生物质快速热解动力学研究进展
２０１０年１ ２月 农机化研究 第１２期 生物质快速热解动力学研究进展 王丽红 ，易维明 ，柏雪源 ，一，蔡红珍 ｒ，李永军 ， （１．山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博２５５０９ｌ；２．山东省清洁能源工程技术研究中心， 山东淄博２５５０９１） 摘要：建立动力学方程是正确了解生物质热解过程的关键，研究生物质快速热解机理必须获得生物质在快速 热解条件下的动力学方程。为此，介绍了国内外学者对生物质快速热解动力学的研究，对提出的动力学模型进 行 总结并分类介绍。生物质在快速热解条件下的动力学模型可以分为单步整体模型、竞争反应模型、半总体 模型、焦油二次裂解模型和综合模型等。 关键词：生物质；快速热解；动力学模型 中图分类号：ＴＫ６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）１２－０１８６—０７ ０ 引言 生物质热解是一项重要的生物质热化学转化利用 技术，它不仪是生物质气化或燃烧等转化过程中普遍 存在的一个初始过程，还是一种生产高能量密度能源 产品的独立工艺。生物质热解过程的研究包含了动 力学、传热传质学和流体力学等多种学科。其中，动 力学机理的研究是了解生物质热解过程的第一步，也 是关键的一步。生物质热解动力学主要研究生物质 在热分解反应过程中反应温度、反应时间等参数与物 料或者反应产物转化率之间的关系。通过动力学分 析，可深入地了解反应的过程或机理，可以预测反应 速率以及反应的难易程度，对热解工艺的制定、热解 设备的设计都起着决定性作用 。 生物质热解动力学研究中应用最多的有热重分析 （ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）和等温质量变化分析（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ—ｃｈａｎｇｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）。热重分析属于慢速热 解，是样品在程序升温下分解，同时得到失重变化。 热重分析所用样品少，升温速率小于１００℃／ｍｉｎ，减少 了气固二次反应，而且整个反应可控。然而，热重分 析并不适用于高的加热速率，因为其结果不能外推。 等温质量变化分析属于快速热解，旨在很短的时间内 将试样提升到一个比较高的温度，然后保持该恒定的 温度，使试样在该温度下发生热解反应 Ｉ６ Ｊ。 收稿日期：２０１０—１—３０ 基金项目：国家“８６３”计划项目（２００７ＡＡ０５Ｚ４５１；２００９ＡＡ０５Ｚ４０１）；国 家自然科学基金项目（５０８７６０５６）；山东理工大学科技基金 项目（４０４０—３０５０１８） 作者简介：王丽红（】９７７一），女，河北河间人，讲师，博士研究生，（Ｅ— ｍａｉｌ）ｗａｎｇｌｈ＠ｓｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｃａｒｍｅｎ Ｂｒａｎｃｅ等曾对快速热解动力学在２Ｏ世纪 八九十年代的研究进行了简单的总结 ，而针对近 １０ａ来生物质快速热解动力学研究的总结尚未见报 道。针对上述情况，本文总结了国内外研究者对生物 质快速热解动力学的研究，将热解动力学模型进行了 分类。 １ 动力学研究装置 加热速率不同，生物质热挥发的性质不同，因此 研究生物质快速热解动力学机理必须在能够实现极 快的升温速率的装置上进行。纵观各国研究者研究 生物质热裂解机理与反应动力学所使用的技术和装 置，基本上是层流炉（Ｌａｍｉｒ￣ｅｒ Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ—ｆｌｏｗ Ｒｅａｃｔｅｒ） 或落管（Ｄｒｏｐ Ｔｕｂｅ）、网屏反应器（Ｗｉｒｅ—Ｍｅｓｈ Ｒｅａｃｔｏｒ ｏｒ Ｈｅａｔｅｄ Ｇｒｉｄ）和辐射加热反应器（Ｒａｄｉａｎｔ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｒｅａｃｔｏｒ）等。所有这些装置都能够实现生物质闪速热 解，只是结构不同，参数不同，性能有差异。修双宁对 此进行了详细总结 Ｊ。 ２ 国外对生物质快速热解动力学模型 快速热解动力学的研究不像慢速热解研究那样普 遍，Ｄｉ Ｂｌａｓｉ或Ｐｒａｋａｓｈ Ｎ在总结反应模型时也没有单 独列出快速动力学模型 而是将现有的反应模型分 类 ３ ］。例如，Ｄｉ Ｂｌａｓｉ将反应模型分为初级裂解（蹦一 ｍａｒｙ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）和焦油二次裂解（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｔａｒ）两种，初级裂解又分为单组分裂解模型（Ｏｎｅ— Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）和多组分裂解模型（Ｍｕｌｔｉ— Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）。单组分裂解模型将生物质看
