生物质热解
生物质热解技术
生物质压缩成型技术1 压缩成型原理生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。
木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。
木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。
在冷却以后强度增加，成为成型燃料。
压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。
对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。
当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。
这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。
2 压缩成型生产工艺压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。
生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料主要操作步骤如下：（1）干燥生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%-10%。
如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。
（2）粉碎木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。
而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。
（3）调湿加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。
（4）成型生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。
生物质热解过程中的热化学反应研究
生物质热解过程中的热化学反应研究生物质热解是指将生物质通过高温、高压或者催化剂作用下进行化学分解的过程。
在这一过程中，会产生许多复杂而深刻的热化学反应。
这些反应除了能在生物质转化过程中提供能量以外，还有许多其他的应用价值。
本文将从热化学反应的角度出发，对生物质热解过程中的热化学反应进行研究。
一、生物质组分及其转化的基本过程首先，我们需要了解生物质的基本组成。
生物质的主要组分包括纤维素、半纤维素、木质素和灰分。
其中，纤维素、半纤维素和木质素的主要化学组成如下：纤维素：由β-葡聚糖分子构成，化学式为C6H10O5。
半纤维素：由天然的单糖或二糖分子构成，如木聚糖、葡萄糖、甘露糖、果糖等。
木质素：由苯乙烯及苯丙烯衍生物构成。
在生物质热解的基本过程中，主要分为干燥、热解和炭化三个过程。
其中，热解是一种热和化学反应共同作用下的复杂过程，其主要反应式如下：生物质（CmHnOq）→碳（C）+一氧化碳（CO）+二氧化碳（CO2）+水（H2O）+气态低分子有机物（such as CH4、C2H4、C3H6、C4H8、C6H6）+其它小分子气体二、生物质热解中的热化学反应类型从反应类型出发，生物质的热化学反应可具体分为氧化、脱除、分解和重合四个长期，以下将对其分别作出介绍。
1.氧化反应在氧化反应中，氧气被引入反应体系中，反应会对生物质进行氧化处理，从而自生物质中释放出部分能量。
反应式如下：生物质+O2→CO2+H2O+能量。
2.脱除反应在脱除反应中，反应物子中的水、甲烷等分子会从生物质中分离出来，并参与反应，这时候反应热量也会随之而产生变化。
反应式如下：生物质+H2O（或CH4）→产生CO2+其它气体+能量3.分解反应在分解反应中，生物质分解成一系列较短碳链和氢气链的组分。
反应式如下：生物质→产生CnHm+H2+其它气体+能量4.重合反应在重合反应中，一些更长分子的有机物会被合并成更大分子的变化，并释放能量。
反应式如下：生物质→产生CnHmOH+Cn’Hm’OH+其它气体+能量三、热化学反应研究的应用热化学反应研究对生物质热解过程的应用十分广泛。
生物质热解实验报告
生物质热解实验报告
以下是一份简单的生物质热解实验报告，供参考：
实验目的：探究不同种类的生物质在不同温度下的热解特性。
实验材料：木材、竹子、秸秆、玉米芯等多种生物质材料。
实验设备：管式炉、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等。
