预处理技术在生物质热化学转化中的应用_刘华敏

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生物预处理技术在生物质能源生产中的应用

生物预处理技术在生物质能源生产中的应用在全球范围内，能源需求不断增长，而 fossils fuel 的消耗也日益凸显其不可持续性。

因此，生物质能源成为了新的研究热点。

生物质是指来源于生物体的各种有机物质，如植物的茎、叶、果实，农业废弃物和畜禽粪污等。

如何高效地利用生物质资源，成为了当前能源领域的一个重要议题。

生物预处理技术是生物质能源生产中的一个重要环节，可有效地提高生物质转化效率，降低生产成本。

本文将介绍生物预处理技术的基本原理以及在生物质能源生产中的应用。

一、生物预处理技术的基本原理生物预处理技术是指在生物质转化过程中，在转化前采取物理、化学或生物的手段，对生物质进行处理，以提高转化效率和产率的技术。

其中，生物预处理技术主要涉及到以下三种方式：1. 物理预处理技术物理预处理技术是指采用机械、热、电、辐射等外力对生物质进行预处理的技术。

例如，利用高温高压方法，可以使生物质中的纤维素、半纤维素等化合物裂解为单糖类物质，有利于后续微生物发酵转化。

在物理预处理中，利用机械打碎等的方式，可以增加生物质的比表面积，使生物质更易被微生物降解转化。

2. 化学预处理技术化学预处理技术是指通过酸、碱、氧化剂等化学手段改变生物质的物理性质和化学性质，以增加生物质的可降解性。

例如，采用硫酸和氧化钠等强酸碱处理生物质，可以在一定程度上分解生物质中的木质素和半纤维素，提高生物质的可降解性。

3. 生物预处理技术生物预处理技术是指使用特定微生物或其代谢产物对生物质进行处理，以提高生物质的可降解性。

例如，将混合微生物种类添加到生物质中进行发酵，可以分解生物质中的糖类化合物，提高生物质的可降解性。

在生物预处理中，利用微生物代谢产物的产生，可以增加生物质中的有机酸、糖类化合物等可降解物质的含量，促进生物质的转化。

二、生物预处理技术的应用生物质能源生产中，生物预处理技术是提高生物质转化效率和产率的关键环节。

下面将从生物质的种类、生物预处理技术的选择、预处理后产品分析等方面，介绍生物预处理技术在生物质能源生产中的应用。

生物质转化的技术和应用

生物质转化的技术和应用随着全球能源需求的不断增长，传统能源的不可持续性成为人们日渐关注的问题。

其中，生物质能源作为一种可再生、低碳、环保的能源，备受研究和发展。

生物质能源是指通过利用植物、动物等生物质转化为能源的过程。

其中，生物质转化技术是将生物质转化为有用产品的关键。

本文将介绍目前主要的生物质转化技术和应用。

一、生物质热化学转化技术生物质热化学转化技术是指利用高温和高压条件下，将生物质转化为液体或气体燃料的技术。

该技术是目前最成熟的生物质能源化利用方式。

1. 液化技术生物质的液化技术主要包括快速热解和流化床热解两种。

其中，快速热解是在高温和高压水蒸气氛围下，使生物质快速裂解成液态产品，包括木质素油、小分子芳香烃和碳酸氢钾等。

而流化床热解则是将生物质在氧化气氛下在流化床内进行高温裂解，获得液态燃料（如生物油）和气态产物（如合成气）。

2. 气化技术生物质的气化技术主要包括直接气化和间接气化两种。

其中，直接气化是将生物质在氧化气氛下在高温和高压下进行气化，产生合成气和焦油等；而间接气化则是在无氧条件下将生物质气化为焦炭和合成气。

二、生物质生物化学转化技术生物质生物化学转化技术是指通过微生物的代谢作用，利用生物质转化成有用的化合物，主要包括酶解和发酵两种。

1. 酶解技术生物质酶解技术是通过微生物的酶解作用将生物质转化为单糖、双糖等简单糖类，再通过后续的发酵过程获得生物质乙醇、生物质生物甲烷等有用产物。

其中，酶解技术主要有酸性酶解和碱性酶解两种。

2. 发酵技术生物质发酵技术是通过微生物的代谢作用将简单糖类或其他有机物质转化为产气、产液或产固体等生物质能源产品。

其中，生物质发酵技术主要包括乙醇发酵、生物质生物甲烷发酵等。

三、生物质催化转化技术生物质催化转化技术是一种比较新颖的生物质转化技术。

该技术是利用催化剂协同生物质分解，以获得高效率的生物质能源转化过程。

目前主要研究生物质催化转化技术的催化剂有贵金属、金属氧化物、酸性材料、纳米材料等。

生物质热化学转化过程中的反应机理分析

生物质热化学转化过程中的反应机理分析随着人们对环保意识的提高以及能源资源的日益枯竭，生物质能作为一种新型的可再生能源受到了越来越多的关注。

其中生物质热化学转化被广泛应用于生物质能的利用，并且在近几十年得到了快速发展。

在转化过程中，涉及到的化学反应机理对于提高生物质转化效率、降低排放量以及开发新型生物质能利用技术有着至关重要的作用。

因此，本文将从反应机理的角度进行探究。

一、生物质热化学转化的基本过程生物质热化学转化是指在高温或者高压条件下，生物质与其他化合物发生化学反应，从而得到燃料气体、液体或者固体燃料。

该过程可分为三个基本步骤：干馏、气化和燃烧。

在干馏阶段，生物质中的水分、木质素、半纤维素、纤维素等有机物在高温下分解产生其具有的化学物质。

其中，水分和木质素的分解温度在200℃左右，而半纤维素和纤维素的分解温度在300℃以上。

在气化阶段，生物质中的有机物与空气或者氧气进行化学反应，由此产生固体残渣、液体和气体。

气化反应的化学式可以用以下方程式表示：C6H10O5 + 3O2 → 6CO2 + 5H2O (1)C5H10O4 + 2O2 → 5CO + 4H2O (2)C6H10O5 → 3CO + 3H2 + 4CO2 + CH4 (3)在燃烧阶段，生物质中产生的气体进行燃烧反应，从而得到能量和反应产物，其中主要有CO2、H2O等。

二、实现生物质热化学转化的反应机理在生物质热化学转化过程中，化学反应的机理是十分复杂的，其反应机理涉及到多种化学过程，且不同种类生物质根据其成分和性质的不同，其化学反应机理也会有所区别。

下面将从有机物的裂解、中间产物的反应、氧化反应和还原反应四个角度逐一探究。

1、有机物的裂解在生物质的热解过程中，有机物质发生碳-碳键的断裂和氧与氢的解离反应，从而产生一系列的碳氢氧化合物。

这些有机物进一步分解或热解，会形成一些简单的化合物，比如甲烷(CH4)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)等。