作是单个组分，由３个平行方程描述热解过程，３个方 ２０１０年１２月 农机化研究 第１２期 程分别对应气液固（Ｇａｓ，Ｃｈａｒ，Ｔａｒ）３种产物。多组分 裂解模型是将生物质看作是由３种伪成分（Ｐｓｅｕｄｏ— Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）组成。每种伪成分的热解都可以用一级 反应方程表示。焦油裂解反应模型是指在高温、长停 留时间下，焦油蒸汽会发生二次裂解反应，反应受两 个竞争反应的控制。但是大多数研究忽略竞争反应， 而只把焦油裂解看作是一个整体反应。 Ｐｒａｋａｓｈ Ｎ对热解模型的分类更为简单，将生物质 热解模型分为单步整体反应模型（Ｏｎｅ ｓｔｅｐ Ｇｌｏｂａｌ Ｍｏ－ ｄａｌｓ）、竞争反应模型（Ｃｏｍｐｅｔｉｎｇ Ｍｏｄｅｌｓ）、半总体模型 （Ｓｅｍｉ—Ｇｌｏｂａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）和焦油二次裂解 模型（Ｍｏｄｅｌｓ Ｗｉｔｈ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔａｒ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）等。本文依 据Ｐｒａｋａｓｈ Ｎ的分类，对快速热解模型进行介绍。 ２．１ 单步整体反应模型（Ｏｎｅ Ｓｔｅｐ ＧＩｏｂａｌ Ｍｅｄａｌｓ） 单步整体反应将热解过程看作是单步一级Ａｎ＇ｂｅ— ｎｉｕｓ反应，反应机理如图１所示。 Ｇａｓ Ｃｏｋｅ 囝１ 单步整体反应模型不意图 Ｆｉｇ．１ Ｏｎｅ ｓｔｅｐ ｇｌｏｂａｌ ｍｏｄａｌ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｒｕｍｍｏｎｄ等利用网屏加热器对甘蔗渣等纤维素 材料进行了热解规律的研究 Ｊ，认为甘蔗渣的快速热 解可以采用单步整体反应模型描述。Ｒ．ｗ．Ｊ．Ｗｅｓｔｅｒ． ｈｏｕｔ等在层流炉上研究聚合物的热解特性＿】 ，同样采 用单步整体反应模型描述热解机理。Ａ．Ｚａｂａｎｉｏｔｏｕ等 人在早期的研究中，利用俘样反应器（Ｃａｐｔｉｖｅ Ｓａｍｐｌｅ Ｒｅａｔｏｒ）研究橄榄剩余物的快速热解动力学模型时，采 用的是单步一级反应模型¨ 。 ２。２竞争反应模型（Ｃｏｍｐｅｔｉｎｇ Ｍｏｄｅｌｓ） 有的文献也将此模型称为平行反应模型（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍｏｄｅｌｓ）。Ｄｉ Ｂｌａｓｉ一直致力于生物质热解特性的研 究，特别是在快速热解方面进行了大量的工作。将生 物质看作是单个组分，由３个平行方程描述热解过 程，３个方程分别对应气液固（Ｇａｓ，Ｃｈａｒ，Ｔａｒ）３种产 物。Ｄｉ Ｂｌａｓｉ在利用辐射加热反应器研究木材颗粒的 快速热解时¨ ，采用此反应模型描述了快速裂解形成 初级热解产物（炭、液体和气体）。ｋ㈤ｋ 和ｋ 分别是 形成气体、液体和炭反应的速率常数，ｋ是木材热解的 总反应速率常数，模型如图２所示。 Ａ．Ｚａｂａｎｉｏｔｏｕ等人在丝网反应器上进行了橄榄果 壳（ｏｌｉｖｅ ｋｅｒｎｅ１）的快速热解实验¨ ｛，橄榄果壳在 ５７３Ｋ以２００Ｋ／ｓ的升温速率升至８７３Ｋ后等温热解， 并由两个方程组成的平行反应模型描述热解过程。 模型如图３所示，１反应和２反应级数相同。经过 ‘ 算并与实验结果比较后，认为反应级数为１时模删能 够较好地模拟热解过程。 ｉ Ｌ ｉｇｈｔ ｔ ＼ ｍ “ 图２ 三，ｔａｑ：？ｊＸ！－ 授型示意 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｒｅａｅｔｉｍＩＳ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ＰＹ｜．ｏｌｙｓｉｓ ｌ ３ ｌｔ ‘及Ｊ ｛涎牙 恿ｌ釜ｌ Ｆｉｇ．３ Ｐａｒａｌｌｅｌ ｍｏｄａｌ ｏｆ ｂｉｏｍａＳＳ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｄ．Ｒｉｚｚａｒｄｉ在层流炉上研究纤维素的快速热解动 力学方程时¨ ，考察了 步和多步平行动力学模型。 通过比较实验结果与模型预测结果认为，所有的实验 结果都可以用带有活化反应（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ）的一级或 多级平行反应方程（ｎｌｏｒｅ ｓｅｒｉｅｓ—ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ）捕 述，其中最合适的是二级平行反应方程。 Ｊａｎｉ Ｌｅｈｔｏ研究了煤泥（ｐｅａｔ） 层流炉ｑ１的快速 热挥发特性¨ ，利用两种不同的反应模型描述热解反 应。在单步整体反应方程中，频率因子与颗粒大小、 反应温度无关，是一常数，而活化能则 两 干甘关。 在两步竞争反应方程（ｔｗｏ—ｃ‘ｍ￣ｐｅ！ｉｎｇ—ｌｅａ（：ｔｉｏｎ）『｝｜＇ 同一反应温度下，动力学参数棚同。在低 反心 ， 反应温度增加，频率因子减小，活化能变化小火； 高 温反应区，温度增加，活化能增加，而频率因子 变。 ２．３半总体模型（ｓｅｍｉ—ｇｌｏｂａｌ ｒｅａ（・ｆｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ） Ｄｉ Ｂｌａｓｉ的合作者Ｍ．Ｌａｎｚｅｔｔａ研究发秸和稻杆的 快速热挥发特性时指出 １６ｉ，人们利用ＴＧ研究麦秸热 解得到的动力学参数并不适用于快速热解，凶为二二者 加热速率相差很大，而慢速热解的动力学参数不能描 述快速热解。