第7章 生物质热解炭化技术

生物质热解气化原理与技术生物质热解气化是一种将生物质转化为可用气体燃料的技术。

生物质是指植物和动物的有机物质，如木材、农作物废弃物、动物粪便等。

热解气化是将生物质加热至高温，并在缺氧或氧气限制条件下进行分解，生成可燃气体和固体残渣的过程。

生物质热解气化的原理是通过热解和气化两个过程将生物质转化为气体燃料。

首先，生物质在高温下进行热解，热解过程中生物质的有机物质被分解为气体、液体和固体。

其中，气体主要是一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。

液体主要是烃类物质，如醇类、酮类、醚类等。

固体残渣是热解过程中不能分解的物质，主要是炭质物质。

然后，热解产物在气化过程中被进一步转化为可用气体燃料。

气化是在缺氧或氧气限制条件下进行的，通过气化反应将热解产物中的固体炭质物质转化为一氧化碳和氢气。

气化过程中，氧气与炭质物质反应生成一氧化碳，同时一氧化碳与水蒸气反应生成氢气。

生物质热解气化技术具有以下几个优势。

首先，生物质是一种可再生能源，与化石燃料相比具有更低的碳排放。

生物质热解气化能够有效利用生物质资源，减少对化石燃料的依赖。

其次，生物质热解气化可以将生物质转化为多种气体燃料，具有较高的灵活性。

不同类型的生物质可以产生不同成分的气体燃料，可以根据需求进行选择和调整。

再次，生物质热解气化可以利用生物质的多级能量，通过热解气化过程可以同时产生气体、液体和固体燃料。

气体燃料可以直接用于燃烧或发电，液体燃料可以用于替代石油燃料，固体残渣可以用作肥料或再生能源的原料。

生物质热解气化技术的应用具有广泛的前景。

首先，生物质热解气化可以用于生物质能源的开发利用。

生物质能源是一种清洁、可再生的能源，可以用于代替传统的化石能源，减少对环境的污染。

其次，生物质热解气化可以用于生物质废弃物的处理。

农作物废弃物、木材废料等生物质废弃物在经过热解气化处理后可以转化为有用的气体燃料，同时还可以减少废弃物对环境的影响。

生物质炭化技术及其在农林废弃物资源化利用中的应用吕豪豪;刘玉学;杨生茂【摘要】随着科学技术不断进步和农村经济快速发展,包括农作物秸秆在内的各种农林废弃物总量和种类显著增加,农林废弃物的高效处理及资源化利用已成为制约农业可持续发展的一个难题.生物质炭化技术是近年来新兴的农林废弃物资源化利用新技术.该技术主要通过将农林废弃物生物质炭化并以稳定的碳形式固定形成新型的生物炭产品.生物炭不仅在固碳减排、改良土壤与肥料增效方面具有良好作用,而且在土壤修复与水污染处理等一系列环境资源领域中也具有广阔的应用前景.本文阐述了我国农林废弃物资源化利用的现状以及生物质炭化及生物炭物理化学性质特征,重点探讨生物炭产品在农业及环境资源领域的应用现状与发展前景,并对生物炭技术领域及其在未来农业及环境中的应用进行展望,旨在为农林固体废弃物高效资源化提供新的思路,为农林废弃物的高效循环处理利用提供新的模式.【期刊名称】《浙江农业科学》【年(卷),期】2015(056)001【总页数】4页(P19-22)【关键词】农林废弃物;生物质炭化;固碳减排;生物炭;多孔性结构【作者】吕豪豪;刘玉学;杨生茂【作者单位】浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所浙江省生物炭工程技术研究中心,浙江杭州310021;浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所浙江省生物炭工程技术研究中心,浙江杭州310021;浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所浙江省生物炭工程技术研究中心,浙江杭州310021【正文语种】中文【中图分类】TK6文献著录格式：吕豪豪，刘玉学，杨生茂.生物质炭化技术及其在农林废弃物资源化利用中的应用［J］.浙江农业科学，2015，56（1）：19－22.DOI 10.16178／j.issn.0528⁃9017.20150105随着科学技术不断进步和农村经济快速发展，农作物产量不断提高、农产品加工产业迅速发展以及新农村建设不断展开，包括农作物秸秆在内的各种农林废弃物总量和种类呈上升趋势，特别是近十年来，随着农村城市化进程步伐的加快，农民生活水平明显提高，对于可用作燃料和肥料的农林废弃物利用率越来越低，农林废弃物的高效处理处置及资源化利用已成为制约农业可持续发展的一个难题。