生物质能源的热化学转化技术研究

生物质能源的热化学转化技术研究随着全球能源需求的增长和环境污染问题的愈加严重，人们开始寻找一种可再生且环保的替代能源。

生物质能源作为一种绿色环保的替代能源越来越受到关注。

生物质能源是指将生物质作为原料，通过一系列化学处理和转化工艺，将其转化为可利用的热能、电能或燃料等能源形式。

生物质能源的热化学转化技术是其中的一种重要技术，本文将对该技术进行深入探讨。

一、生物质热化学转化技术概述热化学转化是将生物质高温热解、气化或液化为可燃气体或液体燃料的过程。

生物质热化学转化技术主要包括热解、气化和液化三种方式。

1. 热解热解是指将生物质在高温下（400-700℃）无氧分解，生成固体炭以及易挥发的气体和液体燃料的过程。

一般用于热解生物质的反应器有旋转管炉、回转流化床等。

热解的产物中，固体炭可用于热能发电、制备活性炭等，而气体和液体燃料可用于工业、交通和家庭用途。

2. 气化气化是指将生物质在高温下（700-1000℃）在氧气或水蒸气的作用下分解成气态产物，主要由一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷等组成。

气化产物可以用于工业气体、合成液体燃料等。

气化的反应器有固定床气化炉、流化床气化炉等。

3. 液化液化是指将生物质在高温下（250-500℃）在催化剂作用下转化为液体燃料的过程。

液化产生的液体燃料可用于发电、车用燃料等。

液化的反应器主要有旋转管炉、流化床反应器等。

二、热化学转化技术的优点1. 生物质可持续利用与化石燃料相比，生物质能源是一种可再生的绿色能源，具有可持续利用的优势。

生物质资源广泛且可再生，通过生物质能源的开发利用，减少了对非可再生能源的依赖。

2. 减少环境污染生物质能源的利用过程中，大量的二氧化碳和其他有害气体可以通过植物的光合作用被吸收和转化，从而减少了大气中有害气体的排放，对于减少环境污染和改善生态环境有着积极的作用。

3. 能源安全生物质能源是一种分散的能源，可在本地区或生产城市实现供应，减少了对于中央供热和电力系统的依赖，从而提高了能源的安全性。

化学渗透预处理对蓝莓热风干燥特性及品质的影响

化学渗透预处理对蓝莓热风干燥特性及品质的影响张群;刘伟;李绮丽;丁胜华【摘要】为了解化学渗透预处理对热风干燥下蓝莓的干燥特性和品质的影响,以水为对照,将蓝莓鲜果在(45±0.5)℃2.5 g/100mL的K2CO3+0.6 g/100mL的橄榄油和5.0 g/100mL的K2CO3+0.6 g/100mL的橄榄油中进行渗透预处理,比较分析不同预处理结合热风干燥后蓝莓果干的水分含量、复水性、硬度、微观结构、色差、活性成分花色苷、总酚、DPPH自由基清除能力等指标的变化.结果表明:经过不同的渗透预处理后热风干燥到同样的含水量,脱水速率不同,5.0％ K2CO3渗透预处理组最高,其次为2.5％K2CO3渗透预处理组,对照组最慢,脱水时间分别为10、14和20h.K2CO3溶液化学渗透预处理组与对照组的热风干燥蓝莓果干样品的物理品质(褐变程度、色差、复水性、组织微观结构)差异显著(P＜0.05),K2CO3溶液化学渗透预处理提高蓝莓果干热风干燥的脱水速率,缩短热风干燥时间,维持蓝莓果干的物质品质.2.5％的K2CO3溶液和5.0％的K2CO3溶液化学渗透预处理后热风干燥的蓝莓果干样品物理品质差异不显著(P＞0.05),但在干燥时间和营养品质(总酚、花色苷、DPPH自由基清除率、可溶性总糖)的保留方面差异显著(P＜0.05).结论:采用5.0％ K2CO3渗透预处理结合热风干燥,可提高脱水速度,缩短干燥时间,维持物理和营养品质比较适宜.【期刊名称】《湖南农业科学》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】8页(P89-96)【关键词】化学渗透预处理;蓝莓;热风干燥;品质;超微结构【作者】张群;刘伟;李绮丽;丁胜华【作者单位】湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙410125;湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙410125;湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙410125;湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙410125【正文语种】中文【中图分类】TS255蓝莓原产和主产于美国，我国自1983年引种蓝莓以来，已在辽宁、山东、黑龙江、北京、江苏、浙江、四川和重庆等地大面积种植，资源十分丰富[1]。

超／亚临界水解技术在生物质转化中的应用研究进展

ｃｎｉｏｓｏｕｅｃｉｃｌｓｂｒｉａｔｒｗｒｕｏｄｔｎｆｓｐｒｒｔａ／ｕｃｉｃｌｉｉｔｗａｅｅｅｓｍｍａｚｄａｄｃｎｌｄｄＴｅｒｓａｃｒｇｅｓａｄｔｃｎｌｇｅｅｏｍｅｔｉｒｅｎｏｃｕｅ．ｈｅｅｒｈｐｏｒｓｎｅｈｏｏｄｖｌｐｎｙｏｕｅｃｉｃ／ｕｃｉｅｌｔｃｎｌｇｏｉｍａｓｙｒｌｓｓｗｅｅｓｍｍａｚｄａｄａａｙｅｆｓｐｒｒｔａｓｂｒｉａｅｈｏｏｙｆｒｂｏｓｈｄｏｙｉｉｌｔｒｕｉｒｅｎｎｌｚｄ．Ｓｃｎｌ，ｓｍｅｎｗｙｏｅｏｄｙｏｅｗａｓｆ
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预处理技术在生物质热化学转化中的应用_刘华敏

biomass 3. 1 Torrefaction and biomass gasification 3. 2 Pretreatment and biomass pyrolysis 3. 3 Pretreatment and biomass liquefaction 4 Conclusion and outlook
http： / / w w w ． progchem． ac． cn Progress in Chemistry，2014，26（ 1）： 203 ～ 213
Ｒeview
化学进展
Contents 1 Introduction 2 Main methods of biomass pretreatment 3 Pretreatment and thermo-chemical conversion
Applications of Pretreatment in Biomass Thermo-Chemical Conversion Technol Mingguo2 Liu Yulan1 （ 1． College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China； 2． Beijing Key Laboratory of Lignocellulosic Chemistry，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）
Abstract With the increasing consumption of fossil fuels and the grow ing concerns about climate change， biomass is draw ing increasing attention as a renew able energy source due to its advantages of renew al and abundance． Biomass can be converted into energy using bio-chemical and thermo-chemical processes，but the thermo-chemical conversion technology finds its dominance because of high efficient conversion to gas，liquid and solid products under thermal conditions． Biomass pretreatment can alter the physical features and chemical composition / structure of lignocellulosic materials． The pretreatment step has a significant influence on the quality and yield of products obtained from thermo-chemical conversion biomass． In this review ，w e discuss the applications of various pretreatment methods in the biomass thermo-chemical conversion，including torrefaction and gasification， pretreatment and biomass pyrolysis， pretreatment and biomass liquefaction． Torrefaction improves the hydrophobicity and grindability characteristics of biomass materials． Water or acid w ashing pretreatment can remove metal ions from biomass and the change in products distribution during the biomass pyrolysis is more obvious． Biomass pretreatment and liquefaction can increase the bio-oil yield and decrease the optimum reaction temperature compared to the untreated biomass liquefaction experiments． Key words pretreatment； gasification； pyrolysis； liquefaction