因此，提出了两步半总体模 （ Ｆｗｏ— Ｓｔａｇｅ，Ｌｕｍｐｅｄ—Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ），『丰Ｊ米描述麦秸 和稻秆在快速加热条件下的挥发特性，如 ４所示。 ｖ Ａ Ｂ 图４两步半总体热解模型示意 Ｆｉｇ．４ ．ｒＷＯ—ｓｔａｇｅ．１ｕｍｐｅｄ—ｐａｒａｍｅｔｅｌ ｍｏｄｅＩ Ａ是麦秸或稻秆，Ｂ是中问固体产物，Ｖ 和Ｖ 足 两个反应产生的挥发产物，Ｃ是最终形成的Ⅲ 残炭。 ［ ２０１０年１２月 农机化研究 第１２期 其中， １＝ １＋ｋＢ，ｋ２＝ ２＋ｋｃ。 Ｄｉ Ｂｌａｓｉ的另外一个合作者Ｃ．Ｂｒａｎｃａ等在研究木 材在５２８Ｋ一７０８Ｋ范旧内等温分解的动力学模型 时 ，也使用了半总体模型（Ｓｅｍｉ—Ｇｌｏｂａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ），如图５所 。Ａ是木材，Ｂ和Ｄ是中间固 体产物；Ｖ ，Ｖ：，Ｖ，是３个反应产生的挥发产物；Ｃ是 最终形成的固体残炭。 ｖ ｖ ｚ ｖ Ｂ Ｉｊ ｃ 图５半总｛奉热解模型示意图 Ｆｉｇ．５ Ｓｅｍｉ—ｇｌｏｂａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ２．４焦油裂解二次反应模型（Ｍｏｄｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔａｒ Ｃｒａｃｋｉｎｇ） Ａ．Ｍ．Ｃ．Ｊａｎｓｅ研究木材快速热解时ｎ ，采用焦油 二次裂解模型。该模型中，木材在高温下同时发生３ 种反应，分别生产不可凝气体、焦油和残炭，其中，焦 油可以进一步发生两种裂解反应分别生成不可凝气 和残炭，热解过程如图６所示。他们同样假设这５个 热解反应都是一级Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ反应。 Ｇ ｋ ， １ ｋ Ｗｏｏｄ———— Ｔａｒ ＼ ｃ ｆＩＨｌ 图６ Ｊａｎｓｅ反应模型 Ｆｉｇ．６］ａｒｉｓｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ 美国可再生能源署Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｉ Ｂｒｏｗｎ等人用层 流炉来研究纤维素快速热解挥发特性ｎ ，用Ｄｉｅｂｏｌｄ 模型分析实验结果，Ｄｉｅｂｏｌｄ模型描述如图７所示。模 型的第】步（由纤维素到中问活化产物）来源于Ｂｒｏｉｄｏ —Ｓｈａｆｉｚａｄｅｈ模型；第２步（由中间活化产物到挥发 分）的反应速率由Ｌｅｗｅｌｌｅｎ加热栅格实验所得的高加 热速率得到。根据此模型，计算出各步的频率因子和 活化能。模型能够很好的预测纤维素大体热解趋势， 但是所得的实验结果并没有验证一系列反应机理，而 且模型计算的残炭产擐比实际的高。 ｌ＿｜次气体 ‘次气体 、 ， Ｆ维表— １ 洒｛Ｅ纡 ＋ ＋水 ＋水 残炭＋水 残 ＋水 图７ Ｄｉｅｂｏｌｄ模型热解示意图 Ｆｉｇ．７ Ｄｉｅｂｏｌｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃ ｅｌｌｕｌｏｓｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｏ．Ｂｏｕｔｉｎ等用辐射加热反应器研究不同粒径纤维 素的闪速热解反应 。利用Ｂ—Ｓ模型模拟纤维 素热解过程，当纤维素粒径为４５０±５０ｍ时，热解模型 如图８所示。当纤维素粒径变大（横截面积为２ Ｘ １０ ｍ ），在高辐射密度条件下热解纤维素，没有观 察到残炭的生成，所以此时忽略Ｂ—Ｓ模型中的“反应 ３”，而且反应只针对液体和固体产物。 ８ Ｂ—Ｓ热解模型不总图 Ｆｉｇ．８ Ｂ—Ｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｎｉｅｌｓ Ｂｅｂｃ等人设计了一套新型的固体对流闪速 热解反应装置（ｓｏｌｉｄ—ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｆｌａｓｈ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｒｅａｃｔｏｒ） 一离心热解反应器（Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ Ｒｅａｃｔｏｒ）［２ Ｊ 。 首先，生物质颗粒热解为液态中间产物；然后，再生成 气体、液体和固体。他们选用了Ｂ—Ｓ模型研究颗粒 的动力学反应，木材的理化参数用相应纤维素的参数 代替，而考虑到麦秸中碱金属的催化作用，计算模型 所用参数是修正后的纤维素参数。 Ｔｂ．Ｄａｍａｒｔｚｉｓ分别采用Ｋｏｕｆｏｐａｎｏｓ模型和Ｊａｎｓｅ 模型对文献的实验结果进行了模拟 ７ Ｊ，认为Ｋｏｕｆｏ— ｐａｎｏｓ模型能够更真实的反映实际热解过程。Ｋｏｕｆｏ— ｐａｎｏｓ模型见图９所示。Ｋｏｕｆｏｐａｎｏｓ等认为生物质的 热解速率与其组分有关 ，是纤维素、半纤维素和木 质素的热解速率之和，而且很难确定出中间产物的组 成，实验也难测定中间产物的分量。因此，提出了一 个不包含中间产物，考虑了二次反应的动力学模型。 每个反应都是一个Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程， 是反应级数。 Ｋ Ｖｏｌａｔｉｌｅｓ（Ｉ）＋Ｃｈａｒ（Ｉ）＿ （ ２ ｏｒｄｅｒ ｄｅｃａｙ）（ｎ３ ｏｒｄｅｒ ｄｅｃａｙ） Ｖｏｌａｔｉｌｅｓ（Ｉｆ１ Ｃｈａｒｆ｛ｉ） 图９ Ｋｏｕｆｏｐａｎｏｓ热解模型示意图 Ｆｉｇ．９ Ｋｏｕｆｏｐａｎｏｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ 表１ 生物质热解动力学参数 Ｔａｂ．１ Ｋｉｎｅｔｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ 一 一 ｒＪ ，Ｊ＼ 庀 七 ＆
