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浅谈生物质热裂解制油
目前, 由于煤、石油和天然气等化石能源储量的日益减少, 以及它们燃烧后产生CO2、SO2、NOx等污染物, 而生物质燃料却能克服这些缺点, 因此, 有关如何合理利用生物质燃料的问题己提到日程上来。生物质燃料要成为煤、石油和天然气等矿物燃料的替代品, 其关键之处就是将低品位的生物质能转换成高品位的能源[1-2]。
生物质能,简称生物能,是指从生物质获得的能量,具有分布广、可再生、可存储、储量大和碳平衡等优点[3-4]]。但生物质的能量密度低,存在运输困难和燃烧效率低的问题,需要通过热化学或生物技术将其转化为固体、燃料或气体等燃料形式加以利用。固体燃料转化包括生物质成型、直接燃烧和生物质与煤混烧等;液体燃料转化包括生物质发酵制生物乙醇和酯化/加氢制生物柴油,以及生物质直接制液体燃料(Biomass to Liquid Fuel,BtL)等;气体燃料转化包括生物质制沼气、气化气和制氢等[5]。
生物质热解是指在无氧环境下,生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可凝性液体和气体产物的过程[6] 。生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分的热解,国内外研究人员对三种组分的动力学研究已取得了一定的成绩,尤其是纤维素热解动力学研究已取得了比较完善的结论。
生物质热解机理研究可以分为两部分,一是热解反应动力学的研究,二是具体热解产物形成途径的研究,两者构建了机理研究的基础。[7]

生物质热解液化是指生物质原料(通常需经过干燥和粉碎)在隔绝氧气或有少量氧气的条件下,通过高加热速率、短停留时间及适当的裂解温度使生物质裂解为焦炭和气体,气体分离出灰分后再经过冷凝可以收集到生物油的过程。在此工艺过程中,原料干燥是为了减少原料中的水分被带到生物油中,一般要求原料的含水量低于10%。减小原料颗粒的尺寸,可以提高升温速率,不同的反应器对颗粒大小的要求也不同。热解过程必须严格控制温度(500~600 ℃)、加热速率、热传递速率和停留时间,使生物质在短时间内快速热解为蒸气;对热解蒸气进行快速和彻底地分离,避免炭和灰份催化产生二次反应导致生物油的不稳定,并保证生物油的产率。除需要严格控制反应条件外,热解液化还要避免生物油中的重组分冷凝造成的堵塞[8-9]。

生物质快速热解液化技术的核心是反应器,它的类型和加热方式决定最终的产物分布。反应器按物质的受热方式可分为三类:机械接触式反应器、间接式反应器、混合式反应器。目前,针对第一类型和第三类型反应器开展的研究工作相对较多,这些反应器的成本较低且宜大型化,能在工业中投入使用。代表性的反应器有加拿大Ensyn 工程师协会的上流式循环流化床反应器(Upflow circulating fluidbed reactor)、美国乔治亚技术研究所(the inTechnique Research Institute,GTRI)的引流式反应器(Entrained flow reactor);美国国家可再生能源
实验室(NREL)的涡流反应器(Vortex reactor);荷兰Ttwente 大学反应器工程小组及生物质技术集团(BTG)的旋转锥反应器(Rotating cone reactor)和加拿大Laval 大学的生物质真空多炉床反应器(Multiple hear