生物质资源的化学转化与能源利用

生物质资源的化学转化与能源利用随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，生物质资源的化学转化与能源利用成为了研究的热点。

生物质资源是指来自植物、动物和微生物的有机物质，包括木材、农作物秸秆、食品废弃物等。

通过化学转化，可以将生物质资源转化为各种高附加值的化学品和燃料，实现资源的高效利用和环境的可持续发展。

一、生物质资源的化学转化技术1. 生物质的预处理生物质资源通常需要经过预处理才能进行化学转化。

预处理的目的是破坏生物质的结构，提高其可溶性和反应性。

常用的预处理方法包括物理方法（如磨碎、粉碎）、化学方法（如酸碱处理）和生物方法（如微生物发酵）。

预处理可以有效提高生物质的转化率和产物的选择性。

2. 生物质的降解生物质的降解是将其转化为低分子化合物的过程。

常用的降解方法包括酶解、酸解、热解和微生物发酵。

酶解是利用酶将生物质分解为可溶性的糖类，酸解是利用酸将生物质分解为可溶性的有机酸，热解是利用高温将生物质分解为气体、液体和固体产物，微生物发酵是利用微生物将生物质转化为有机酸、醇和气体。

3. 生物质的转化生物质的转化是将其降解产物进一步转化为高附加值的化学品和燃料的过程。

常用的转化方法包括气相催化、液相催化和生物转化。

气相催化是利用催化剂将气体产物转化为液体燃料或化学品，液相催化是利用催化剂将液体产物转化为高附加值的化学品，生物转化是利用微生物将降解产物转化为有机酸、醇和生物燃料。

二、生物质资源的能源利用1. 生物质燃烧生物质燃烧是将生物质直接燃烧产生热能的过程。

生物质燃烧可以用于供暖、发电和工业生产等领域。

与化石燃料相比，生物质燃烧可以减少二氧化碳的排放，具有较低的碳排放和环境污染。

2. 生物质液体燃料生物质液体燃料是将生物质转化为液体燃料的过程。

常见的生物质液体燃料包括生物柴油和生物乙醇。

生物柴油是将生物质油脂经过酯化反应转化为柴油燃料，生物乙醇是将生物质糖类经过发酵和蒸馏转化为乙醇燃料。

生物质液体燃料可以替代传统的石油燃料，减少对化石能源的依赖。

生物质热化学转化研究与应用

生物质热化学转化研究与应用生物质热化学转化是指将生物质转化为其他化学物质的过程，其主要包括热解、气化、液化和焦化四种方式。

这些方式都有着重要的应用价值，可以为能源转化、化学品合成等领域提供可持续的生物质资源。

热解是将生物质加热至高温条件下分解成易于使用的物质的过程。

在这个过程中，生物质的碳水化合物会分解为有机气体和固体炭，而水分和灰分则会剩余在产物中。

这个过程可以用于生产炭黑和生物质炭等产品，同时还可以产生有机气体，如甲烷、氢气等，被应用于能源转换的领域。

气化是将生物质加热至较高温度，在缺氧下反应，产生有机气体和灰分的过程。

该过程中，生物质的碳水化合物会分解为一系列有机气体，包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气等。