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。
生物质热解与煤热解气化比较与现状
生物质热解与煤热解气化比较与现状
关键词：生物质 煤 热解
研究表明[1]，生物质与煤的热解特性差异很大；生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高。
现今单一煤种的热解在各方面都已经得到广泛的研究，而生物热解方面也正在取得巨大的研究成果。煤热解的气体产物以一氧化碳、甲烷和氢气为主，其中固体产物为固体焦和焦油。生物质热解气化产物主要是不饱和烃类气体和大量的氢气，还有不饱和烃类液体例如苯等。但是相比之下，由于大量水分的存在，生物质热解气化失重率比较大，而由于硫的掺杂，煤气化热解的产物中含有大量含硫氮化合物，使之燃烧会造成严重的环境污染。
为了提高脱硫脱氮的效率和改善煤单独热解产物不饱和度较高的问题，科学各界开始对生物质同煤共热解进行了研究和探索。研究结果[2]表明，生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结，得到粒状焦炭;生物质热解生成较多的H2，有利于煤中硫和氮的脱除;同时随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低，热解脱硫和脱氮率增大。
根据研究[2]可知，生物质热解的最大热解峰（低于400摄氏度）和煤的最大热解峰（高于400摄氏度）不重合，而且差值有的在100摄氏度以上。由此可知，生物质与煤共同热解没有明显的协同作用。为了解决不同步热解的问题，科学界提出了两步法煤与生物热解、利用煤的黑度比生物质高的特点以辐射的加热方式进行同步加热、两段管式炉分步控温进行热解等。这些方法的核心都在于利用生物质的富氢产物为煤脱硫脱氮提供天然低廉的氢来源，同时也提高了煤的轻质液相产率，气体中的不饱和烃含量降低，将富裕的生物氢转移到了缺氢的煤焦中。
鉴于生物质与聚合物及生物质与煤的共热解或两步法热解具有很大的优势，加强生物质与聚合物的共热解和生物质与煤的共热解及两步法热解的研究显得很有必要。深入研究生物质与聚合物共热解的协同作用的机理，加强研究生物质与煤共热解中脱硫、脱氮及固体焦具有较强吸附能力的机理，同时，进一步研究改进生物质与煤两步法热解的工艺，为实现生物质中富裕的氢向煤的转移提供可能。
生物质能的资源利用与技术进展
生物质能的资源利用与技术进展
在当今全球能源需求不断增长，传统能源逐渐枯竭，环境问题日益严峻的背景下，生物质能作为一种可再生、清洁的能源，受到了广泛的关注和研究。生物质能来源于有机物，包括植物、动物及其排泄物、垃圾和有机废水等。它的资源丰富，分布广泛，具有巨大的开发利用潜力。
生物质能的资源利用形式多种多样。其中，生物质发电是较为常见的一种方式。通过直接燃烧生物质或者利用生物质气化技术产生可燃气体，驱动涡轮机发电。这种方式不仅能够有效地利用生物质资源，还能减少对传统化石燃料的依赖，降低温室气体排放。例如，在一些农业发达的地区，利用农作物秸秆进行发电，既解决了秸秆处理的难题，又为当地提供了电力。
生物液体燃料也是生物质能利用的重要领域。生物乙醇和生物柴油是目前应用较为广泛的两种生物液体燃料。生物乙醇通常由富含糖分的农作物，如甘蔗、玉米等发酵制成。而生物柴油则可以通过植物油或动物脂肪的酯交换反应获得。这些生物液体燃料可以与传统的汽油、柴油混合使用，或者直接作为替代燃料，应用于交通运输领域。随着技术的不断进步，生物液体燃料的性能和成本逐渐优化，其市场份额也在不断扩大。
此外，生物质还可以用于生产生物沼气。通过厌氧发酵，将有机废弃物如畜禽粪便、餐厨垃圾等转化为甲烷为主的生物沼气。生物沼气不仅可以用于发电和供热，还可以作为居民生活用气。在一些农村地区，沼气池的建设和应用，为解决农村能源问题和改善环境卫生发挥了重要作用。
在生物质能的技术进展方面，也取得了一系列显著的成果。生物质气化技术不断完善，提高了气化效率和气体品质，降低了污染物排放。新型的催化气化技术和高温等离子体气化技术的研发，为生物质能的高效转化开辟了新的途径。
生物质热解技术也得到了快速发展。通过控制热解条件，可以获得不同品质的生物油、生物炭和可燃性气体。生物油经过进一步精炼，可以作为燃料或化工原料使用；生物炭具有良好的吸附性能和土壤改良作用；可燃性气体则可用于发电或供热。
生物质能的研究进展
生物质能的研究进展
摘要：文章介绍了生物质能的概念，概述了国内外生物质能的利用现状，阐述了生物质能转化技术的研究进展,展望了生物质能利用的发展前景。
关键词：一次能源；生物质能；转化技术；热化学转化
1 引言
能源短缺和环境污染日益成为制约人类社会发展的主要问题。根据国际能源机构的统计，若按目前的水平开采世界已探明的能源,人类使用的主要能源——石油、天然气和煤炭供人类开采的年限分别只有40a、50a和240a[1-2]。能源无节制使用，造成环境问题日益严重，如全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈平衡、释放有害物质、引起酸雨等。因此，开发新的替代能源已成为21世纪必须解决的重大课题[3]。生物质能具有含硫量低、灰分小，特别是CO2近“零”排放的特点，是一种理想的可再生能源，因此生物质能的开发利用受到世界各国的普遍关注[4]。