一、项目背景生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。

生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。

全国生物质总量高达10亿吨，利用率仅4.78%。

二、热解工艺生物质热解是指在隔绝空气或供给少量空气的条件下，通过热化学转换，将生物质转变成为木炭、液体和气体等低分子物质的过程。

三、生物质热解产品分析生物质热解工艺着眼于生物质能源的高值、绿色、循环和综合利用，是一种可将生物质能源综合处理，获取活性炭、木醋液等高附加值产品的装备及工艺。

此工艺以来源广泛的生物质能源为原料，通过升温热解的方式，可产出含有目标产品木醋液的热解气体，通过冷却器将热解气体冷却到一定温度，其中的木醋液成分即可冷凝，再加以收集提纯加工，即可获得木醋液成品。

热解气体中的不凝气体成分为可燃气体，可将其引回炉腔燃烧，实现装备的燃料自给供应，生物质原料经热解后转化为生物炭。

生物质经过热解技术的转化，1吨生物质原料可产燃气230～310m3；生物炭250～300kg；木焦油50kg；木醋液250kg。

生物炭富含微孔具有很好的修复性能，既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等。

目前国内生物炭价格3000-4000元/吨。

木醋液是含有有机酸类、醛类、酮类、酚类等多种有机化合物和少量无机物（Ca、Mg、Na、Fe等）的水溶液，具有杀菌、抗菌、抑菌、防虫、促进作物生长的功效是农用化学品的理想替代物，可利用价值高。

另外，在土壤中喷施木醋液或将木醋液与木炭粉混合形成炭醋粉施加到土壤中，可有效改良土壤环境，疏松土壤，提高土壤中的有机质和速效养分的含量，调节土壤酸碱度，促进有用微生物的繁殖，促进酶活性，改善土壤透气性和保持肥效，补充铁、锰、铜、锌等微量元素，减轻农作物根腐问题，防治地下病虫害，促进农作物生长，并有调节地温，改善果实食味和质量，缓解大小年的作用。

生物质炭化工艺生物质炭化工艺是将生物质原料在高温无氧或低氧条件下进行热解，生成炭质产物的过程。

这种工艺可以将生物质转化为生物质炭，具有广泛的应用前景和环境保护意义。

生物质炭化工艺一般包括预处理、干燥、炭化和冷却等几个步骤。

首先，生物质原料经过预处理，去除杂质、调整湿度和粒度，以提高炭化效率和产物质量。

然后，生物质原料经过干燥，除去水分，以降低炭化过程中的能耗。

接下来，生物质原料进入炭化炉进行热解，热解过程中，生物质中的有机物发生裂解和重组，生成炭质产物和气体产物。

最后，炭质产物经过冷却，得到生物质炭。

生物质炭化工艺有多种方法，常见的包括焦化、气化和热解等。

焦化是将生物质原料在高温下分解，生成焦炭的过程。

焦炭具有高热值和良好的化学稳定性，可以用作燃料或冶金原料。

气化是将生物质原料在高温下与气体反应，生成可燃气体的过程。

气化产物可以用作燃料或化工原料。

热解是将生物质原料在低氧或无氧条件下进行加热，生成炭质产物的过程。

热解产物主要是生物质炭，具有良好的吸附性能和环境友好性。

生物质炭化工艺具有多项优点。

首先，生物质炭化可以将生物质转化为高附加值的炭质产物，实现资源的高效利用。

其次，生物质炭化可以减少生物质的体积和质量，便于储存和运输。

再次，生物质炭化可以降低生物质的水分含量，提高热值和燃烧效率。

此外，生物质炭化过程中产生的气体可以用作燃料或化工原料，实现能源的综合利用。

生物质炭化工艺在能源、农业和环境保护等领域具有广泛的应用前景。

在能源领域，生物质炭可以替代传统的化石燃料，减少温室气体的排放，降低能源消耗。

在农业领域，生物质炭可以用作土壤改良剂，提高土壤肥力和作物产量。

在环境保护领域，生物质炭可以吸附和去除水体和大气中的有害物质，净化环境。

然而，生物质炭化工艺也面临一些挑战和问题。

首先，生物质原料的选择和处理对炭化效果和产物质量有很大影响。

不同的生物质原料具有不同的结构和组成，需要针对性地进行处理和优化。

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用生物质热解是利用高温条件下无氧加热产生的化学反应，将生物质转化为炭材料的一种方法。

