学来描述样品整体的热解反应失重过程；多组分反应模型是将生物质各种组分各自的热解动力学进行叠加。在单组分模型的研究方面，比较典型的是R.S.[1-2]Miller和J.Bellan的研究，他们提出了既包含物

5、质成分又涉及升温速率的平行竞争型热解动力学模型——后来发展为Miller模型，对生物质快速热解机理研究做出了较大的贡献。目前，大部分研究工作都是采用多组分反应模型，即认为生物质中纤维素、半纤维素、木质素、萃取物是独立进行热分解的，而把整个生物质的热解看[3]成是各独立反应的线性叠加。J.J.M.Orfao等对木质纤维素类生物质热解特性进行了热分析，提出了此类物质的三种主要成分（木质素、纤维素、半纤维素）的三个独立反应动力学模型，其中每个独立的反应方程都是一级Arrhenius反应，他们还介绍了模型中各参数的计算方法。这种模型也越来越广泛地被学者们接受。在以

6、上基础理论模型的基础上，研究者又发展了三种模型来研究热解的机理[4]：分别是一步总体模型；一步多反应模型；二步半总体模型。1.2生物质快速热解机理研究最新进展对于生物质快速热解机理的研究，国内外的研究者主要从机理研究的反应器和对产物成分的适时准确分析上入手，力求在反应器中达到生物质快速热解的实际反应条件。为此，各研究机构和研究者开发或利用了诸如网屏反应器、层流炉、辐射加热反应器、热丝裂解器、二级管式炉、恒温沉降炉、居里点裂解仪等小型装置来研究生物质快速热解机理。在检测手段上，开始综合利用热分析、气相色谱、质谱、红外光谱等分析手段来研究气体成分析出规律。通过

7、各种生物质原料的快速热解实验，研究者建立了热解模型和动力学方程并逐渐深入探究了生物质快速热解的反应机理，页面1/8生物质快速热裂解液化基础研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/87883.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com提出了以三竞争反应模型和二次反应模型为基础的各种反应模型。比较典型的研究如下：[5]Stubington.J.F.和Aiman.S.（1994）利用网屏反应器对甘蔗渣在高升温速率（200～10000℃/s）下的热解动力学进行了研究。实验表明，网屏反应器作为热解的反应装置具有加热速

8、率可以准确估计、反应生成的挥发成份可以及时移走、有效减少二次反应的