2 生物质能概念
生物质（biomass）是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物的能再生的物质。生物质能(biomass energy或bioenergy)是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，将太阳能转化为化学能固定和贮藏在生物体内的能量。生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，具有环境友好和可再生双重功能[5-7]。生物质资源丰富，包括林业生物质；农业废弃物；人畜粪便；城市垃圾；有机废水；水生植物；能源植物等[8-14]。
3 生物质能的利用现状
研究开发利用生物质能这种可再生能源已经成为了世界各国的一项重要任务[15]。国外的生物质能利用则主要集中在把生物质转化为电力和把生物质转化为燃料方面[16]。从20世纪70年代末期开始到现在，许多国家都制定了相应的开发研究计划，如巴西的酒精能源计划、美国的能源农场、欧盟的生物柴油计划、日本的阳光计划和印度的绿色能源工程等[17-20]。目前，巴西采用甘蔗制乙醇作为汽车燃料，年产量达1400万吨，成为世界上最大的燃料乙醇生产国和出口国。美国计划在2020年，生物燃油取代全国燃油消费量的10%，生物基产品取代石化原料制品的25%，减少相当于7000万辆汽车的碳排放量约1亿吨，每年增加农民收入200亿美元。2001年欧盟生物质能的消费量为5600万油吨当量，预计2010年达到7700万油吨当量，占汽车燃料消费的5.57%。据估算我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤[21]。我国生物质能占全部能源消耗总量的20%，主要通过炉灶燃烧获得热能，转化效率仅10%～15%，生物质能转化技术刚刚起步。
生物质快速热解装置主反应器的研究现状
生物质快速热觚装置主反应器的研穷ｔｍｌｉ／Ｃ 姜年勇。王述洋，刘世锋 （东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０） 摘要：阐述了现有的生物质热解液化技术中主反应器的研究现状，分析了相应的优势与不足。介绍了在以转 锥式快速热解液化设备所做的实验中所总结的问题及经验，提出了未来需要研究的问题，并预测了今后的研究方 向，为生物质新能源的研究开发及生产探索了新的途径。 ’ 关键词：生物质；热解液化；主反应器 中图分类号：￥２１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４４６２（２００６）０８—００２１—０３ Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｆａｓｔ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ＪＩＡＮＧ Ｎｉａｎ－ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｓｈｕ－ｙａｎｇ，ＬＩＵ Ｓｈｉ－ｆｅｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ．．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｑｕｅｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｂｅｉｎｇ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｉｎ ａ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｅ ａ ｒｅｖｏｌｖｅｓ ｔａｐｅｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｆａｓｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｑｕｅｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｂｅ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ，ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｅｘｐｌｏｒｅｄ ａ ｎｅｗ ｗａｙ ｆｏｒ ｆｉｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｂｉｏｍａｓｓ． ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ；ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｌｉｑｕｅｆｉｃａｔｉｏｎ；ｍａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 生物质能作为一种可再生能源，在能源结构系统 中的地位越来越重要。