与传统的化石燃料相比，生物质热解制备的炭材料具有更低的碳排放和环境影响，因此被广泛地应用于环境保护、能源储存等领域。

本文将介绍生物质热解制备高品质炭材料的方法及其功能化应用。

一、生物质热解制备高品质炭材料的方法生物质热解制备炭材料的关键在于选择适当的生物质原料和热解条件。

常用的生物质原料包括木材、秸秆、稻壳等，这些材料中含有丰富的碳水化合物和纤维素，是制备炭材料的理想原料。

热解条件通常是在高温下进行，一般在450℃至1000℃之间，热解时间也很重要，一般需要几小时至几十小时不等。

在热解过程中，生物质会分解为气态、液态和固态产物。

气态产物主要是水蒸气、CO2和少量的其他气体，液态产物包括生物油和酚类化合物，而固态产物就是炭材料。

为了获得高品质的炭材料，需要优化热解参数，如热解温度、热解时间、升降温速率等。

二、高品质炭材料的功能化应用高品质的炭材料具有很多优异的性能，如高比表面积、低密度、优异的机械强度和耐化学腐蚀性等，这些性质使其广泛应用于环境治理和能源储存领域。

1.环境治理生物质炭材料可以吸附各种有机和无机污染物，如有机染料、重金属离子等。

炭材料具有高比表面积和孔隙结构，可以提高吸附性能。

此外，生物质炭材料还可以作为吸附剂、废水处理剂、气相过滤器等，对环境污染具有良好的治理效果。

2.能源储存生物质炭材料可以作为电容器电极材料，用于储存电能。

炭材料具有优异的导电性和孔隙结构，可以提高电容器的能量密度和功率密度。

此外，生物质炭材料还可以作为锂离子电池的负极材料，用于储存电能。

炭材料具有大量的微孔和介孔，可以提高锂离子电池的循环性能和能量密度。

结论生物质热解制备高品质炭材料是一种绿色、可持续的方法，具有优异的性能和广泛的应用前景。

生物质炭材料可以用于环境治理、能源储存等领域，对减缓能源短缺、改善环境质量发挥重要作用。

生物质热解制备生物碳化性能实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，寻找可持续、可再生的能源资源成为当务之急。

生物质作为一种丰富的可再生资源，其热解转化为生物炭的技术引起了广泛关注。

生物炭具有良好的吸附性能、孔隙结构和稳定性，在土壤改良、碳封存、能源储存等领域具有巨大的应用潜力。

本实验旨在研究生物质热解制备生物炭的性能，为其进一步的应用提供理论依据和技术支持。

二、实验目的1、探究不同生物质原料在热解过程中的转化规律和产物分布。

2、分析热解温度、停留时间等参数对生物炭产率和性能的影响。

3、评估生物炭的物理化学性质，如孔隙结构、元素组成、表面官能团等。

4、研究生物炭对重金属离子的吸附性能和在土壤中的改良效果。

三、实验材料与设备1、实验材料选取了常见的生物质原料，包括玉米秸秆、木屑和稻壳。

化学试剂：盐酸、氢氧化钠、硝酸银等，用于分析生物炭的化学性质。

2、实验设备热解炉：采用固定床式热解炉，能够精确控制温度和加热速率。

电子天平：用于称量生物质原料和生物炭的质量。

扫描电子显微镜（SEM）：用于观察生物炭的微观形貌。

比表面积及孔隙度分析仪：测定生物炭的比表面积和孔隙结构。

元素分析仪：分析生物炭的元素组成。

傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）：表征生物炭表面的官能团。

四、实验方法1、生物质预处理将玉米秸秆、木屑和稻壳分别粉碎至一定粒度，然后在 105℃的烘箱中干燥至恒重，备用。

2、热解实验将预处理后的生物质原料分别装入热解炉中，在不同的温度（400℃、500℃、600℃）和停留时间（30min、60min、90min）下进行热解。

热解过程中，产生的气体通过冷凝器冷却收集，固体产物即为生物炭。

3、生物炭性能分析产率计算：生物炭产率＝生物炭质量／生物质原料质量 × 100%。

元素分析：使用元素分析仪测定生物炭中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）等元素的含量。

孔隙结构分析：采用比表面积及孔隙度分析仪，通过氮气吸附法测定生物炭的比表面积、孔容和孔径分布。

生物质热解制炭与制气一体化研究生物质热解制炭与制气一体化是指采用生物质为原料，在高温下将其分解成炭和可燃气体的过程。

生物质热解制炭与制气一体化已经成为一项研究热点，因其在增加生物质利用效率、减少污染物排放等方面具有重要意义。

本文将简要介绍生物质热解制炭与制气一体化的原理、研究进展以及面临的挑战等方面的内容。

一、生物质热解制炭与制气一体化的原理生物质热解制炭与制气一体化的基本原理是将生物质经过预处理后送入热解反应器，在高温下进行升温、热解、裂解等化学反应，分解出炭和可燃气体。

