木材热解和气化的研究进展—靳久哲2012207017

木材热解和气化的

研究进展

学院：材料科学与艺术设计

专业：林产化学加工工程

姓名：靳久哲

学号： 2012207017

1 木材热解

热解是一种将生物质转化为高品位工业品、能源和化学品的高效转化技术[1]。热解可以通过快速裂解把70%的生物质能转化为液体生物油，也可通过气化将75%

的生物质能转化到可燃气体。热解是在不向反应器内通入O

2、H

2

O或空气的条件

下，间接加热使木材发生热化学分解。在人类文明的初期，热解已经得到利用。在古埃及，通过木材的干馏来制取焦油和熏香或用于尸体防腐剂的焦木酸。在18世纪木材热解生产焦炭是主要的工业，是在化石燃料被开发利用前，工业革命所利用的主要燃料。在19世纪末20世纪初，木材干馏仍然用于生产可溶性焦炭、沥青、碳酸和一些非冷凝气体用于加热自用锅炉。到20世纪30年代，由于石油工业的兴起和低价衍生产品的出现，木材干馏才逐渐衰落。然而至今木柴热解制取焦炭仍广为采用[2]。

1.1快速热解液化

快速热解是一种高温处理过程，它采用超高加热速率(102-104K/s)、超短产物停留时间(0.2-3.0s)及适中的裂解温度，使木材中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产气降到最低限度, 通过热化学的方法，将原料直接裂解为粗油，最大限度获得液体产品(生物油)。快速热解反应可概括为，木材经快速热解得到生物油、炭和气体[3]。与传统的热解工艺相比，快速热解液化的必备特征包括: 1)非常高的加热和传热速率，因此通常要求进料粒度较细；2)气相反应温度约在500℃，蒸汽停留时间少于2s；3)对热解蒸汽采取骤冷处理[4]。

1.2催化热解

目前，催化热解受到了国内外研究者的重视。在秸秆中添加催化剂碳酸钠能使半纤维素的主要热解区间向低温区移动。催化剂对木质素的影响最为显著，其DTG 曲线由无催化剂时的单峰变为一大一小两个峰，主要热解区间向低温区移动较大，转化率也有所提高[5]。FundaAtes等[6]研究了不同催化剂对生物质快速热解的影响。张秀梅等[7]研究了利用催化剂( 5 种金属氧化物和 2 种碳酸盐) 热解制取富氢燃料气。

2 木材气化

木材气化是指木材或木质原料在高温下受适量气化剂的作用转变为可燃性气体的热解过程。常用的气化剂是空气、氧气或水蒸气。生成的气体产物含有一氧化碳、氢、甲烷等，称为煤气；残留的是无机物。

生物质气化技术的研究在我国发展较快，主要应用于集中供气、供热、发电方面。气化技术由于开展时间较长，我国又有较好的市场环境，目前这方面的应用已进入国际先进水平[8]。

2.1 气化技术

目前，我国使用的气化技术，主要有固定床、流化床和直接干馏热解3种工艺形式。固定床工艺一般采用空气为气化剂，这类工艺, 不论是上吸式、下吸式或是平吸式的气流方式，都有设备结构简单、易于操作、可以实现多种生物质原料的热解气化、投资少等特点。流化床气化炉具有原料适应性广，气、固充分接触，混合均匀的优点，是唯一在恒温床上反应的气化炉，因而流化床气化技术具有极大的发展前景。国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂。在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。美国近年来在生物质气化技术方面有所突破，研制出了生物质综合气化装置—燃气轮机发电系统成套设备，为大规模发电提供了样板[9]。

Franco等［10］使用流化床，通入750～900℃水蒸气，在0.6-0.7的S/B等条件下进行生物质气化，制得了H2和CO含量达68%～75%的燃气。吕鹏梅等[11]以流化床为反应器，对生物质的空气-水蒸气气化特性进行了研究，研究表明较高的气化温度有利于氢气的产生。夏凤高等[12]回顾了近/超临界水条件下生物质气化的研究进展，针对近临界和超临界水的特点，提出先对生物质进行近临界水气化，再进行超临界水气化，实现生物质高效气化的研究思路。

3结语

目前，国内外对生物质能的研究已经全面开展起来，其中的研究方法包括物理法、生物化学法和热化学法等等。木材热解和气化只是热化学转化中的一部分，且是一项较新的技术，目前还不成熟，尤其是对其后续气化气的净化及产生大量焦油的合理处理都是急需解决的重要问题。总而言之，由于人们对能源危机和环境保护的关注，生物质热转化技术将越来越受到重视。

参考文献

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[4] 刘守新, 张世润. 生物质的快速热解[J] . 林产化学与工业, 2004, 24(3): 95-101.

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[6] FundaAtes, Ayse E Putun, ErsanPutun. Fixed bed pyrolysis of Euphorbia rigida with different

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[11] 吕鹏梅,常杰, 熊祖鸿, 等. 生物质在流化床中的空气－水蒸气气化研究[J]. 燃料化学

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[12] 夏凤高, 田森林, 谷俊杰, 等. 近/超临界水条件下生物质气化的研究进展[J]. 化学通报,

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