由于化石燃料的不可再生性和 使用过程对环境的影响，生物质能将成为本世纪的主 收稿日期：２００６－０３—１６ 基金项目：国家高新技术发展计划（８６３计划）资助 要能源之一。生物质快速热解液化是生物质能源化利 用的一条有效途径。生物质快速热解液化产物一生物 油不仅可以作为燃料使用，还可通过进一步改性加工 使液体燃料的品质接近柴油或汽油等常规动力燃料的 品质，同时也是一些重要化工产品的原料，可以从中提 ②ＢＬ一环保阻燃剂对氧指数的贡献要大于氢氧化 铝和氢氧化镁；ＢＬ一环保阻燃剂和目前市场常用的氢氧 化铝抑烟性能相当，而氢氧化镁的抑烟效果相比之下 更好一些；从垂直燃烧性能看，ＢＬ一环保阻燃剂压制的 刨花板能达到ＦＶ一０级，相比氢氧化铝和氢氧化镁（未 能达到ＦＶ一２级）好很多。综合考虑，ＢＩ广环保阻燃剂的 阻燃性能比氢氧化铝和氢氧化镁都好。 ③根据对人造板物理力学性能的负面影响及综合 阻燃效果考虑，ＢＬ一环保阻燃剂更适合用于阻燃人造板 的生产。 参考文献： ［１］李光沛，刘毅，程强，等．ＫＭ阻燃胶的创新与应用研究［Ｊ］． 中国林、 ２００２． 第３４卷 ２００６年
生物质热重实验及动力学分析
热能工程 工业加热 第３７卷２００８年第３期
生物质热重实验及动力学分析
曾凡阳，刘 朝，王文钊，闫丽云
（重庆大学动力工程学院，重庆４０００４４）
摘要：采用热重分析方法对黄桷树的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了试样在不同粒度（０．８３，０．１２，０．０７５ ｒｎｉ／１）和不 同升温速率（１０，ｌ５，２０，２５ ／ｍｉｎ）下的实验结果。结果表明；样品的失重过程由干燥和初挥发段、升温段、热解段和炭化段４ 个阶段组成；在升温速率一定的情况下，随着试样粒度的减小，试样在干燥和初挥发段失水明显、热解起始温度降低、有利于热解 进行；随着升温速率的升高，各个阶段的起始和终止温度向高温侧偏移，且主反应区间也增加。采用Ｆｌｙｎｎ—Ｗａｌｌ—Ｏｚａｗａ对试样热解 过程进行了动力学分析研究，得到了表观活化能。 关键词：生物质：热解；动力学；活化能 中图分类号：Ｘ１７１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—１６３９（２００８）０３—０００６－０３
Ｔｈｅｒｍｏｇｒｖｉｍｅｔｒｉｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｋｉｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｉｏｍａｓｓ
ＺＥＮＧ Ｆａｎ—ｙａｎｇ，ＬＩＵ Ｃｈａｏ，ＷＡＮＧ Ｗｅｎ—ｚｈａｏ，ＹＡＮ Ｌｉ—ｙｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＰｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏｇｒｖｉｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏ ｓｔｕｄｙｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｗｅｉｇｈｌｏｓｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＨｕａｎｇｊｕｅｓｈｕ’Ｓｔｒｕｎｋａｎｄｉｔｓｄｙｎａｍｉｃｓ ｌａｗ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｕｒｅ Ｎ２ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅａｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｇａｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ（０．８３，０．１２，０．０７５ｍｍ）ａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｔｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ（１０，１５，２０，２５℃／ｍｉｎ），Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ’Ｓｗｅｉｇｈｌｏｓｓｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｆｏｕｒ ｓｔａｇｅｓ：ｄｒｙｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆｖｏｌａｔｉｌｉｚｅ ｓｔａｇｅ，ｒｉｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｇｅ，ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ’Ｓ ｓｉｚｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｉｚｅ ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ・ｌｏｓｉｎｇ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｌｏｗｅｒｓ，ａｎｄ ｂｅｃｏｍｅｓ ｅａｓｉｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆｃｅｒｔａｉｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅ，ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆｅａｃｈ ｓｔａｇｅ ｓｈｉｆｔ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍａｓｓ—ｌｏｓｓ ｅｖｅｎｔ ｉｓ ｂｒｏａｄｅｎ．