生物質熱解技術原理

通過生物質能轉換技術可地利用生物質能源， 生產各種清潔能源和化工產品，從而減少人類對于化石能源的依賴，減輕化石能源消費給環境造成的污染。 目前，世界各國尤其是發達國家，都在致力于開發、無污染的生物質能利用技術，以保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。

生物質熱解是指生物質在沒有氧化劑（空氣、氧氣、水蒸氣等）存在或只提供有限氧的條件下，加熱到逾500℃，通過熱化學反應將生物質大分子物質（木質素、纖維素和半纖維素）分解成較小分子的燃料物質（固態炭、可燃氣、生物油）的熱化學轉化技術方法。生物質熱解的燃料能源轉化率可達95.5%，zui大限度的將生物質能量轉化為能源產品，物盡其用，而熱解也是燃燒和氣化*的初始階段[1]。

1　熱解技術原理

1.1　熱解原理

化學反應的角度對其進行分析， 生物質在熱解過程中發生了復雜的熱化學反應，包括分子鍵斷裂、異構化和小分子聚合等反應。木材、林業廢棄物和農作物廢棄物等的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素。熱重分析結果表明，纖維素在52℃時開始熱解，隨著溫度的升高，熱解反應速度加快，到350～370℃時，分解為低分子產物，其熱解過程為：

（C6H10O5）n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纖維素結構上帶有支鏈，是木材中zui不穩定的組分，在225～325℃分解，比纖維素更易熱分解，其熱解機理與纖維素相似[2]。

從物質遷移、能量傳遞的角度對其進行分析，在生物質熱解過程中，熱量首先傳遞到顆粒表面，再由表面傳到顆粒內部。熱解過程由外至內逐層進行，生物質顆粒被加熱的成分迅速裂解成木炭和揮發分。其中，揮發分由可冷凝氣體和不可冷凝氣體組成，可冷凝氣體經過快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反應生成生物質炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙生物質顆粒內部的揮發分將進一步裂解，形成不可冷凝氣體和熱穩定的二次生物油。同時，當揮發分氣體離開生物顆粒時，還將穿越周圍的氣相組分，在這里進一步裂化分解，稱為二次裂解反應。生物質熱解過程zui終形成生物油、不可冷凝氣體和生物質。

 1.2　熱解反應基本過程　根據熱解過程的溫度變化和生成產物的情況等， 可以分為干燥階段、預熱解階段、固體分解階段和煅燒階段。

1.2.1 干燥階段（溫度為120～150℃），生物質中的水分進行蒸發，物料的化學組成幾乎不變。　1.2.2 預熱解階段（溫度為150～275℃），物料的熱反應比較明顯，化學組成開始變化，生物質中的不穩定成分如半纖維素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。上述兩個階段均為吸熱反應階段。

1.2.3 固體分解階段（溫度為275～475℃），熱解的主要階段，物料發生了各種復雜的物理、化學反應，產生大量的分解產物。生成的液體產物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷卻時析出來）；氣體產物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。這個階段要放出大量的熱。 1.2.4 煅燒階段（溫度為450～500℃），生物質依靠外部供給的熱量進行木炭的燃燒，使木炭中的揮發物質減少，固定碳含量增加，為放熱階段。實際上，上述四個階段的界限難以明確劃分，各階段的反應過程會相互交叉進]。