该过程一般分为三个阶段：干燥阶段、热解阶段和冷却阶段。

在干燥阶段，生物质中的水分会被蒸发掉，同时产生脱水反应，生成水蒸气和轻质油脂等气体。

在热解阶段，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物被分解成炭和可燃气体。

其中，炭的产量和品质取决于生物质的种类、热解温度和反应时间等因素，而可燃气体的种类和含量则取决于热解温度和反应时间等因素。

在冷却阶段，炭和可燃气体从热解反应器中产生，并通过相应的设备进行分离和收集。

二、生物质热解制炭与制气一体化的研究进展生物质热解制炭与制气一体化在行业内引起了广泛关注。

许多研究人员已经开展了相关的研究工作，取得了众多的成果。

1. 生物质种类的影响研究表明，生物质的种类对生物质热解制炭与制气一体化产物的成分和产量有显著影响。

以木材为例，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物，是生物质热解制炭与制气一体化的理想原料。

而作物秸秆等非木材类生物质则含有较多的灰分和挥发分，需要在热解反应器中加入较多的惰性气体来保证其正常运行。

2. 热解温度的影响热解温度是影响生物质热解制炭与制气一体化产物与质量的关键因素。

多数研究表明，随着热解温度的升高，产品中炭的产量增加且质量提升，而生成的可燃气体的产量随之下降。

当热解温度达到一定范围时，炭和可燃气体的产量会趋于平衡。

3. 热解反应时间的影响热解反应时间是指生物质在热解反应器中的停留时间。

生物质碳化技术摘要针对生物质炭化技术相对滞后的现状，从生物质特性研究入手，在分析炭化机理的基上，重点评述了生物质炭化影响因素和工艺装置的研究进展。

指出原料、预处理方式和工艺参数是影响生物炭产量的3 个主要因素，并比照了窑炭化、固定床炭化的优缺点，为后续生物质炭化技术开展指明方向。

关键字生物质炭化机理影响因素炭化设备目录一，生物质特性 (1)二，生物质炭化技术特征 (1)三，生物质炭化机理 (1)四，影响炭化的因素 (2)五，我国生物质炭化设备开展现状 (3)六，生物质炭化存在的问题及建议 (4)七，参考文献 (4)一，生物质特性一切有生命的、可以生长的有机物质统称为生物质，包括植物、动物和微生物。

目前，关于动物和微生物的研究主要集中在生物化学领域，而热化学领域那么主要以植物为研究对象，故本文提到的生物质主要指植物。

对于植物型生物质来说，绿色植物通过光合作用把CO2和H2O转化为葡萄糖，进而通过脱水把葡萄糖缩合成淀粉，最终以纤维素、半纤维素、木质素等成分组成植物本身。

生物质是继煤、石油、天然气之后的第四大能源，具有清洁、可再生、分布广泛、二氧化碳“净零排放〞等优势，同时也存在能量密度低、运输本钱高、利用设备(技术)不完善等问题。

实际上，在生物质的利用过程中，首先要对其特性进展分析，才能更有针对性的设计后续处理工艺。

目前，工程上以元素分析和工业分析分别从定性和定量两个方面对生物质的性质进展衡量，根本上能够满足生物质在热化学转化过程中的分析需要。

总体来看，生物质原料含碳量较低、含氧量较高，灰分和固定碳较少、挥发分较多。

与煤相比，生物质的燃点、灰分、含硫量、热值更低，碳、氧、挥发分含量更高。

二，生物质炭化技术特征作为生物质热化学转化技术的一种，生物质炭化技术是指切碎或成型后的生物质原料，在绝氧或低氧环境下被加热升温引起分子局部解形成生物炭、生物油和不可冷凝气体产物的过程。

生物质炭化技术也称为生物质干馏技术，与气化、液化等生物质热化学转化技术相比，具有以下典型工艺特征：1〕加热速率慢，一般在30℃/min以下；2〕保温炭化时间长，一般从15min到几天不等；3〕热裂解温度较低，一般不超过550 ℃；４〕炭化环境要求绝氧或低氧，尽量减少氧化反应。