Ｂｙ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｕｓｉｎｇ Ｆｌｙｒｍ—Ｗａｌｌ－Ｏｚａｗａ，ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ；ｋｉｎｅｔｉｃｓ；ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ
生物质快速催化热解制氢的研究
亿 与佳物互程２０１３，Ｖｏ１．３０ ＮＯ．１ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
生物质快速催化热解制氢的研究
孔黎红 ，陈明强 ，刘少敏 ，朱传浩
（１．安徽理工大学化工学院，安徽淮南２３２００１；２．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南２３２００１）
摘 要：在自制的固定床反应器上以水葫芦为原料进行・陕速催化热解制氢研究，考察了反应温度及４种催化剂 （ＮａＣ１、Ｎａ Ｃ（） 、Ｋ（）Ｈ和分子筛ＨＺＳＭ一５）在不同反应温度下对热解气产率、气体成分及Ｈ ｚ产率的影响。结果表明：无 催化剂条件下，随着反应温度的升高．热解气产率、Ｈｚ的体积分数及产率上升；催化剂的添加能够改变热解气中各成分 的含量。除Ｎａ ＣＯ 外，在其它３种催化剂作用下．Ｈ。的体积分数显著提高．Ｃ（）ｚ的体积分数显著下降．Ｃ（）的体积分数有 所下降。ＣＨ 的体积分数有所提高；另一方面，升高反应温度有助于提高催化剂的催化效果，不同催化剂的催化热解效果 并不相同，其中ＮａＣ１、分子筛ＨＺＳＭ一５和Ｋ（）Ｈ均能提高Ｈ２产率．达到催化热解制氢的目的，而Ｎａ２Ｃ（）３的催化效果并 不明显。 关键词：生物质；热解；催化剂；氢气 中图分类号：ＴＱ ５１７．５ ＴＫ ６ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ６７２—５４２５（２０１３）０１—００４３—０４
随着煤、石油、天然气等传统能源的日益枯竭，以
及其造成的生态污染日益严重，寻找新型的可再生能
源迫在眉睫。氢能作为一种理想的能量载体，已经引
起越来越多的关注，并被视为未来主要的能源形态之
一［１ｌ。 生物质能是唯一可再生的碳源，并可转化成常规
的固态、液态和气态燃料，是解决未来能源危机最有潜
力的途径之一。生物质不仅资源丰富、产量巨大，而且
其中硫和灰分的含量都比较低，利用过程中对环境污 染小［２］。因此，进行生物质制氢研究具有现实意义。
目前，国内外生物质制氢的路径主要有生物法制 氢和热化学法制氢 ］。其中生物法制氢根据产氢微生
生物质在下降管内的热裂解动力学研究
２０ｌ１年１０月 农机化研究 第ｌ０期
生物质在下降管内的热裂解动力学研究
黄 玲，易维明，李志合，崔喜彬，柏雪源，李永军
（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博２５５０４９）
摘要：为研究陶瓷球热载体加热工艺下生物质在下降管内的快速热解的挥发特性，在热解温度分别为７２３，
７７３，８２３Ｋ，下降距离分别为１５０，５５０，８５０，１ １５０ｍｍ工况下，对４０～４６目的玉米秸秆粉末进行了热解实验，利 用一级动力学反应模型研究了生物质的热解动力学过程。实验数据与模型计算表明，生物质热解挥发程度随温
度的升高和下降距离的增大而增大，实验数据和理论模型吻合性较好。
关键词：生物质；下降管；热解；动力学模型 中图分类号：８５０９．９：ＴＫ６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１１）１０—０１８３—０４
０ 引言
生物质热解是指生物质在完全没有氧或缺氧条件
下热降解，最终生成木炭、生物油和不可冷凝气体的
过程¨ｊ。由于生物质由纤维素、半纤维素和木质素组
成，所以它们的热解过程十分复杂，往往在进行动力
学和机理的研究时，需要进行一些假设，将复杂的物
理过程用比较明了的动力学模型来表示。国内外学
者在生物质热解机理、反应动力学和应用技术方面做
了大量的研究工作 Ｊ。不同文献的研究结果和得出
的模型既有一致性，又存在着一定的差异。概括起
来，国内外研究者在模拟生物质（包括纤维素）热裂解
过程时所采用的几个化学反应动力学模型有简单一
级反应模型 ｊ、两步连续反应模型Ｌ４ Ｊ、Ｍｉｌｌｅｒ模型 、
Ｊａｎｓｅ模型＿６ 和Ｄｉｅｂｏｌｄ模型 等。国内还有多家单位
也对生物质的热解模型动力模型及热解计算进行了
一些研究。员小银、赵广播 等分析树皮的热解特性
时，总结出挥发分的析出规律，并给出计算挥发分的
数学公式。山东理工大学易维明、王丽红和修双宁等
人＿９ 。。设计了层流炉快速热解装置，研究生物质在快
秸秆快速热解动力学特性研究