实验步骤：
1、将不同种类的生物质材料分别粉碎成不同大小的颗粒，并按照一定比例混合。
2、将混合物放入管式炉中，按照不同的温度和时间进行热解实验，分别记录下不同温度下的热解产物和热解特性参数。
3、对热解产物进行热重分析和傅里叶变换红外光谱分析，以进一步了解热解产物的化学成分和结构。
实验结果：
不同种类的生物质在不同温度下的热解特性有所不同，其中以秸秆的热解产物最为复杂，而木材的热解产物相对较为单一。
在较低温度下，热解产物主要为挥发性有机物，随着温度的升高，热解产物中的固体产物逐渐增多，其中以竹
炭的固体产物最为丰富。
在较高温度下，热解产物中的气体产物逐渐减少，而液体和固体产物则逐渐增多，其中以玉米芯的固体产物最为丰富。
通过对热解产物进行傅里叶变换红外光谱分析，可以进一步了解热解产物的化学成分和结构。
例如，在热解温度为500℃时，秸秆的热解产物中可以检测到较强的C-H键和芳香族环化物，说明热解产物中含有较多的挥发性有机物。
而在热解温度为800℃时，秸秆的热解产物中可以检测到较强的C=O键和C-O键，说明热解产物中含有较多的芳香族化合物和羟基化合物。
结论：
通过对不同种类的生物质在不同温度下的热解特性进行实验研究，可以了解不同生物质在热解过程中的化学变化和产物组成，对于生物质能源的开发利用具有重要的意义。
生物质热解制备的高效催化剂及其应用研究
生物质热解制备的高效催化剂及其应用研究近年来，生物质能作为可再生能源备受关注，其热解制备生物质燃料具有较大的应用前景。
但是，生物质材料种类繁多，不同种类的生物质物质组成和结构特点也各不相同，其热解反应也存在很大差异，因此需要开发适用不同生物质材料的高效催化剂，以提高生物质热解制备生物质燃料的效率和质量。
一、生物质热解及其催化机理生物质热解是将生物质材料加热至高温下进行反应，将生物质物质转化为液态、气态和固态等产物的过程。
生物质热解过程中，一般分为三个阶段：干燥阶段、热解阶段和炭化阶段。
其中，热解阶段是最为重要的一个阶段，也是决定热解产物种类和质量的关键。
生物质热解的催化机理则是在高温下，由催化剂表面上的活性位点引发的生物质物质分解反应。
催化剂的种类和性质对生物质的热解反应有着很重要的影响。
二、生物质热解制备催化剂的研究现状近年来，为了提高生物质热解反应的效率和降低环境污染，对生物质热解制备催化剂的研究日益受到重视。
目前，已有很多催化剂被开发出来，并取得了一定的应用效果。
常见的催化剂种类有金属氧化物、酸性树脂、纳米多孔材料等。
1. 金属氧化物金属氧化物是生物质热解制备催化剂中常见的一种，其具有良好的氧化还原性能和催化活性，可以促进生物质热解反应的进行。
研究人员已经通过改变金属氧化物的组成和结构，获得了具有较高催化活性和稳定性的催化剂。
2. 酸性树脂酸性树脂也是一种常见的生物质热解制备催化剂，其具有强酸性和较大的比表面积，可以吸附生物质中的水分和酸性物质，并分解为低分子量化合物。
目前，已有多种酸性树脂被用作生物质热解催化剂。
3. 纳米多孔材料纳米多孔材料是一种新型催化剂，其具有大比表面积、高活性和良好的催化稳定性，可以为生物质热解反应提供高效的催化作用。
纳米多孔材料中常见的材料有氧化锆、氧化铈等。
三、生物质热解催化剂的应用前景生物质热解制备催化剂的应用前景非常广阔。
一方面，生物质燃料可以作为一种清洁、可再生的能源形式，可以满足人们生活、生产日益增长的能源需求；另一方面，生物质热解催化剂的研究也可以带动催化领域的发展，为其他领域的研究提供新的思路和技术手段。
第十章 生物质热解技术
第十章生物质热解技术1 概述热化学转化技术包括燃烧、气化、热解以及直接液化，转化技术与产物的相互关系见图10-1。
热化学转化技术初级产物可以是某种形式的能量携带物，如，木炭（固态）、生物油（液态）或生物质燃气（气态），或者是能量。
这些产物可以被不同的实用技术所使用，也可通过附加过程将其转化为二次能源加以利用。
图10-1 热化学转化技术与产物的相互关系生物质热解、气化和直接液化技术都是以获得高品位的液体或者气体燃料以及化工制品为目的，由于生物质与煤炭具有相似性，它们最初来源于煤化工（包括煤的干馏、气化和液化）。
本章中主要围绕热解展开。
1.1生物质热解概念热解（Pyrolysis又称裂解或者热裂解）是指在隔绝空气或者通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变成为低分子物质的过程。
可用于热解的生物质的种类非常广泛，包括农业生产废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴和城市固体废物等。
