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生物质热解
生物质热解
生物质热解（又称热裂解或裂解）是指在隔绝空气或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，使之转变为低分子物质的过程。
根据热解条件和产物的不同，生物质热解工艺可以分为以下几种类型：
1）烧炭。
将薪炭放置在炭窑或烧炭炉中，通入少量空气进行热分解制取木炭的方法，一个操作期一般需要几天。
2）干馏。
将木材原料在干馏釜中隔绝空气加热，制取醋酸，甲醇，木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品的方法。
3）热解液化。
把林业废料及农副产品在缺氧的情况下中温（500~650℃）快速加热，然后迅速降温使其冷却为液态生物原油的方法。
第六章生物质热裂解液化技术第1节生物质热裂解原理1.1 概念⑴生物质热裂解生物质通过热化学转换，生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3类物质的过程。
控制热裂解条件（反应温度、升温速率、添加助剂等）可以得到不同热裂解产品。
⑵生物质热裂解液化是在中温（500～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热解，产物再迅速淬冷（通常在0.5s内急冷到350℃以下），使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到液态的生物油。
生物油产率可高达70%～80%（质量分数）。
气体产率随温度和加热速率的升高及停留时间的延长而增加；较低的温度和加热速率导致物料炭化，生物质炭产率增加。
生物质热裂解液化技术最大的优点在于生物油易于存储和运输，不存在产品就地消费的问题。
1.3生物质热裂解原理分析（一）反应进程分析生物质的热裂解（慢速）大致分为4个阶段：⑴脱水阶段（室温~150℃）：物料中水分子受热蒸发，物料化学组分几乎不变⑵预热裂解阶段（150~300℃）：物料热分解反应比较明显，化学组成开始发生变化。
半纤维素等不稳定成分分解成CO、CO2和少量醋酸等物质。
⑶固化分解阶段（300~600℃）：物料发生复杂的物理、化学反应，是热裂解的主要阶段。
物料中的各种物质相应析出，生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇，气体产物中有CO、CO2、H2、CH4等。
物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰.⑷炭化阶段：C—H、C—O键进一步断裂，排出残留在木炭中的挥发物质，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。
以上几个阶段是连续的，不能截然分开。
快速裂解的反应过程与此基本相同，只是所有反应在极短的时间内完成，原料快速产生热裂解产物，因为迅速淬冷，使初始产物来不及进一步降解成不冷凝的小分子气体，从而增加了液态产物生物油。
（二）热解过程中生物质成分分析⑴生物质中主要成分及其分解产物生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物，及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物。
生物质热裂解技术工艺流程生物质热解液化技术的一般工艺流程由物料的干燥、粉碎、热解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却和生物油的收集等几个部分组成。
原料干燥和粉碎生物油中的水分会影响油的稳定性、粘度、PH值、腐蚀性以及一些其它特性，而天然的生物质原料中含有较多的自由水，相比从生物油中去除水分，反应前物料的干燥要容易的多，因而在一般的热解工艺中，为了避免将自由水带入产物，物料要求干燥到水份含量低于10%（质量分数）。
快速热解制油工艺要求高的传热速率，除了从反应器的传热方面入手，工艺流程图原料尺寸也是重要的影响因素，通常对原料需要进行粉碎处理，不过随着原料的尺寸变得越小，整个系统的运行成本也会相应提高。
热裂解反应器反应器是热解的主要装置，反应器类型的选择和加热方式是各种技术路线的关键环节。
适合于快速热解的反应器型式是多种多样的，但所有热解制油实用性较强的反应器都具备了三个基本特点：加热速率快，反应温度中等和气相停留时间短。
焦炭和灰的分离在生物质热解制油工艺中，一些细小的焦炭颗粒不可避免地进入到生物油液体当中。
研究表明：液体产物中的焦炭会导致生物油不稳定，加快聚合过程，使生物油的粘度增大，从而影响生物油的品质。
同时，生物质中几乎所有的灰分都保留在焦炭当中，而灰分是影响生物质热解液体产物收率的重要因素，它的存在将大大催化挥发成分的二次分解，所以分离焦炭也会影响分离灰分。
分离焦炭除了采用热蒸汽过滤外，还可以通过液体过滤装置（滤筒或过滤器等）来完成，目前，后者仍处于研究开发阶段。
焦炭的分离虽然很困难，但是对所有的系统而言都是必不可少的。
液体生物油的收集液体的收集一直以来都是整个热解过程中运行最困难的部分，目前几乎所有的收集装置都不能很有效的收集。
这是因为裂解气产物中挥发份在冷却过程中与非冷凝性气体形成了烟雾状的气溶胶形态，是一种由蒸汽、微米级的小颗粒、带有极性分子的水蒸气分子组成的混合物，这种结构给液体的收集带来困难。
木材干馏热解应用最早出现，后来出现了煤炭的干馏热解（炼焦）。
在很长一段时期内，人们认为只用煤、木材才能干馏热解，而草本植物不可能干馏。
八十年代初，南方先生首先提出了草本植物进行热解与木材热解将有相似的结果，九十年代初被试验所证实。
当时对20多种草本植物进行了干馏热解试验，如蒿草、一支黄花草、芦苇草、玉米秸秆、麦秸干、豆秸、稻草、稻壳、玉米芯、甘蔗渣、花生壳、椰子壳、棕榈籽壳、树枝、树叶等。
对这些物质进行干馏热解所得到的产品，与木材干馏热解所得到的产品及其相似，都产生木质炭、木焦油、木煤气、木醋液，这一试验的成功为秸秆干馏热解开拓了广阔的前景。
几种植物的元素组成植物名称碳C% 氢H%栎树49.4 6.1水青冈树48.5 6.3桦树48.6 6.4光榆树50.2 6.4白蜡树49.4 6.1椴树49.4 6.9白杨树49.7 6.3松树49.6 6.4玉米秸42.2 5.5高梁秸41.9 5.3棉花秸43.5 5.4豆秸44.8 5.8小麦秸41.3 5.3稻草38.3 5.1谷秸41.4 5.2杂草41 5.2从该表可以看出，木本植物和草本植物在热分解范畴中基本是一样的，没有本质的区别，而只是在含碳氢量上有15％的差异，从而影响其发热值有 15％的差异，一般草本植物的低位发热值在3500～3800大卡/kg范围，木本植物的低位发热值在4100～4400大卡/kg范围。
由于这种差异，在热解产品的含量上有所差异。
例如：木材热解得到的炭产品的量要高于秸秆热解炭品产量；木材热解的木煤气热值要高于秸秆热解木煤气的热值。
秸秆热解后木醋液的产量明显高于木材热解的木醋液产量。
秸秆木醋液中的轻质化学物质也明显的偏多，在某种意义上说，秸秆木醋液更具有价值。
秸秆刚加热不久，在150℃以前排出的都是水蒸气，这个过程就是热解的干燥过程，含水份越多的物料，这个过程就越长，消耗的能源就越多。
因为只有把水份蒸干了才能开始热解。
另外在实际生产中，这部分汽不是排空的，而是随木煤气进入后续设备中，最终被冷凝到木醋液中，降低木醋液浓度，增加木醋液的回收负荷。