轩快 解动力学才 叶哇研竞
李建新 ，张剑波 ，郑
１．浙江大学宁渡理工学院，浙江
２．浙江大学能源清洁利用国家重 皎 ，王永川 ，袁镇福
宁波３１５１００
点实验室，浙江杭州 ３１００２７
［摘 要］ 采用自行研制的大物料热重分析装置研究生物质（秸秆）在８００、９００、１ ０００℃等温条件
下的热解特性。结果表明，大物料热重反应时间短，各个阶段反应相互叠加，热重分析 曲线（ＤＴＧ）出现多个峰值。采用化学动力学法拟合了秸秆在等温热解过程中的质量损
失率与时间的单方程宏观模型，求取了活化能Ｅ和指前因子Ａ，得到等温热解反应动力 学方程，计算得到质量损失率和反应时间的理论曲线与试验曲线相吻合。
［关键词］ 生物质；秸秆；热解；动力学方程；热重分析；化学动力学 ［中图分类号］ＴＫ６
［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００２—３３６４（２０１２）０２—００２７—０５
Ｄ）ｏｌ编号］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３３６４．２０１２．０２．０２７
ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＤＹＮＡＭＩＣＳ ＢＥＨＡＶＩｏＲ ＩＮ ＲＡＰＩＤ ＰＹＲＯＬＹＳＩＳ ０Ｆ ＳＴＡＬＫＳ
Ｉ Ｉ Ｊｉａｎｘｉｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｂｏ ，ＺＨＥＮＧ Ｊｉａｏ ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇｃｈｕａｎ ，ＹＵＡＮ Ｚｈｅｎｆｕ １．Ｎｉｎｇｂｏ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ ２．Ｓｔａｔｅ—ｌｅｖｅｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １００２７，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｌｆ—ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｕｌｋ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｈｅｒｍｏ—ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｐｙｒｏｌ— ｙｓｉｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ（ｓｔａｌｋｓ）ｕｎｄｅｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ８００℃。９００℃，ａｎｄ １０００℃
藻类热解生产生物质燃料研究进展
藻类热解生产生物质燃料研究进展
0 前言
随着全球经济的发展，世界范围内的能源需求量日益增加。与之相反，世界的石化能源(煤、石油、天然气等)储量正逐渐减少。同时，石化能源产品燃烧后排放废气所造成的环境污染也是人类面临的一大问题,因此开发可再生、环保的替代性燃料已成为能源工程领域的重要课题之一。欧美等西方发达国家每年都投入大量的经费进行可再生能源的研发，积极发展可再生能源。发展生物能源被认为是二十一世纪世界能源结构战略性转变的一个方向，并成为许多国家和地区能源发展战略的重要组成部分。我国正逐渐成为一个能源消费大国，能源供应在社会的协调发展方面凸显重要意义。但是，由于石油、天然气和煤炭等化石能源不仅存在地理区域上分布不均的问题，而且储量的日益减少，以及化石能源的燃烧对空气造成的污染和对环境造成的严重破坏，人们开始寻找新的能源。生物质能是一种可再生的能源，逐渐受到人们的重视，为人们所研究。在众多的生物质中，微藻具有含有较高的脂类物质、生物量大、生长周期短、易培养等优点，是制备生物质液体燃料的良好材料，并且以微藻为原料，经热解等方法制备的生物油具有热值高、易储运等优点，因此微藻热解制备生物油具有广阔的开发利用前景。
采用热解技术生产生物质燃料方面，国内外研究较多的生物质材料主要是木质素或纤维素材料，如经济林和农作物残余、生产及生活垃圾中富含的木质素及纤维素的成分。由于木质素和纤维素难于直接热解，热解所需条件也较为苛刻，导致所需成本高、经济效益低。而微藻含有较高的脂类、可溶性多糖和蛋白质等化学成分，易于热解，尤其是杜氏盐藻细胞不含有细胞壁等富含纤维素的细胞器，其热解更易于实现，是一种重要的可再生生物资。同木质-纤维素材料相比，利用藻类作热解材料具有更多优势：(1)藻类的光合作用效率较树木高。具有环境适应能力强、生长周期短(一般高等植物需要几个月甚至几年才能完成一代生长发育，藻类繁殖一代的时间仅为2-5d)、生物产量高的特点；(2)自然水体(海洋、湖泊等)每年能提供非常丰富的藻类生物量；(3)藻类在水中生长，因而不占用农业用地，其养殖过程可以实现自动化控制；(4)藻类含有较高的脂类、可溶性多糖和蛋白质等易热解的化学组分，而木材则以木质素、纤维素等难热解成分为主，因此藻类所需热解条件相对较低，使生产成本降低；(5)某些藻类，如葡萄球藻、盐藻、小球藻在适当条件下培养后，所得藻粉具有很高的产烃能力；(6)藻类易被粉碎和干燥，因而其预处理成本较低；(7)藻类热解所获得的生物质燃油热值高。平均高达33 MJ/kg。是木材或农作物秸秆的1.6倍。