生物質熱裂解有哪些應用

1. 請問：什麼是生物質能源如何解請詳細說明

生物質能是由植物的光合作用固定於地球上的太陽能，最有可能成為21世紀主要的新能源之一。據估計，植物每年貯存的能量約相當於世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。這些未加以利用的生物質，為完成自然界的碳循環，其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放，回到自然界中。事實上，生物質能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質作為生活能源。生物質燃燒是傳統的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴重。通過生物質能轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產電力。而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環境造成的污染。專家認為，生物質能源將成為未來持續能源重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。

1.2能源與環境

人類正面臨著發展與環境的雙重壓力。經濟社會的發展以能源為重要動力，經濟越發展，能源消耗多，尤其是化石燃料消費的增加，就有兩個突出問題擺在我們面前：一是造成環境污染日益嚴重，二是地球上現存的化石燃料總有一天要掘空。按消費量推算，世界石油資源在今後50年到80年間將最終消耗殆盡。到2059年，也就是世界上第一口油井開鑽二百周年之際，世界石油資源大概所剩無幾。另一方面，由於過度消費化石燃料，過快、過早地消耗了這些有限的資源，釋放大量的多餘能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧層破壞，全球氣候變暖，酸雨等災難性後果的直接因素。這就是說，如果不發展出新的能源來取代化石常規能源在能源結構中的主導地位，在21世紀必將發生嚴重的、災難性的能源和環境危機，是人類在下一世紀所面臨的三大最可能發生的災難之一。

1.3國家安全

固然,發展生物質能源不是獲得新的能源的唯一途徑，人類可以採用高技術手段獲得核能源，甚至從外太空獲得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的發展極可能給已經不安的世界帶來新的不穩定因素,甚至直接威脅到人類的生存環境；其次，各國或各集團在人類下世紀技術水平下所能到達的有限外太空區域內進行的能源開發，將不可避免地引發新的爭奪或爭端，其禍福不言自明。而生物質能源則不僅是最安全、最穩定的能源，而且通過一系列轉換技術，可以生產出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產因體燃料，氣化可以生產氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產電力等等。目前，世界各國，尤其是發達國家，都在致力於開發高效、無污染的生物質能利用技術，保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。

2.國外生物質能技術的發展狀況

生物質能源的開發利用早已引起世界各國政府和科學家的關注。有許多國家都制定了相應的開發研究計劃，在日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等發展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發，並形成了各具特色的生物質能源研究與開發體系，擁有各自的技術優勢。

2.1沼氣技術

主要為厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機廢水，是發展較早的生物質能利用技術。80年代以前，發展中國家主要發展沼氣池技術，以農作物秸稈和禽畜糞便為原料生產沼氣作為生活炊事燃料。如印度和中國的家用沼氣池；而發達國家則主要發展厭氧技術，處理禽畜糞便和高濃度有機廢水。目前，日本、丹麥、荷蘭、德國、法國、美國等發達國家均普遍採取厭氧法處理禽畜糞便，而象印度、菲律賓、泰國等發展中國家也建設了大中型沼氣工程處理禽畜糞便的應用示範工程。採用新的自循環厭氧技術。荷蘭IC公司已使啤酒廢水厭氧處理的產氣率達到10m3/m3.d的水平，從而大大節省了投資、運行成本和佔地面積。美國、英國、義大利等發達國家將沼氣技術主要用於處理垃圾，美國紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，採用濕法處理垃圾，日產26萬m3沼氣，用於發電、回收肥料，效益可觀，預計10年可收回全部投資。英國以垃圾為原料實現沼氣發電18MW，今後10年內還將投資1.5億英鎊，建造更多的垃圾沼氣發電廠。

2.2生物質熱裂解氣化

早在70年代，一些發達國家，如美國、日本、加拿大、歐共體諸國，就開始了以生物質熱裂解氣化技術研究與開發，到80年代，美國就有19家公司和研究機構從事生物質熱裂解氣化技術的研究與開發；加拿大12個大學的實驗室在開展生物質熱裂解氣化技術的研究；此外，菲律賓、馬來西亞、印度、印尼等發展明家也先生開展了這方面的研究。芬蘭坦佩雷電力公司開始在瑞典建立一座廢木材氣化發電廠，裝機容量為60MW,產熱65MW,1996年運行：瑞典能源中心取得世界銀行貸款，計劃在巴西建一座裝機容量為20-3OMW的發電廠，利用生物質氣化、聯合循環發電等先進技術處理當地豐富的蔗渣資源。

2.3生物質液體燃料

另一項令人關注的技術，因為生物質液體燃料，包括乙醇、植物油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料開發應用最有特色的國家，70年代中期，為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規模最大的乙醇開發計劃，到1991年，乙醇產量達到130億升，在980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其餘大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是說乙醇燃料已佔汽車燃料消費量的50%以上。1996年，美國可再生資源實驗室已研究開發出利用纖維素廢料生產酒精的技術，由美國哈斯科爾工業集團公司建立了一個1MW稻殼發電示範工程：年處理稻殼12，000噸，年發電量800萬度，年產酒精2，500噸，具有明顯的經濟效益。