这些气体可以被用于合成化学品、生产能源，例如，合成氨、甲醇和生产电力等。

液化是将生物质直接或间接转化为高能量密度的液态燃料，如生物燃料油、生物柴油等。

这个过程中，生物质会通过酸催化、生物催化或蒸汽重整等方式，将其分解为有机物，再通过加氢等方法进行改性处理。

焦化是将生物质加热至高温条件下，并且在缺氧状态下反应，产生固体碳、一氧化碳、二氧化碳和水等产物。

这个过程在生产炭黑和活性碳等领域有着广泛的应用。

可以看出生物质热化学转化在各个领域都有着重要的意义。

其中，热解和气化技术已经获得了广泛的应用，液化和焦化技术也在不断发展中。

特别是近年来，随着全球环保意识的提高和可持续发展要求的加强，生物质热化学转化技术越来越受到重视，其开发和应用具备较大的潜力。

在实际应用中，生物质热化学转化也存在诸多的挑战。

首先，不同原料的生物质成分复杂，其转化方式也存在差异。

因此，在实际转化过程中，需要根据生物质的组分和性质进行针对性的优化。

其次，生物质的热化学转化过程中还会产生一些副产物和废物，需要通过环保措施加以处理。

再次，生物质资源的获取和处理过程存在一定的成本和技术难点，如何在效益和可持续性之间平衡也需要大量的开发和研究。

化学工程中的生物质化学转化技术

化学工程中的生物质化学转化技术在当今社会，环保意识日益增强，对于可持续发展的技术也越来越得到关注。

生物质化学转化技术就是其中一种受到广泛关注的可持续技术。

生物质指的是来源于植物，动物，微生物等生物体的有机物，通过生物质化学转化技术，可以将生物质转化为高附加值的产品，如生物能源和生物基化学品。

化学工程中的生物质化学转化技术可以分为三个阶段：生物质预处理、生物质转化和产品分离纯化。

生物质的预处理是将原始的生物质转化为易于转化的前体物，以提高生物质转化的效率和产率。

常见的预处理方法包括机械碎碎，化学处理和生物处理。

机械碾磨是将原始生物质打碎成小颗粒，以增加表面积，方便化学反应进行。

化学处理包括对生物质的酸处理、碱处理和氧化处理。

生物处理则是通过使用微生物或其酶促基因，消除生物质中的抗性物质。

生物质转化是将预处理后的生物质转化为目标产物的过程。

转化可以通过生物学（如发酵），化学（如酸解、碱解和气相处理）和物理（如热解和微波加热）等方法进行。

其中最常见的是酸解，碱解和生产生物质基化学品的发酵。

酸解和碱解是将生物质极化学溶液中直接加入酸或碱，以将生物质中的化学键打断。

发酵则是在生物质中添加发酵菌，通过菌体代谢产生目标产物。

产品分离纯化是将转化后的产物从反应物和副产物中分离出来，并通过分离纯化手段获得高纯度产品。

常见的分离手段有蒸馏、萃取、结晶和浸渍等。

分离后，产品可以得到规模化生产并广泛应用于化工、能源和生物医药领域。

生物质化学转化技术不仅可以通过可持续发展的方法解决大规模能源需求，同时也可以为环境保护做出贡献。

与传统的石化方法相比，生物质化学转化方法减少了二氧化碳排放和化学废物排放。

并且，利用生物质化学转化技术生产出的生物基产品也比传统的化学产品更加环保和可持续。

总之，生物质化学转化技术已经成为现代工程领域中可持续性发展的关键措施。

这一技术可以用于生产多种化学品，并且在降低二氧化碳排放等方面具有重要意义。

生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述

第48卷第1期2014年1月生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程Biomass Chemical Engineering Vol.48No.1Jan.2014doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2014.01.008㊃综述评论生物质能源㊃生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述㊀㊀收稿日期:2013-01-01㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(50930006)㊀㊀作者简介:胡海涛(1993 ),男,吉林白山人,本科生,研究方向:生物质热解液化工作㊀∗通讯作者:王贤华,男,副教授,硕士生导师,主要从事生物质高质化利用研究;E-mail :wxhwhhy@㊂胡海涛,李允超,王贤华∗,张帅,杨海平,陈汉平(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘㊀要:总结了国内外各种生物质预处理技术及其对热解产物的影响的研究现状,分析了不同预处理方法的优势及存在的问题,指出微波干燥预处理是一种快捷的生物质干燥方式;脱灰预处理能加快生物质热解速率,并实现糖类组分的富集;而烘焙预处理则能提高生物油的热值㊂同时介绍了一些新型生物质预处理技术,如离子液体预处理可以减少裂解反应时间,使生物质油产率得到提升;而水热预处理则能使生物油中糖含量(主要是左旋葡聚糖)显著增加㊂并指出了今后的研究方向为:努力提高各种预处理方法的效率并降低预处理技术的成本;进一步改善现有预处理方法甚至发现新的预处理方法;通过学科交叉探索新的物理化学生物预处理技术;期望原料的预处理可以增加生物油中某些有特殊价值物质的含量或同时得到具有较高利用价值的气液固热解产物㊂关键词:生物质;热解;预处理;生物油中图分类号:TQ35;TQ519㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1673-5854(2014)01-0044-07A Review of Biomass Pretreatment Technologies and Their Influences on Pyrolysis ProductsHU Hai-tao,LI Yun-chao,WANG Xian-hua,ZHANG Shuai,YANG Hai-ping,CHEN Han-ping (State Key Laboratory of Coal Combustion,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract :In this study,the research status of various biomass pretreatment technologies at home and abroad,and their effects on pyrolysis products were reviewed.The advantages and drawbacks of various pretreatment methods were summarized.It was found that microwave drying pretreatment could be an efficient way for drying biomass.The de-ash pretreatment could increase the reaction rate of biomass pyrolysis,and also enrich the carbohydrate content in bio-oils.The torrefaction pretreatment could increase the heating value of bio-oils.In addition,some other new pretreatment technologies for biomass were also reviewed,for example,the ionic liquid pretreatment could reduce the cracking time during pyrolysis,thus enhance the yield of bio-oils.The hydrothermal pretreatment could increase the sugar content (mainly levoglucosan)in bio-oils.Key words :biomass;pyrolysis;pretreatment;bio-oil 化石能源短缺的现状及化石燃料使用所带来的环境问题使开发环境友好的可再生能源成为当前能源领域的热点之一㊂生物质因其储量丰富㊁廉价易得㊁可再生㊁环境友好的优点成为理想的可再生能源㊂近年来热解技术的迅速发展使其成为生物质利用技术中较为高效和成熟的技术之一[1]㊂热解可将生物质转化为气液固三态产物,每种产物均具有较高的利用价值,根据反应温度和加热速率的不同,生物质热解分为慢速热解㊁快速热解和闪速热解[2]㊂慢速热解是生物质以0.1~1ħ/s 的较低速率升温到300~700ħ,并且热解产物停留10min 以上的热解,主要用于最大限度增加炭的产量;快速热解是在400~600ħ的中等温度㊁几百至1000ħ/s 的升温速度㊁小于1s 