生物質組分熱解氣化特性研究現(xiàn)狀

1、生物質組分熱解氣化特性研究現(xiàn)狀摘要：為了提升生物質氣化氣熱值，減少焦油產率，越 來越多的研究者開始試圖從生物質組分的角度對熱解氣化 特性進行探索.概述了堿金屬、溫度、壓力、升溫速率在熱解 氣化過程中對生物質組分造成的影響，以及纖維素、半纖維 素、木質素、萃取物和組分間相互作用對生物質熱解氣化過 程造成的影響.提由了在二組分相互作用研究的基礎上，應繼續(xù)開展三組分相互作用的實驗研究，以及生物質?；锖蜕?物質原料化學結構差異對生物質原料熱解氣化特性的影響.此外，提由了采用單變量對照實驗方法研究單變量的作用大 小.關鍵詞：三組分；萃取物；相互作用 中圖分類號： TK 6文獻標志碼：AAbstract

2、 : In order to improve the heating value of the gaseous product and decrease the yield of tar from the pyrolysis and gasification of biomass , the pyrolysis and gasification characteristics of biomass components are investigated widely.The effects of the alkali , temperature , pressure, and heating

3、rate on the pyrolysis and gasification are summarized.The effects of cellulose , hemicellulose , lignin and the interactions between them on the gasification and pyrolysis are also discussed.Besides those, the effects of the interactions among three components , the difference among the biomass mode

4、l compounds , and the chemical structure of the biomass on the gasification characteristics require some further investigations on the foundation of the two components experiments.At last , the single variable controlled experiments are proposed to study the effect of the single factor.Key words: th

5、ree component ; extract; interaction生物質氣化和熱解是將生物質能源轉換為高品位氣體燃料時使用的一種有效利用生物質能源的方式之一1.但其也存在著諸多問題，以生物質氣化為例，主要有氣化氣低熱 值以及焦油等問題.氣化氣熱值過低導致氣化氣成本上升，阻礙了氣化技術的推廣.提高熱值的傳統(tǒng)方法包括提高氣化溫 度和當量比（ER）、加入催化劑、改變物料特性2.焦油對氣化過程以及相關的設備和實驗人員造成很大危害.去除焦油的傳統(tǒng)方法包括催化裂解、烘培、低溫慢速熱解處理等.催化 裂解主要是在氣化過程中加入銀基催化劑、白云石等，催化 劑抑制焦油生成或使已生成的焦油再分解3.此外，提高

6、溫度、改變ER也可促進焦油的分解.近年來越來越多的研究者試圖從生物質原料角度我由 提高氣化氣熱值和去除焦油的方法，主要是從纖維素、半纖維素和木質素的角度去探索思考，包括各種因素對生物質組分的影響和組分對生物質熱解氣化特性的影響.本文將對這一領域的研究進展作一綜述，指由現(xiàn)有研究中存在的一些問 題，并提由改進建議.1影響生物質三組分熱解氣化的因素1.1無機物無機物主要包括堿金屬、堿土金屬和過渡金屬等.通常情 況下，加入堿金屬能促進輕質氣體和焦炭產生，并促進焦油 分解，減少焦油含量，但是不同的金屬離子表現(xiàn)由的催化作 用不同.K+、Na+、Ca+、Mg2+對纖維素和半纖維素熱解的催 化作用較相似.K+

7、的催化作用最強，可促進輕質氣體和焦炭的 形成4-5; Ca2+和Mg2+對焦炭的生成影響較大，但Ca2+、Mg2+對氣體產量影響不大6.而鉀鹽的加入量較大時，會阻 礙揮發(fā)分的析由，對生物質熱解有一定的阻礙作用7.武宏香等8認為堿金屬能降低纖維素的活化能，降低氣體中CO、C2H4、C2H6 含量，提高 CO2 和 CH4含量，CH3COOK CH3COONa的催化能力大于 KCI NaCI, KCI NaCI阻礙了 H2 的生成，而 CH3COOK CH3COONa促進了 H2的生成.對木質 素的研究發(fā)現(xiàn)：低溫時堿金屬鹽對木質素的熱解沒有明顯影 響；高溫時碳酸鉀和碳酸鈉的添加使得木質素的熱解速率