2.4其它技術

此外,生物質壓縮技術可書固體農林廢棄物壓縮成型,製成可代替煤炭的壓塊燃料。如美國曾開發了生物質顆粒成型燃料：泰國、菲律賓和馬來西亞等第三世界國家發展了棒狀成型燃料。

3.我國的生物質能源

我國基本上是一個農業國家農村人口占總人口的70%以上，生物質一直是農村的主要能源之一，在國家能源構成中也佔有益要地位。

3.1生物質能資源

我國現有森林、草原和耕地面積41.4億公頃，理論上生物質資源理可達650億噸/年以上（在但第平方公里土地面積上，植物經過光合作用而產生的有機碳量，每年約為158噸）。以平均熱值為15,000千焦/公斤計算，摺合理論資源最為33億標准煤，相當於我國目前年總能耗的3倍以上.

實際上，目前可以作為能源利用的生物質主要包括秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等。據調查，目前我國秸稈資源量已超過7.2億噸,約3.6億噸標准煤，除約1.2億噸作為飼料、造紙、紡織和建材等用途外其餘6億噸可作為能源用途：薪柴的來源主要為林業採伐、育林修剪和薪炭林，一項調查表明：我國年均薪柴產量約為1.27億噸，摺合標准煤0.74億噸：禽畜糞便資源量約1.3億噸標准煤；城市垃圾量生產量約1.2億噸左右，並以每年8%-10%的速度增，據估算，我國可開發的生物質能資源總量約7億噸標准煤。

3.2生物質能源和利用

我國生物質的能源利用絕大部分用於農村生活能源，極少部分用於鄉鎮企業的工業生產：而利用方式長期來一直以直接燃燒為主，只是近年來才開始採用新技術利用生物質能源，但規模較小。普及程度較低，在國家，甚至農村的能源結構中佔有極小的比例。

生物質直接燃燒方式不僅熱效率低下，而且大量的煙塵和余灰的排放使人們的居住和生活環境日益惡化，嚴重損害了婦女、兒童的身心健康。此外，還對生態、社會和經濟造成極其不利的影響：

1．在必須使用生物質能源而利用方式不合理的情況下，必然對森林等自然資源進行不合理採伐，破壞了自然植被和生態平衡；

2．對於有機垃圾、有機廢水、有機廢渣、禽畜糞便以及部分農業廢棄物等資源沒有充分加以利用，不僅造成資源浪費，而且使其成為主要的有機污染源，除造成嚴重的大氣和水污染之外，還排放大量的溫室氣體，加劇了全球溫室效應；

3．同時，隨著經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，能源短缺問題必將成為21世紀阻礙國家經濟的持續發展的重大問題，必須予以足夠的重視，並採取有效措施著力加以解決。

事實上，大力開發和利用生物質能源，對於緩解21世紀的能源、環境和生態問題具有重要意義，產生諸多利益；

4．減少污染，改善人民生活條件。不管是有機污水處理、城鎮垃圾能源的利用還是秸稈熱解利用中一個重要的共同點解決環境污染問題，這也是大部分生物質利用的首要目標。

5．解決農村能源供應問題，提高農民生活水平。

我國農村能源供應緊張，而生物質源豐富，所以可利開展利用生物質能，可以改善農村的能量供應。提高他們的生活水平。

6．改善能源結構，減輕對對環境的壓力。我國可開發的生物資源達7億噸，如果能充分開發，可以在我國的能源消費中占重要的地方，這對改善我國能源結構，減少我國對石化燃料的依賴，進而減少我國CO2和SO2等污染物的排放，最終緩解能源消耗給環境造成的壓力有重要的意義。

3.3市場需求

可以預計，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，生物質能利用技術和裝置的市場前景將會越來越廣闊。主要依據：

1．目前，絕大部分農作物秸稈因得不到有效利用而就地焚燒於農田，不僅浪費了大量的能源，而成了嚴重的環境污染，給社會生活和經濟發展造成了一定程度的負面影響。如發生在成都雙流機場和首都機場的煙塵事件。逐漸富裕起來的農民，隨著生活水平的提高，迫切改變原來直接燃用秸稈薪柴煙薰火燎的炊事取暖局面，以生物質可燃氣作為他們的生活能源，就會改善其衛生環境，提高生活質量，減輕勞動強度。

2．眾多糧食、木材、茶葉、果類等加工廠，每天都有大量的谷殼、鋸末、木屑、果殼等廢棄物產出堆放，利用生物質氣化技術將其轉換成可燃氣，生產出優質能源，變廢為寶，可謂一舉兩得。

3．禽畜糞便既是極為有害大環境污染源泉又是重要的生物質能資源，隨著大型畜牧場的不斷建成和發展，所產生的環境污染也日趨嚴重。應用厭氧技術處理禽畜糞便更具有能源與環境雙重意義。