关于热解最经典的定义源于斯坦福研究所的J. Jones提出的，他的热解定义为“在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热使寒潭有机物发生热化学分解，生成燃料（气体、液体和固体）的过程”。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供热解所需热量的情况，严格地讲不应该称为部分燃烧或缺氧燃烧。
他还提出将严格意义上的热解和部分燃烧或缺氧燃烧引起的气化、液化等热化学过程统称为PTGL（Pyrolysis，Thermal Gasification or Liquification）过程。
生物质由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分组成，纤维素是β-D-葡萄糖通过C1-C4苷键联结起来的链状高分子化合物，半纤维素是脱水糖基的聚合物，当温度高于500℃时，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量的炭。
木质素是具有芳香族特性的，非结晶性的，具有三度空间结构的高聚物。
由于木质素中的芳香族成分受热时分解较慢，因而主要形成炭。
生物质 热解
生物质热解
生物质热解是一种热化学转化技术方法，它指的是在没有氧化剂存在或只提供有限氧的条件下，将生物质加热到超过500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（如木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（如固态炭、可燃气、生物油）。
生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。
同时，还能从生物油中提取高附加值的化学品。
生物质热解气化技术以其规模适度、启动灵活、原料收集半径小等优点，可与大型直燃发电优势互补，建设形成10 MW以下规模的生物质气化发电项目，完成生物质发电的规模与空间布局。
总的来说，生物质热解是一种有效的生物质能源利用技术，它不仅可以提高能源的利用效率，还可以帮助减少环境污染。
生物质热解技术的发展现状与趋势
生物质热解技术的发展现状与趋势当今社会面临着严重的环境问题，能源资源的稀缺和污染问题越来越严重。
因此，使用可再生能源成为解决环境和能源问题的重要途径。
生物质能源作为一种可再生的资源，吸引了越来越多的关注。
生物质热解技术是将生物质转化为燃料和其他有用产品的一种重要方法。
本文将介绍生物质热解技术的现状和未来趋势。
一、生物质热解技术的发展历程生物质热解技术起始于19世纪末，当时用于制备木炭和燃料，并发展成为以木质素为原料的化工工业。
20世纪70年代，随着油价的不断上涨，研究人员开始将目光投向生物质能源，并发展出了新的热解技术，如快速热解和流化床热解等技术。
近年来，随着生物质能在能源和环境领域的不断应用，热解技术也得到了广泛的研究和应用。
二、生物质热解技术的原理及分类生物质热解是将生物质在高温条件下，通过热解反应，将其分解为固体、液体和气体三种组分的一种技术。
其中，固体产物包括生物质炭和灰，液体产物包括木质素油、醇和酸等化合物，气体产物主要是一氧化碳、二氧化碳和氨等气体。
根据生物质热解的反应条件，可将其分为缓慢热解和快速热解两种类型。
缓慢热解是在低温下进行的反应，主要产生生物质炭和液态产物，其中液态产物含有丰富的木质素化合物。
快速热解是在高温下进行的反应，主要产生气态产物，其中以一氧化碳和二氧化碳比例最高。
快速热解相比较缓慢热解，具有反应速度快、能耗低和产气率高的特点。
三、生物质热解技术的应用现状生物质热解技术的应用现状主要存在于两个方面：一是生产生物质炭和木质素油，用于能源开发和生物质化学制品生产；二是用于污水、垃圾和农业残留物等的处理，达到减少污染和资源再利用的目的。
生物质炭是生物质热解的重要产物之一，其具有高效的吸附性能和热值，被广泛用于农业、太阳能、污水处理、水质净化和园林等领域。
近年来，随着环保意识的不断加强，生物质炭的需求量逐年上升。
木质素油是生物质热解的另一种重要产物，其含有许多有机化学品，如酚、醇、甲醛、醛酮等，适用于制备各种化学品和生物质燃料。
生物质热解气化技术应用领域
生物质热解气化技术应用领域生物质热解气化技术是一种将生物质原料转化为可再生能源的技术。
它通过加热生物质，在无氧或低氧条件下使其分解产生可燃气体，如合成气和油烟等。
这项技术具有广泛的应用领域，下面将从能源领域、环境保护和农业利用等方面进行介绍。
在能源领域，生物质热解气化技术可以用于生产可再生能源，如生物质气体和生物燃料。