8、明 顯高于添加KCl和未添加堿金屬鹽時的情況 9.1.2熱解速率纖維素在慢速熱解時生成少量的液體和氣體產物，由于反應時間較長，纖維素的脫水和炭化反應得以充分進行，從 而產生了大量的碳10,在快速熱解時纖維素熱解主要生成了 乙醛、甲醇、味喃、乙酸等,閃速熱解時，纖維素熱解可完全 反應得到石蠟以及其它碳氫化合物,胡億明11在常壓下考察升溫速率對纖維素熱解的影響時發(fā)現(xiàn)，升溫速率上升能提高 熱解速率,木質素在慢速熱解時主要分為水分揮發(fā)、支鏈斷裂重組和芳香縮聚三個過程12,當溫度高于585c時，苯環(huán)周 圍的化學鍵斷裂重組形成了脂肪族官能團；當溫度上升到 780c時，苯環(huán)斷裂形成碳，1.3壓力、溫度與載氣

9、流量胡億明11在升溫速率為20 K ? min-1時研究了不同壓力 下纖維素的熱解狀況，結果發(fā)現(xiàn)，熱解殘渣隨著壓力的增大， 揮發(fā)分提前析由，熱失重速率增加，而焦油由于受壓力抑制， 不易揮發(fā)成焦油蒸氣，焦炭產率上升,壓力對熱解的影響和升 溫速率對熱解的影響相反，22彭云云，武書彬,麥草半纖維素的快速熱裂解實驗研究J.燃料化學學報，2011, 39(1): 21-25.23彭云云，武書彬,TG FTIR聯(lián)用研究半纖維素的熱裂 解特性J,化工進展，2009, 28 (8): 1478-1484.PENG Y Y WU S B,The structural and thermalcharacteris

10、tics of wheat straw hemicelluloseJ.Journal ofAnalytical and Applied Pyrolysis , 2010, 88 (2): 134-139.25王蕓.基于組分分析的生物質熱解特性實驗研究D.上海：上海交通大學，2012.26張曉東，周勁松，駱仲泱，等.催化裂化生物質焦油 構成變化J.燃料化學學報，2005, 33 (5): 582-585.CETIN E GUPTA R MOGHTADERI B.Effect of pyrolysis pressure and heating rate on radiata pine char s

11、tructure and apparent gasification reactivityJ.Fuel , 2005, 84 (10): 1328-1334.GUO X J, WANG S R WANG K G et al.Influence of the extractiyes on mechanism of biomass pyrolysisJ.Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2010, 38 (1): 42-46.29王樹榮，鄭？S,駱仲泱，等.生物質組分熱裂解動力 學研究J.浙江大學學報：工學版， 2007, 41 (4): 585-

12、588.HEBANI A N, VAN REENEN A J MEINCKEN M.The effect of wood extractives on the thermal stability of different wood speciesJ.Thermochimica Acta , 2008 , 471 (1): 43-50.GUO X J, WANG S R WANG K G et al.Influence of the extractiyes on mechanism of biomass pyrolysisJ.Journal of Fuel Chemistry and Techn

13、ology, 2010, 38 (1): 42-46.MESZAROS E JAKAB E VARHEGYI G.TG/MSPy GC/MS and THM GC/MS study of the composition and thermal behavior of extractive components of RobiniapseudoacaeiaJ.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , 2007, 79 (1/2): 61-70.33黃娜，高岱巍，李建偉，等.生物質三組分熱解反應 及動力學的比較J.北京化工大學學報，2007,34(

14、5): 462-466.HOSOYA T KAWAMOTO H, SAKA S.Cellulosehemicellulose and celluloselignin interactions in wood pyrolysis at gasification temperatureJ.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , 2007, 80 (1): 118-125.COUHERT C COMMANDRE J M, SALVADOR S.Is it possible to predict gas yields of any biomass a

15、fter rapid pyrolysis at high temperature from its composition in cellulose , hemicellulose and lignin ? J.Fuel, 2009, 88 (3): 408-417.COUHERT C COMMANDRE J M, SALVADOR S.Failure of the component additivity rule to predict gas yields of biomass in flash pyrolysis at 950 J.Biomass and Bioenergy , 2009, 33 (2): 316-326.37金潞，李寶霞.纖維素與木質素共熱解試驗及動力學 分析J.化工進展，2013, 32 (2): 303-307.FUSHIMI C, KATAYMA S TSUTSUMI A.Elucidation of interaction among cellulose ， lignin and xylan during tar and gas evolution in steam gasificationJ.Jou