的气相停留时间的条件下进行的,主要用于获取液体产物;而闪速热解的升温速率大于1000ħ/s,热解产物停留时间小于0.5s,主要用来增第1期胡海涛,等:生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述45㊀加生物油的产量㊂然而,无论是采用慢速热解还是快速㊁闪速热解,限于生物质原料特性,如组分复杂㊁含水量高㊁含氧量高㊁能量密度低和不稳定等缺点,导致热解产物特别是液体产物热值低㊁黏度高㊁含水量高㊁酸性强㊁易挥发和稳定性差,不利于其利用㊂预处理是生物质热解前的加工环节,会对生物质的特性(包括颗粒度㊁水分㊁挥发分和灰分等)产生影响,从而改变生物质热解过程及其产物的分布与性质(如较细的颗粒度和较低的灰分含量有利于提高生物油的产率,水分和挥发分含量降低有利于提高生物油的品质),预处理也是有效控制热解产物特性的方法之一㊂探索适合㊁有效,特别是能够改变生物质内在结构㊁提高热解效率及提高热解产物品质和产量的预处理技术具有重要意义㊂为此,笔者对相关预处理技术的研究现状进行了综述,对其中有效的预处理技术进行了总结,并提出了建议㊂1㊀生物质热解的预处理技术目前,基于热解利用的生物质预处理技术主要分为物理法㊁化学法㊁物理-化学法和生物法4大类㊂1.1㊀物理法物理法是指不破坏生物质化学结构的一种预处理方法,主要包括粉碎预处理和干燥预处理技术㊂适合的物理法可以有效改善生物质特性,提高生物质热解效率以及提升生物油的品质㊂1.1.1㊀粉碎预处理㊀固体物质在外力作用下碎裂的过程叫做粉碎㊂其中,大块物料碎裂成粒度为1~ 5mm的小块称为破碎;小块物料碎裂成粒度小于1mm的细粉称为粉磨㊂这一过程可在粉碎机上完成㊂粉碎技术能够使生物质表面积增大,颗粒度减小[3]㊂刘运权等[4]发现生物质颗粒的大小对热解具有较大的影响,颗粒减小的同时生物油产率一般随之增加㊂从物质和能量传递的角度分析,这是因为较小的生物质颗粒有利于加热介质与生物质间的传热,加快生物质分解速度,且挥发分快速离开热解反应区,使一次裂解在二次裂解发生之前反应完全,从而提高生物油产率㊂从反应温度的角度分析,生物质粒径过大会使升温时间增加,从而在较低温度下发生热解反应以及二次裂解,增加炭和不冷凝气体的产率,减少生物油的产率㊂Wan Isahak等[5]的研究得出了类似的结论,但他同时指出,过细的颗粒度会带来预处理成本的增加,而且粒径过细会发生热解不完全现象,热解产物也不宜分离㊂由此可见,粉碎是热解前必备的工序,适宜的颗粒度有利于提高生物油产率㊂值得注意的是,生物质最佳的粒度没有统一标准,主要由生物质种类和热解所用装置决定㊂例如纤维素组分高的生物质原料,颗粒粒径的要求可以适当放宽㊂1.1.2㊀干燥预处理㊀一般生物质原料中水分含量较高,若直接热解将会降低生物油的热值及品质,不利于生物油的应用,从能量利用的角度也是不利的,水分的蒸发阻碍了热解反应的发生,降低传热速率,且水分先蒸发后冷凝,产生能量损失,因此原料的干燥是不可缺少的步骤㊂干燥技术包括自然干燥㊁热风干燥和微波干燥㊂其中自然干燥不需要专门的设备,但效率最低,难以控制原料的含水量,故一般只将其作为预处理的第一个步骤㊂热风干燥是热量由外向内传递从而让水分气化蒸发,但该方式缺点是加热时间较长㊁效率较低㊂陈登宇等[6]采用热风干燥稻壳,发现处理后稻壳的组分及化学结构无明显变化,但表面结构却发生改变,内表面不再光滑致密而呈破碎状,出现大量空洞和裂纹,这有利于传热以及挥发分的析出㊂微波干燥是使原料置于微波电磁场进行无温度梯度的加热,具有均匀㊁快速和节能的显著优势[7]㊂王贤华等[7]研究表明微波干燥的速率快于热风干燥速率5倍以上,有利于纤维素和半纤维素的热解;同时,微波干燥后原料内部的孔隙结构得到改善,这有利于挥发分的析出,缩短停留时间,抑制生物油蒸汽的二次裂解反应,从而提高生物油产量,而一次热解产物含量的增加也有利于提高生物油的品质㊂由此可见,微波干燥相对另两种干燥技术,更有利于提高干燥的效率以及提升生物油产率和品质㊂考虑到微波干燥成本较高,因此可以与成本较低的热风干燥结合,实现生物质的快速高效干燥㊂需要指出的是,完全干燥也没有必要,适当的水含量对热解是有利的,能够提高液体产率和品质等㊂1.2㊀化学法化学法预处理是指采用化学试剂预处理生物质,它同样可以改善生物质特性,如脱灰和添加金属盐46㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第48卷预处理技术能够改变生物质中金属元素的组成含量等㊂化学法预处理可以对生物质热解速率以及三态产物分布产生影响,主要包括脱灰预处理㊁添加金属盐预处理㊁有机溶剂预处理和离子液体预处理㊂1.2.1㊀脱灰预处理技术㊀生物质主要由纤维素㊁半纤维素㊁木质素以及少量的灰分组成㊂其中灰分中含有少量的金属元素,如Ca㊁Al㊁Na㊁Fe和K等,它们直接影响生物质热解㊂研究表明,金属盐含量越多,生物油产率越低,且生物油中易挥发成分也越多,产生的酸也多,而酸的存在不利于生物油的稳定性,从而降低生物油品质㊂因此,为了提高生物油的产率及品质,可以采用脱灰预处理㊂脱除灰分通常采用的方法为洗涤,包括水洗和酸洗两种方法㊂一般认为,水洗不会对生物质的组分产生显著影响,对灰分的剔除效果一般;而稀酸洗涤则可将生物质中的灰分清除的较为彻底,但同时也可能对生物质的组分产生一些结构上的影响,影响程度主要与酸的种类有关[8]㊂杨昌炎等[8]通过实验证明了水洗㊁硝酸酸洗对生物质结构没有大的影响,但酸洗脱除金属离子程度要高于水洗㊂其中硝酸酸洗能脱除78%的Ca盐,并完全脱除K盐,但水洗只能脱除K盐㊂辛芬[9]的研究得出了与杨昌炎相似的结论㊂此外,钾钙两种盐分的脱除有利于左旋葡聚糖等较大分子产物的生成,从而增加生物油中某些具有特殊价值的物质的含量㊂Stephanidis等[10]也发现酸洗有利于提升糖(特别是左旋葡聚糖)产量,同时生物油中的羧酸,酮类以及酚类含量下降㊂谭洪等[11]进行了不同酸预处理对热裂解影响的实验研究,结果表明酸洗明显降低了生物质中的金属离子含量,同时热裂解后气体和焦炭产量降低,而焦油产量升高㊂其中盐酸对热裂解产物分布影响最强㊂姬登祥等[12]使用去离子水和质量分数分别为3%㊁7%和10%的盐酸㊁硫酸和磷酸溶液对稻秆进行水洗和酸洗处理㊂结果是水洗和酸洗对脱除金属K盐效果较明显;盐酸和磷酸溶液的浓度对稻秆热裂解特性的影响不显著;但硫酸溶液浓度提高,TG曲线和DTG曲线变化显著,且酸洗有利于挥发分的析出㊂原因可能是稻秆孔道被清洗干净,使挥发分析出更通畅㊂陈东雨等[13-14]对酸预处理甜高粱茎秆残渣的热解以及酸预处理棉花秆的热解研究也表明盐酸酸洗有利于挥发分的析出㊂丁同利等[15]将经过脱灰预处理的麦秸在440ħ下热解发现得到的生物油产量提高,且油中C含量增加O含量减少,生物油品质得到提升㊂Wang等[16]对松木原料进行稀酸预处理,结果表明预处理会对油产量及其组分产生影响,特别是1%的H2SO4的处理得到的油产量及品质(高pH值㊁高热值和低含水量)是最好的㊂以上研究人员的结论表明脱灰预处理能除去部分金属离子,有利于挥发分的析出,提高生物油的产率并得到含酸量低㊁含氧量低㊁含灰量低和含糖量高的高品质生物油,但脱灰技术增加了预处理的成本,需要综合考虑㊂1.2.2㊀添加金属盐预处理技术㊀对于添加金属盐预处理,许多研究表明金属盐对生物质热解反应具有催化作用,并且热解转化率随着金属盐浓度的增加而增加[9,17]㊂武宏香等[18]的实验结果显示,碱金属能促进纤维素在较低温度分解,但会降低反应速率并增加固体产物产率,同时导致气体产物中CO和C2 (C2H4㊁C2H6及C2H2)体积分数降低㊁CO2和CH4含量提高㊂这与谭洪等[19]得出的钾离子明显促进了热解气体产物中CO2的生成同时抑制了CO的生成的结论是一致的㊂谭洪等还发现钾离子能够降低生物油的产量而得到更多的焦炭和气体产物㊂钙离子催化焦炭生成的作用比钾离子更好,而镁离子作用最不明显㊂杨昌炎等[7]通过预处理玉米秸秆发现K和Ca在热解中起到的催化作用能促使秸秆热解向小分子(如羟基乙醛,CO2和酸类等)的产物转化㊂王震亚等[20]将K2CO3与白松木屑以干法混合和湿法混合两种不同的方式进行混合,结果表明两种方法都会使白松裂解气体的产率上升且各组成气体的释放温度前移,同时液体产率下降㊂对比后发现干混的催化效果好于湿法㊂王贤华等[21]通过实验也发现适量的K2CO3有利于生物质的热解,并使其热解温度降低㊂辛芬[9]的研究同样显示:大量金属盐可以提高焦炭产量㊂K2CO3对热解特性影响明显,使生物质的最大热解速率明显减小㊂牛艳青等[22]通过对金属元素(Al/Fe/Na/K/Zn/Ca)催化木屑的快速热解得出结论:加金属元素使生物质的热解速率降低,热解反应速率大小依次为:不加添加剂>Al2O3>Fe2O3>ZnO>KCl>CaO>NaCl㊂此外,通过FTIR 分析还发现含金属元素添加剂的加入能够抑制CO的产量,抑制能力依次为Fe2O3>ZnO>NaCl>CaO >KCl>Al2O3;Al2O3/Fe2O3/ZnO的添加可以缩短CH4和CO的析出时间㊂以上研究结论总结起来,金属盐预处理起到的作用与脱灰预处理正好相反,它虽然会使反应速率下降,降低生物油产量,但作为催第1期胡海涛,等:生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述47㊀化剂,能对热解反应产生催化效应,且使热解温度降低㊂此外,如果想要通过热解得到更多的焦炭和气体等目标产物,可以在预处理成本允许的情况下采用添加金属盐预处理技术㊂1.2.3㊀有机溶剂预处理㊀在一些文献中,报道了研究人员利用有机溶剂(如乙酸铵㊁丙酮和乙醇等)处理生物质并在一定程度上改变了其特性㊂Saddawi等[23]用有机溶剂乙酸铵处理生物质,发现生物质中碳氢含量没有很大变化,而氮含量有所增加,灰分含量降低(脱除有机盐分),因此乙酸铵预处理效果类似于脱灰预处理㊂Carrier等[24]提到有机溶剂乙醇和丙酮能够改变纤维素纤维的排列方向,能够提高热解产物的产率㊂他在实验中发现乙醇和丙酮预处理更倾向于减少有机抽取物而不改变生物质木质素的分布,因此DTG曲线与未处理的生物质大致相同,但预处理后生物质灰分含量较低,且热解开始的温度比用酸预处理的更高㊂对于更多种类的有机溶剂作用于生物质热解过程还有待于进一步研究㊂1.2.4㊀离子液体预处理㊀离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的盐类化合物,在室温或稍高于室温的条件下呈液态㊂离子液体也被称为室温离子液体㊁室温熔融盐㊁有机离子液体等㊂一般的离子化合物只有在高温情况下才是液体状态,因此,离子液体呈液态温度范围广,有较好的化学和热稳定性,在有机合成等方面有着广泛的应用[25]㊂其中离子液体在生物质热解上的应用也得到了一定研究㊂通常,生物质很难溶于水及一般溶剂,但纤维素却能很好溶解于某些离子液体中,从而适用于纤维素热解的反应中㊂Zhang等[26]研究表明,纤维素无需其他预处理便可以溶解在离子液体[AMIM]Cl中,同时[AMIM]Cl耐热性强,利于回收㊂罗慧谋等[27]发现离子液体[HeMIM]Cl是纤维素的优良溶剂, 70ħ时纤维素溶解能力为5%~7%㊂柯改利[25]指出阴离子为强氢键受体如(Cl-)的离子液体,可以溶解纤维素的原因是Cl-与纤维素分子支链上的羟基可以形成新的氢键,使纤维素分子内及分子间的氢键破坏,从而降低纤维素的结晶度㊂柯改利[25]利用离子液体对生物质结晶度降低的特性,能够使生物质快速裂解,从而节约热解反应时间㊂他还提到离子液体预处理生物质所得到生物油的产率也要高于大部分化学方法处理后所得生物质油产率㊂离子液体预处理的另一个优点是简化生物质资源利用过程中化学成分的分析㊂离子液体作用于生物质裂解的机理性研究还鲜有报道,具有一定的研究价值,但离子液体的合成与制备成本较高,且离子液体在反应过程中会发生热解损耗,每次试验后只有61%左右得到回收利用[25],因此这种预处理方式暂时难以推广㊂1.3㊀物理-化学法物理-化学法是在高温条件下发生复杂物理化学反应的预处理技术㊂主要包括蒸汽爆破预处理㊁烘焙预处理和水热预处理㊂1.3.1㊀蒸汽爆破预处理㊀蒸汽爆破预处理技术是在高温(180~240ħ)㊁高压蒸汽作用下通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化,这一过程可由蒸汽爆破设备完成[28]㊂任天宝等[29]采用热重分析法对蒸汽爆破预处理玉米秸秆进行了分析研究㊂结果经预处理过的玉米秸秆与原样在同样加热速率条件下相比,最大热分解速率提高34.57%,指前因子提高8%~10%,活化能降低24.13%~32.56%㊂杨昌炎等[30]通过汽爆和发酵分级处理麦秸并热解后发现,产物中热解干气减少,热解液体相应增加且其中酸含量减少㊂这有利于进一步研究开发酸含量低的高品质生物油㊂Biswas等[28]以柳树木屑为原材料进行爆破预处理,结果发现原料中灰分和碱金属含量下降㊂同时碳含量增加氧含量下降因而提升了热值㊂Xu等[31]观察到蒸汽爆破预处理羊毛纤维残渣有利于热解后焦炭产量的增加,原因可能是预处理过程去除掉了生物质中一些松散的成分㊂由以上研究可以发现蒸汽爆破作为一种有前景的预处理技术,它能够提高热解速率,减少原料中的灰分及氧含量,从而提高热值,并能通过热解获得更高产量的焦炭以及低酸性的高品质生物油㊂1.3.2㊀烘焙预处理㊀烘焙又称为低温热解,是一种常压和无氧的情况下,在200~300ħ内慢速热解的过程㊂烘焙可以脱掉生物质中的水分及部分挥发分,提高其能量密度和可磨性,从而改善生物质特性㊂朱波等[32]通过对稻秆和棉秆烘焙预处理研究发现烘焙后生物质碳含量明显提高,水分及氧含量降低,能量密度提高,生物质可磨性提高,便于运输并有利于进一步的热解液化㊂王贵军等[33]同样选用稻秆和棉秆作为材料,烘焙制得的生物质半焦也具有相似的性质:能量密度显著提高,可磨性得到改善并且48㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第48卷具有了疏水性,从而便于储存运输和降低制粉能耗,是促进生物质大规模利用的有效方法㊂他推荐烘焙预处理条件为250ħ㊁30min㊂陈青等[34]通过实验发现,烘焙过程可在一定程度上破坏生物质中的木质纤维结构,烘焙得到的固体产物氧碳比降低并具有多孔结构㊂邓剑等[35]通过对稻秆的烘焙发现稻秆烘焙产物以固体焦和不凝结气体为主,还有少量水分和焦油㊂在最佳条件下预处理的固体产物质量产率为36%~60%,能量产率为40%~60%㊂施勇等[36]研究了烘焙预处理对秸秆类生物质产物和气体浓度分布的影响,结果表明:随着烘焙温度的提升,挥发分含量升高,热解焦含量减低㊂热解气体产物中主要成分为CO和CO2,较少的CH4和微量的H2,且焦量和气体的浓度分布不仅与热解温度有关,还与生物质种类的组成相关㊂王贵军等[37]进行的棉花秆和小麦秆N2氛围下的低温热解试验得出了基本相同的结论㊂赵辉等[38]的实验表明:生物质的能量产率随着烘焙温度的提高而降低,其中中温烘焙能获得较好的固体和能量产率,此外烘焙可降低制粉电耗并使其易磨,从而提供了一个将生物质的粒径减小和大规模利用的良好解决途径㊂Medic等[39]对玉米不同部位(包括玉米秸㊁玉米茎㊁茎髓㊁茎壳和穗轴壳)烘焙时在不同气体逗留时间及颗粒大小密度下产量的变化进行了研究㊂结果表明:在280ħ下烘焙的茎髓和250ħ下烘焙的茎壳分别有最高(44%)和最低(13%)的干物质损失㊂在250ħ下烘焙的茎髓有最低的能量密度(18~18.5MJ/kg),而在280ħ下烘焙的茎壳有最高的能量密度(21.5MJ/kg)㊂在280ħ下的茎髓能量输出最低(59%),在250ħ下处理的穗轴壳和茎壳能量输出最高(85%)㊂Van der Stelt等[40]也得到了和其他研究人员基本相同的结论:烘焙处理有利于去除生物质氧含量而获得更高能量密度的燃料㊂而不同的反应条件和生物原料会得到不同的固液气产物㊂Meng等[41]研究烘焙后的木材发现,烘焙有利于改善油品的氧碳比,油的组分与未经烘焙制得的相比有变化,并且水含量降低,但代价是生物油产量降低㊂他得出结论烘焙预处理是一种可能改善生物油品质的方法㊂通过综述可以发现,研究人员对不同生物质烘焙后三态的组成成分已基本了解,同时烘焙后固体产物水分和含氧量降低,碳含量增加,可磨性提高,能量密度提高,且烘焙后制得的生物油氧碳比下降,水分含量降低,因此烘焙有利于进行包括加氢裂解等进一步提升油品的操作㊂然而烘焙后生物质原料依然存在含有大量碱金属的问题,从而可能腐蚀反应设备㊂因此可以从烘焙与其他预处理技术相结合入手做进一步的研究,目的是进一步提升生物燃料的特性,以利于生物质的热裂解㊂如Saddawi等[23]通过洗涤预处理降低了生物质的碱金属和氯化物含量,使烘焙后的燃料性质得到改善,但预处理技术的结合会带来成本的增加,因此需要综合考虑㊂1.3.3㊀水热预处理㊀水热预处理可以定义为在高温高压的水中进行的反应,通常压力为2~50MPa,温度为150~600ħ㊂根据反应物和反应温度等不同又可细分:由水的临界温度分,可将低于水的临界温度的反应称为亚临界水热反应,高于水的临界温度的反应称作超临界水热反应;当反应物中有氧时,可将其称为水热氧化反应,其中低于超临界温度的为亚临界水热氧化反应,一般也被称为湿式氧化反应,反之则为超临界水热氧化反应[42]㊂水热处理可以使大量半纤维素和部分木质素溶解,通过除去这些物理和化学屏蔽可以使生物质形成开放的结构㊂这种改进生物质结构和化学成分的预处理技术除了广泛应用在生物乙醇的制备上,同样可以对热解的产物产生影响[10]㊂Stephanidis等[10]对水热预处理生物质后热解得到的产物产量及生物油组分进行了研究,结果表明,水热处理的生物质与未经预处理和催化的生物质相比,快速热解后得到的生物油中糖含量(主要是左旋葡聚糖)显著增加,羧酸㊁酮类以及酚类化合物的浓度有所下降㊂微藻作为一种有潜力的生物质能源,可以转化成高热量的热解生物油,但由于生物油中含氮量高使它很难直接用作燃料㊂Du等[43]通过水热预处理微藻,无需添加过多能量即可除去微藻中的蛋白质,从而降低生物油中的氮含量㊂此外,与未处理的微藻相比,样品有更高的碳含量,灰分和热值㊂因此,水热预处理技术是微藻转化为高品质油的重要手段㊂总的来说,水热法作为一种在生化法处理生物质中常用的技术手段,在热化学法上的应用和研究还很少,依然存在较多空白㊂要注意的是水热作为一种热解手段㊁如果仅成为一种预处理方式,成本会有所增加,因此经济性需要得到更多的考虑㊂。