生物质气体可以作为替代天然气的能源供应，广泛应用于发电、供暖和工业生产等领域。
生物燃料可以用作替代传统石油燃料的能源，用于汽车和船舶等交通工具，减少对化石能源的依赖，降低碳排放。
在环境保护方面，生物质热解气化技术可以有效处理生物质废弃物，如农作物秸秆、木屑和食品残渣等。
这些废弃物通常会被焚烧或填埋，造成环境污染和资源浪费。
通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有用的能源，减少对自然资源的开采，同时还能减少二氧化碳等有害气体的排放，有利于环境保护。
在农业利用方面，生物质热解气化技术可以将农作物秸秆等农业废弃物转化为有机肥料。
传统的农作物秸秆通常会被焚烧或直接丢弃，造成了资源的浪费。
而通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有机肥料，用于土壤改良和农作物生长，提高农田的产量和质量。
生物质热解气化技术还可以应用于木材加工、生物医药和生物化工等领域。
在木材加工方面，生物质热解气化技术可以将木材废弃物转化为有用的能源和化工原料。
在生物医药和生物化工领域，生物质热解气化技术可以利用生物质原料提取药物和生物活性物质，开发新型的生物医药和化工产品。
生物质热解气化技术具有广泛的应用领域。
它可以为能源领域提供可持续发展的能源供应，同时也可以解决环境污染和资源浪费等问题。
随着技术的进一步发展和创新，相信生物质热解气化技术将在更多领域发挥重要作用。
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生物质热解分慢速热解和快速热解。
快速热解为生物质在常压中等温度(约500℃)，较高的升温速率103一104℃/s，蒸汽停留时间1s以内，据文献报道液体生物油的产率最高可达85％，并仅有少量可燃的不凝性气体和炭产生。
生物质快速热解技术始于20世纪70年代，是一种新型的生物质能源转化技术。
它在隔绝空气或少量空气的条件下，采用中等反应温度，很短的蒸汽停留时间，对生物质进行快速的热解过程，再经过骤冷和浓缩，最后得到深棕色的生物油。
众所周知，目前生物质气化法是大规模集中处理生物质的主要方式，但也存在气体热值低，不易存贮、输送，小规模设备发电成本高以及上电网困难等问题；而固体燃料直接燃烧存在燃烧不完全，热利用率低，使用场合受限制等缺点。
鉴于上述情形，生物质快速热解技术作为一项资源高效利用的新技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。
因为生物油易于储存和运输，热值约为传统燃料油的一半以上，又可以作为合成化学品的原料，同时产生的少量气、固体产物可以在生产中回收利用。
2.1国外快速热解现状
国际能源署(IEA)组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作，重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调，并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论。
欧美从20世纪70年代第一次进行生物质快速热解实验以来，已经形成比较完备的技术设备和工业化系统，表1较详细列出了欧美地区快速热解技术正常运行的反应器。
其中加拿大的Dyna Motive Energy Systems是目前利用生物质快速热解技术实行商业化生产规模最大的企业，其处理量为1500kg／h，生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料，在隔绝氧气450～500℃条件下，采用鼓泡循环流化床反应器，生物油的产率为60％一75％，炭15％一20％，不凝性气体10％～20％以上均为质量产率。
生物油和炭可以作为商业产品出售，而不凝性气体则为循环气体燃烧使用，整个过程无废弃物产生，从而达到原料100％的利用率。
2.2国内快速热解现状
我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、蔗渣、芦苇、竹子等非木材纤维年产就超过10亿吨，加上大量的木材加工剩余物，都是取之不尽的能源仓库。