生物质炭化工艺一、引言生物质炭化是一种将生物质材料转化为炭质产物的工艺。

该工艺通过在高温下、缺氧或无氧条件下加热生物质，使其发生热解和气化反应，最终得到炭质产物。

生物质炭化工艺可以将生物质转化为炭质产物，具有多种应用领域的潜在价值。

二、生物质炭化工艺的原理生物质炭化工艺是通过对生物质材料进行热解和气化反应来实现的。

在炭化过程中，生物质材料首先经历干馏阶段，其中挥发性有机物被释放出来，形成木质素和焦油等物质。

随后，木质素会经历裂解和重组反应，生成炭质产物。

炭质产物具有高碳含量和良好的物理化学性质，可以作为能源、土壤改良剂和环境修复剂等多种用途。

三、生物质炭化工艺的步骤生物质炭化工艺通常包括以下几个步骤：预处理、炭化反应和后处理。

1. 预处理：预处理是为了提高生物质的可炭化性和产物质量。

预处理步骤可以包括研磨、干燥和筛分等。

这些步骤可以使生物质材料的颗粒大小均匀，减少水分含量，有助于提高炭化反应的效率和产物质量。

2. 炭化反应：炭化反应是生物质炭化工艺的核心步骤。

炭化反应通常在高温下进行，温度范围通常在300℃到800℃之间。

在炭化反应过程中，生物质材料会发生热解和气化反应，释放出挥发性有机物和气体。

挥发性有机物会裂解和重组，最终形成炭质产物。

3. 后处理：后处理是为了进一步提高炭质产物的品质。

后处理步骤可以包括炭质产物的冷却、粉碎和筛分等。

这些步骤可以使炭质产物的颗粒大小均匀，减少杂质含量，提高炭质产物的纯度和利用价值。

四、生物质炭化工艺的应用领域生物质炭化工艺具有广泛的应用领域。

1. 能源利用：生物质炭化产生的炭质产物可以作为固体燃料用于能源供应。

炭质产物具有高碳含量和低挥发性，可以用于发电、取暖和炉料等方面。

2. 土壤改良：生物质炭化产生的炭质产物可以用作土壤改良剂。

炭质产物具有良好的孔隙结构和吸附性能，可以提高土壤的保水能力和肥力，促进植物生长。

3. 环境修复：生物质炭化产生的炭质产物可以用于环境修复。

1引言根据国家部署，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，实施可再生能源替代行动，要实施重点行业领域减污降碳行动，加快推广应用减污降碳技术，完善能源“双控”制度。

煤炭在我国能源消耗中占据着主导地位，也是碳排放的主要来源，寻找一种性能类似的清洁能源，作为煤炭代替品，对实现碳达峰具有重要意义。

生物质资源是自然界中唯一的一种可再生碳资源，采用生物质热解炭化技术将生物质转化为生物炭（一种品质非常接近原煤的清洁燃料），可用于替代化石能源使用在各大行业中，本文将对该种技术进行探究。

2热解炭化过程生物质热解炭化过程是生物质在缺氧状态下，发生热化转化形成可燃气体、液态生物油以及固体炭3类产物的反应。

生物质在热解炭化前需要先经过破碎，形成粒径1~3cm 的颗粒状，通过进料装置连续送入炭化炉内，生物质在炭化炉内吸收热量，水分首先蒸发逸出，生物质内部结构几乎没变。

然后是挥发分炭化阶段，生物质继续吸收热量到200℃左右，有机质挥发分逐渐挥发，材料内部炭化反应开始，挥发分炭化产物气态可燃物在缺氧条件下，有少量发生燃烧，且这种燃烧为静态渗透式扩散燃烧，可逐层为物料提供热量持续炭化。

最后是全面炭化阶段，这个阶段温度在300耀550℃，物料在急剧热分解的同时产生木焦油、木醋液等液体产物和甲烷、乙烯等可燃气体，随着大部分挥发分的分离析出，最终剩下的固体产物就是由碳和灰分所组成的焦炭[1]。

3生物质热解炭化反应特点由于生物质的炭化程度决定了生物炭的产量和热值，而温度与时间又是决定生物质炭化程度的主要因素，所以想要得到尽可能多的高热值生物炭，则对于温度和炭化时间的控【作者简介】王坤（1989~），男，安徽宿州人，工程师，从事能源环保研究。

一种用于替代煤的生物质热解炭化技术The Invention Relates to a Biomass Pyrolysis CarbonizationTechnology Used for Replacing Coal王坤，杨玖林，仇学伟，纪贤瑞（中机第一设计研究院有限公司，合肥230601）WANG Kun,YANG Jiu-lin ,QIU Xue-wei ，JI Xian-rui（First Design and Research Institute MI China Co.Ltd.,Hefei 230601,China)【摘要】阐述热解炭化过程，分析生物质热解炭化反应的特点，从上料系统、原料预热系统、进料系统、供热系统、连续热解系统、出料系统6方面对热解炭化系统组成部分进行详细介绍，分析探讨生物质热解炭化技术目前存在的问题。