木质纤维生物质烘焙预处理研究进展

木质纤维生物质烘焙预处理研究进展
崔华敏;李明飞
【期刊名称】《应用化工》
【年(卷),期】2024(53)5
【摘要】综述了烘焙过程的反应机制和烘焙动力学,分析了烘焙温度、停留时间、升温速率、烘焙气氛等因素对生物质理化特性的影响,探讨了烘焙对生物质后续热解、燃烧、气化的影响。

烘焙温度是烘焙过程最主要的影响因素,不同烘焙气氛可以改变烘焙产物分布。

烘焙气氛除惰性氮气外,其他气氛如O_(2)、CO_(2)、烟气和NH_(3)等也被应用。

烘焙动力学研究有利于揭示烘焙生物质的热降解行为。

将烘焙与热解、气化、燃烧等工艺相结合可以获得高品质的生物油和富含氢气的合成气,提高生物质能源的利用效率。

对木质纤维生物质烘焙预处理技术从烘焙气氛、集成优化和规模化等方面进行了展望。

【总页数】5页(P1195-1198)
【作者】崔华敏;李明飞
【作者单位】北京林业大学林木生物质化学北京市重点实验室;北京林业大学林业生物质材料与能源教育部工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ35;TK6
【相关文献】
1.深度共熔溶剂预处理木质纤维素生物质研究进展
2.基于低共熔溶剂预处理的木质纤维素生物质精炼研究进展
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5.基于熔盐水合物预处理的木质纤维生物质精炼研究进展
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预处理方法在生物燃料生成中的应用