目前我国生物质的利用形式还是以直接燃烧为主，快速热解技术研究在国内尚处于起步阶段，主要的研究情况如下：沈阳农业大学开展了国家科委“八五”重点攻关项目“生物质热裂解液化技术”的研究工作，并与荷兰Twente大学合作，引进生产能力50kg／h的旋转锥型热解反应器，他们在生物质热解过程的实验研究和理论分析方面都做了很有成效的工作；浙江大学、中科院化工冶金研究所、河北环境科学院等近年来也进行了生物质流化床实验的研究，并取得了一定的成果；其中浙江大学于20世纪90年代中期，在国内率先开展了相关的原理性试验研究，最早使用GC—MS联用技术定量分析了生物油的主要组分，得到了各个运行参数对生物油产率及组成的影响程度；山东工程学院于1999年成功开发了等离子体快速加热生物质热解技术，并首次在国内利用实验室设备热解玉米秸粉，制出了生物油加。
表2列举了近几年来我国研究的几种主要反应器，其中流化床反应器由于其运行简单、结构紧凑、适合放大而得到越来越多的重视。
3快速热解产物的收集与特征分析
3.1液体产物收集
生物厨陕速热解目的是为了提高液体产物的得率，采用反应温度约500℃，蒸汽停留时间1s以内，对热蒸汽采取二级或多级冷凝器骤冷方法处理，有效地减少了蒸汽的二次裂解。
但液体产物的收集一直以来是整个热解过程运行中最困难的部分，目前还没有一种非常有效的收集装置。
快速热解产生的蒸汽与香烟的烟雾相似，一般的收集设备对其的捕获效率都不高。
在较大规模的反应系统中，采用与冷液体接触的方式进行冷凝收集，可得到大部分的液体产物。
现今的收集装置一般选用与原料、反应器、产品相配的设备。
而在炭的分离方面，采用过滤的方式，分离经旋风分离器带入的炭，从而能有效地减少因炭的催化作用带来的二次裂解。
3.2液体产物特征分析
生物质快速热解产物主要是液体生物油，其中仅有少量的气体、固体产物。
气体包括CO、CO2、H2、CH4及部分小分子质量的烃，可在生产过程中回收循环利用；固体主要是炭及少量灰分，炭可燃烧作为热解用的热源，也可加工成活性炭等。
而热解制得的生物油特征为：深棕色液体，热值约22MJ／kg，约为传统燃料油的一半以上，组成成分非常复杂，是醇、醛、酮、酸和烯烃低聚物的混合物，含氧量较高35％～40％，是一种极性物质，化学稳定性较差，有腐蚀性，作为高品位的能源应用存在一定的问题，需要对其进行精制处理，方法主要有两种：1)加氢催化；2)催化裂解(如沸石改性)。
但目前加氢催化需要消耗大量的氢气来除去生物油中的氧，成本较高不易产业化生产；而催化裂解则缺少一种高效的催化剂生物油的含水率20％一25％，水来自于原料本身和热解反应中产生的水，有一定的流动性，粘度变化范围较大，30—200mPa·s不等，密度约为1.2g／cm，pH值2.0～4.0。
以杨木屑、云杉木屑、高粱渣、小麦壳、向日葵壳等原料进行快速热解实验，其结果如表3所示。
用GC—MS联用系统对液体产物进行了成分分析，表明产物中乙醇醛、左旋葡聚糖、甲酸、乙酸、羟基丙酮等含量较高，是产物中主要的有机成分，而其它有关文献报道表明产物中还有少量的糠醛及其衍生物等。
4我国应采取的措施
目前，随着化石燃料的日益枯竭，生物质的开发与利用已成为世界各国的共识，快速热解处理生物质不仅可以得到液体燃料生物油，取代传统能源直接应用，还可作为其它化学品的合成原料，美、日、欧等发达国家和地区已采取各种措施，加大快速热解在生物质利用方面的研究。
而我国在此方面还刚刚起步，技术与理论研究都远远落后于发达国家，因此迫切需要加大对生物质能源的开发利用研究。
我国现阶段解决问题的关键是研究出一条符合我国国情、具有独立知识产权的适用技术，并需采取以下措施。
4.1生物质属于高分子原料，组成成分差异很大，快速热解产物成分极其复杂，目前国内外对快速热解的机理还没有达成共识，热解机理的研究还需进一步深入，特别是研究原料种类对热解产物得率的影响，从而开发出高效的生产工艺，提高产物的得率。
4.2在快速热解产物的分析方面，仍需进行大量的探索，寻找最优的分析条件，同时加快研究生物油的精制工艺，如开发性能好、转化效率高、结焦率低的催化裂解精制反应的催化剂，提高生物油的品位和质量，从而使其能够成为真正的石油替代品。
4.3降低费用，增加生物质能与一次能源的竞争力。
从我国的国情来看，劳动力和原料的价格低廉，要实行产业化生产基建投资资本是最大的费用，所以首先要在技术设备的系统设计和制造上有所创新和改进，以求降低整个生产的投资资本。
4.4欧美等国在可再生能源的利用上已采取了财政与税收的优惠政策，我国应借鉴欧美等国的措施，加大生物质能的开发研究的投入，对快速热解技术应提供政策和信贷的资助。
4.5我国生物质快速热解制取生物油技术应着重在流化床反应器和循环流化床反应器
上深入研究。
5结语
生物质快速热解是一个复杂的、包含有多个一次、二次或多次热解和热裂解反应的过程。
其获得的液、固、气相产物的得率和组成受原料和热解条件的影响很大。
生物油的含氧量较高，稳定性较差，成分极其复杂，热值低等因素制约了其应用。
提高热解产物的得率，加大生物油的加工精制及反应系统整体效率的优化，将是未来研究的重点。