浅析纤维素生物质热解技术工艺的进展
刘锋
（安徽雷鸣科化股份有限公司；安徽淮北
235042
）
摘
要：
本文浅析生物质的用途与获取方法、热解技术工艺、纤维素的热
解机理、纤维素热解产物及热解技术存在问题。
关键词：
纤维素；生物质；热解；能量
1
生物质简介
1
）生物质的用途。
生物质是植物通过光合作用将空气中
CO
2和
H
2O
转化
后进行储存所获得的能量，
是地球上最广泛存在的可再生资源。
由于它具有产量
巨大、可再生性、能进行碳循环、可液化获得液体燃料、可热解获得多种高附加
值的化学产品和生物油等特点，
所以被国际广泛关注，
并成为研究热点。
生物质
产品应用过程中排放的
CO
2和吸收的
CO
2相平衡，
不仅没有额外增加大气中
CO
2
的含量，还能降低形成酸雨气体含量。
2
）成品生物质的获取。
对纤维素类生物质，主要指植物的秸秆。如树木、
农作物秸秆、草类及工农业生产副产品（甘蔗渣、橄榄渣等废料）
。主要成分：
纤维素、半纤维素、木质素。纤维素类生物质的处理方法：生物转换法、物理转
换法、热化学转换法。热化学转换包括直接燃烧、气化、裂解。直接燃烧只能获
得生物质总能量的
10%
～
20
％，采用新型设计的省柴灶能提高到
40%
～
50%
，
有
的用于直燃发电。气化可获得甲烷（
CH
4）
、
CO
、
H
2及小分子气态烃，既可直接
燃烧提供热量，
又可作为原料合成甲醇等燃料。
热解是在隔绝或少量供氧条件下
加热分解获得炭、
液体油、
气体的过程。
热解产物炭可作为生产活性炭的原材料、
液体生物油含有多种化工行业所必须的原材料及高附加值产品，
并改性后直接用
于透平机，
气体可合成甲醇等燃料。
一般热解可将低能量密度的生物质转化为高
能量密度的气、液、固产品，便于储存运输。
2
热解技术工艺
1
）热解技术。在热解过程中，首先需要热解反应器，它是热解研究技术的
重点之一，
其类型和传热传质方式，
直接影响热解产物的分布。
热解反应器设计
中必须考虑的基本因素：生物质在反应器内的流动方式、较高的热质传递速率、准确的温度控制及热解蒸汽的快速冷凝。
生物质快速热解技术研究进展与趋势
文章综述了国内外快速热解技术的发展现状，并提出了未来快速热解研究方面的主要方向和发展趋势。
标签：生物质能源；快速热解；研究趋势
1 引言
生物质能源是未来可持续发展能源系统的重要组成部分，是未来化石燃料的替代品之一，其高效转换和洁净利用日益受到全世界的关注。
目前，国外已经研究开发了快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，是一种很有开发前景的生物质应用技术。作为一项资源高效利用的新技术，生物质快速热解技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。
2 国外发展现状
国外对于生物质的快速热解做了大量工作，特别是欧、美等发达国家，从20世纪70年代首次进行生物质快速热解实验以来，已经形成较完备的技术设备和工业化系统。
为了方便热解液化方面的学术交流和技术合作，欧洲在1995年和2001年分别成立了PyNE组织（Pyrolysis Network for Europe） 和GasNet （European
Biomass Gasification Network）组织，前者拥有18个成员国，后者现拥有20个成员国以及8家工业单位成员。这两大组织在快速热解技术的开发以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。
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[1]。
荷兰Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并开始研制旋转锥式反应工艺（Twente rotating cone process），到1995年取得初步成功[2，3]。
加拿大Ensyn工程师协会研制的循环流化床工艺在芬兰安装了20kg/h的小规模装置，在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置[4，5]。
生物质制气原理
生物质制气是一种将生物质作为原料通过热解、气化等过程产生可燃气体的技术。
生物质制气的原理是将生物质材料加热至一定温度下，使其发生热解或气化反应，从而分解生成含有可燃气体（如一氧化碳、氢气、甲烷等）的气体。这些可燃气体可以用作燃料，提供热能或发电。
生物质制气的主要过程包括热解、气化和气体净化：
1. 热解是指将生物质在缺乏氧气的条件下加热，使其分解产生可燃气体和固体残渣。热解反应的温度通常在300℃-600℃之间，主要生成一氧化碳、水蒸气和固体碳质残渣。
2. 气化是指生物质在高温下与气化剂（一般是水蒸气、氧气或二氧化碳）反应，产生可燃气体。气化反应的温度通常高于700℃，可以得到更高的气化效果和产气率。
3. 气体净化是指将生物质气化产生的气体经过净化处理，去除其中的杂质和有害成分，以便安全使用或储存。
生物质制气技术具有循环利用生物质资源、降低碳排放、减少对化石燃料的依赖等优点，广泛应用于生物质能源利用和可再生能源领域。
生物质热解技术制备生物油研究现状及展望
摘要：随着我国国民经济的不断发展，煤炭、石油等不可再生资源的开发程度也在不断增加，给我国带来了较大的压力。而生物质能源是一种非常重要的可再生资源，如果能够得到深入全面的开发，就能够较好的进行能源替代，解决当前我国社会环境中所产生的能源危机，避免传统能源使用过程中出现的环境污染。本文先阐述了生物质热解技术的相关内容，接着从热催化剂和生物质热解反应器两个方面来展示了当前这项技术在制备生物油方面的具体现状，最后还对这项技术的未来发展进行了展望。
关键词：生物质；生物油；热解技术；热催化剂
在过去我国经济的发展中，很多行业都处于粗放式运作模式，使得我国社会产业的发展都对生态环境带来了较为显著的破坏。目前我国已经充分认识到了这种经济发展模式所带来的危害与弊端，并寻求一种绿色高效的经济发展新模式。而生物质热解技术就是符合这种发展模式的重要方法，同时也能够对当前的农业废弃物和各类生物垃圾进行综合处理，最终将其转化为有用的生物油。在这种情况下，就有必要对生物质热解技术的发展现状进行全方位的分析，并探索其在我国当前社会行业环境中的应用空间。
一、生物质热解技术的相关概述
生物质热解技术主要是指将农林废弃物以及其他有机物垃圾，在无氧或者缺氧环境中进行热分解，组中能够生成生物油、木炭、不可冷凝气体等物质。在具体反应过程中，最终生成物质的比例主要取决于所使用的工艺内容和外部温度条件。比如温度处于580℃以下的时候，最终生成的物质主要为木炭；温度处于650℃的时候，最终生成的物质主要为生物油；温度处于1100℃以上的时候，最终生成的物质主要为不可冷凝气体。
通过观察生物质热解技术的具体反应过程可以知道，整个技术主要可以分为催化热解和混合热解。其中前者主要是使用各类催化剂来实现生物油制备过程的高效性，同时也能够兼顾保证最终生物油的质量。在催化热解过程中，既可以在反应过程中直接接入各类热催化剂，同时也可以先将生物质进行快速热解，然后使用催化剂进行提质。在使用这类方法的时候，相关技术人员一定要慎重选择催化剂，保证所选的催化剂能够真正跟反应过程所契合，提高生物油制备的最终成效。而后者则是生物质跟其他物料所形成的共热解液化。结合当前国内外在这方面的具体研究现状来看，所使用最多的就是生物质跟煤的共热解，具体有煤跟稻草和银合欢的共热解。在混合的时候，很多研究都发现，生物质跟煤处于1：1比例的时候，能够产生非常显著的热解协同效应。