预处理方法在生物燃料生成中的应用生物燃料作为一种可再生能源，具有广阔的应用前景。

其中，生物质燃料是一种重要的生物燃料类型，能够通过生物质的气化、液化和固化等多种途径来获取。

在生物质燃料的制备过程中，为了提高燃料品质和燃烧效率，预处理方法在其中起到了关键作用。

本文将探讨预处理方法在生物燃料生成中的应用。

一、预处理方法的定义及分类预处理方法是指在生物质物料进入热能利用过程前，对其进行可控的、刻意的去除、分离、改造或补充某项成分的加工程序。

预处理方法的目的是为了提高生物燃料的比能量、热值，同时减少热化学反应过程中的不利影响。

预处理方法的分类主要包括物理预处理、化学预处理和生物预处理。

物理预处理是一种基于力学、传质、传热原理的物理处理方法。

其中，最常见的物理预处理方法是碾磨、筛选和干燥等。

化学预处理是运用化学原理对生物质进行化学改造的方法，例如酸碱处理、水解和氧化等。

生物预处理是利用生物学原理对生物质进行加工的方法。

常见的生物预处理方法包括微生物处理、发酵和菌株改造等。

二、预处理方法在生物质燃料中的应用在生物质燃料的制备过程中，预处理方法的应用可以提高燃料品质和燃烧效率，同时减少生产成本。

以下是一些常见的预处理方法在生物质燃料中的应用。

1. 物理预处理碾磨和筛选是常见的物理预处理方法。

粗糙的生物质颗粒会使火焰不稳定，导致燃烧效率低下。

碾磨可以将生物质颗粒磨成适宜的大小，同时减少生物质颗粒中的灰分含量。

筛选可以去除生物质颗粒中的杂质，提高生物质颗粒的纯度，从而减少燃烧时的残留物和不完全燃烧的问题。

2. 化学预处理酸碱处理是其中一种常见的化学预处理方法。

对于木质素丰富的木质生物质，酸碱处理可以分解里面的木质素和半纤维素等复杂的碳水化合物，降低生物质中的纤维素含量，从而提高生物质的易燃性和可热解性。

此外，酸碱处理还可以减少生物质颗粒中的灰分含量，改善燃烧时的排放问题。

3. 生物预处理微生物处理是其中一种常见的生物预处理方法。

前处理技术在生物质能源生产中的应用

前处理技术在生物质能源生产中的应用随着环境保护意识的兴起和能源紧缺问题的日益严重，生物质能源作为可再生能源之一，得到了越来越广泛的应用和关注。

而在生物质能源生产过程中，前处理技术的应用则成为了一个重要的环节。

什么是前处理技术呢？简单来说，前处理技术指的是通过一系列物理、化学和生物学方法对原始物料进行处理，以使其更容易被生物转化为能源。

对于生物质能源生产来说，该技术的应用可以有效提高反应速率、降低生产成本和减少废弃物排放。

首先，前处理技术在生物质制备生物燃料方面的应用非常广泛。

生物燃料是指利用生物质资源制备的燃料，一般分为固体燃料（如木材颗粒）、液体燃料（如生物柴油）和气体燃料（如沼气）。

其中，生物质颗粒制备是一种较为普遍的方式，而前处理技术能够在颗粒制备过程中对原始物料的粉碎、干燥、造粒等进行处理，使其颗粒形态更加均匀、稳定，从而提高生产效率和提高燃烧效果。

其次，前处理技术在生物质发酵生产生物气方面也具有独特的优势。

发酵是一种利用生物体内的酶将有机物质转化为能量的过程，可以用来产生生物气，即一种富含甲烷的气体。

然而，原始生物质中往往含有大量的难以被生物转化的物质，如木质素和半纤维素等，如果直接进行发酵处理，将会导致反应速率缓慢和发酵效果差。

而通过前处理技术的处理，可以将这些难以被生物分解的物质分解成较小的分子，使得生物更容易利用，从而提高反应速率。

还有，在生物质能源的利用方面，前处理技术也具有很大的潜力。

例如，利用纤维素酶将生物质中的纤维素酶分解为葡萄糖，而葡萄糖可以被生物转化为酒精、醋酸以及其他有机物质，从而为人类提供生物燃料和其他生物制品。

而前处理技术的应用则可以提高酶的产量，使得纤维素转化更加高效。

但是，前处理技术也存在一定的缺点和挑战。

首先，前处理技术一般都需要耗费一定的能源和资源，在规模化生产中可能会增加生产成本。

此外，前处理技术也需要针对不同来源的生物质进行不同的处理，增加了技术实施的难度。

预处理技术在生物质热裂解中的应用

预处理技术在生物质热裂解中的应用孙蒙蒙; 徐伟涛; 崔彤彤; 李浩源; 李琪【期刊名称】《《林产工业》》【年(卷),期】2019(046)002【总页数】6页(P33-38)【关键词】生物质; 预处理; 热裂解【作者】孙蒙蒙; 徐伟涛; 崔彤彤; 李浩源; 李琪【作者单位】山东农业大学林学院泰安 271018; 国家林业和草原局林产工业规划设计院北京 100010【正文语种】中文【中图分类】S216随着世界经济的快速发展，人们对石油、煤炭等化石燃料的需求日益增大，这使得化石资源的储存量逐年减少。

化石燃料的消耗也带来了严重的环境污染问题，如雾霾天气、温室效应和酸雨等。

因此，开发利用一种环境友好的可再生能源迫在眉睫。

生物质能源在本质上直接或间接地来源于植物的光合作用，是世界第四大能量资源，具有来源广泛、储量丰富、无污染、可生物降解等众多优点[1-2]。

生物质能源可以通过热化学降解转化为高性能的液体或气体燃料，并从中提取多种高附加值化学品。

由此可见，生物质能源将成为一种很重要的新型能源[3]。

生物质在生长过程中需要吸收各种无机元素维持生命，使得生物质中灰分的含量较高。

生物质热裂解过程中，这些无机元素会造成积灰、结渣等反应器运行问题，同时灰分对后续产物加工利用会造成不利影响，大大限制了生物质能源的高效利用。

此外，生物质资源虽然总量巨大，但普遍具有含氧量高、能量密度低及不易储存和运输等缺点。

因此，必需通过生物质预处理改变其复杂物理结构和化学成分，以便提高生物质热裂解制备目标产物的品质。

合理的生物质预处理可改良生物质的一些物理化学性质，包括颗粒度、水分、灰分和挥发分等，从而改变生物质热裂解产物的性质，如生物油的稳定性、热值和黏度等[4-7]。

目前常用的生物质预处理方法主要有物理法预处理、化学预处理法及生物预处理法等。

笔者主要综述了目前已有的生物质预处理技术，对比探讨了不同的预处理技术对热裂解过程和产物的影响及其优缺点，展望了生物质热裂解预处理技术的发展趋势。

原位在线分析技术在生物热解质中的应用课件

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锯末在T=800℃、频率=11Hz时热解油的红外光谱图
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实例裂解-气相色谱质谱分析技术
（PY-GC/MS）
PY-GC/MS技术进行生物质裂解研究时，样品用量少，预处理简单，一般不需制样，可直接进样分析，而且全部在瞬间均匀进行裂解，能够反映原始样品的组成及特征，分析速度快。
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10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00
锯末在T=700原℃位在、线分频析技率术在=生物1热1解H质z中时的应热用解油的GC/MS
2.差示扫描量热法（DSC）
在程序升温控制下，测量待测物与参比物功率差的一种技术，然后将电信号转化热量信号输出。
相关的原位在线分析技术
1.气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）气相色谱-质谱联用时，气相色谱仪是质谱法的理想分离器，质谱仪是气相色谱法的理想检测器。
原理：气相色谱首先对挥发性物质进行分离，定量；
质谱法在通过测定离子质量和强度来进行成分分析和结构分析。特点：
气相色谱法原位分在线离分析技效术在能生物高热解质，中的定应用量准确；质谱法
➢ 优点：高灵敏度、高精确度、重复性好、自动化程度高。
根据测量方法，可分为功率补偿差示扫描
量热法
原位在线分析技术在生物热解质中的应用
3.红外光谱分析
利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。
❖当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态跃迁到激发态，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱，记录红外光的百分透射率与波数或波长的关系曲线，即为红外光谱。