4．隨著我國社會經濟的迅速發展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾處理問題便顯得日益突出。我國的以北京為例，1995年，年垃圾產量均已突破400萬噸，1996年北京的垃圾量則達485萬噸。採用厭氧技術處理有機垃圾，不僅可獲得能源，而且達到低費用治理污染的目的。

5．我國的邊遠地區，生物質資源豐富，多屬於缺電、少電地區，可將生物質氣化發電，或供熱可自產自用。

6．事買上，生物質能源技術之所以具有廣闊的市場前景，其優勢在於開發利用生物質能源不僅可以獲得取之不盡的能源，而且具有保護環境，節省資源的功能。

3.4我國生物質能技術發展現狀與問題

我國政府及有關部門對生物質能源利用極為重視，國家幾位主要領導人曾多次批示和指示加強農作物秸稈的能源利用。國家科委已連續在三個國家五年計劃中將生物質能技術的研究與應用列為重點研究項目，涌現出一大批優秀的科研成果和成功的應用範例，如產用沼氣池、禽畜糞便沼氣技術、生物質氣化發電和集中供氣、生物壓塊燃料等，取得了可觀的社會效益和經濟效益。同時，我國已形成一支高水平的科研隊伍，包括國內有名的科研院所和大專院校：擁有一批熱心從事生物質熱裂解氣化技術研究與開發的著名專家學者。

a．沼氣技術是我國發展最早、曾晉遍推廠的生物質能源利用技術。70年代，我國為解決農村能源短缺的問題，曾大力開發和推廣戶用沼氣地技術，全國已建成525萬戶用沼氣池。在最近的連續三個五年計劃中，國家都將發展新的沼氣技術列為重點科技攻關項目，計劃實施了一大批沼氣及其利用的研究項目和示範工程。至今，我國已建設了大中型沼氣池3萬多個，總容積超過137萬m3，年產沼氣5，500萬m3，僅100m3以上規模的沼氣工程就達630多處，其中集中供氣站583處，用戶8.3萬戶，年均用氣量431m3，主要用於處理禽畜糞便和有機廢水。這些工程都取得了一定程度的環境效益和社會效益，對發展當地經濟和我國厭氧技術起到了積極作用。在「九五」計劃中，應用於處理高濃度有機廢水和城市垃圾的高效厭氧技術被列為科技攻關重點項目，分別由中科院成都生物研究所和杭州能源環境研究所承擔實施，現已取得預期的進展。

我國厭氧技術及工程中存在的主要問題：相關技術研究少、輔助設備配套性差、自動化程度低、非標設備加工粗糙、工程造價高、開放式前後處理的二次污染嚴重等。

b．我國的生物質氣化技術近年有了長足的發展，氣化爐的形式從傳統上吸式、下吸式到最先進的流化床、快速流化床和雙床系統等，在應用上除了傳統的供熱之外，最主要突破是農村家庭供氣和氣化發電上。「八五」期間，國家科委安排了「生物質熱解氣化及熱利用技術」的科技攻關專題，取得了相當成果：採用氧氣氣化工藝，研製成功生物質中熱值氣化裝置；以下吸式流化床工藝，研製成功l00戶生物質氣化集中供氣系統與裝置：以下吸式固定床工藝，研製成功食品與經濟作物生物質氣化烘乾係統與裝置；以流化床干餾工藝，研製成功1000戶生物質氣化 集中供氣系統與裝置。「九五」期間，國家科委安排了「生物質熱解氣化及相關技術」的科技攻關專題，重點研究開發1MW大型生物質氣化發電技術和農村秸稈氣化集中供氣技術。目前全國已建成農村氣化站近200多個，谷殼氣化發電100多台套，氣化利用技術的影響正在逐漸擴大。

c．「八五」期間，我國開始了利用纖維素廢棄物製取乙醇燃料技術的探索與研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發酵技術，並在「九五」期間進入中間試驗階段。我國已對植物油和生物質裂解油等代用燃料進行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工藝和柴油機燃燒性能等方面進行了初步試驗研究。「九五」期間，開展了野生油料植物分類調查及育種基地的建設。我國的生物質液化也有一定研究，但技術比較落後，主要開展高壓液化和熱解液化方面的研究。

d．此外，在「八五」期間，我國還重點對生物質壓縮成型技術進行了科技攻關，引進國外先進機型，經消化、吸收，研製出各種類型的適合我國國情的生物質壓縮成型機，用以生產棒狀、塊狀或顆粒生物質成型燃料。我國的生物質螺旋成型機螺桿使用壽命達500小時以上，屬國際先進水平。

雖然我國在生物質能源開發方面取得了巨大成績，技術水平卻與發達國家相比仍存在一定差距，如：

a．新技術開發不力，利用技術單一。我國早期的生物質利用主要集中在沼氣利用上，近年逐漸重視熱解氣化技術的開發應用，也取得了一定突破，但其他技術開展卻非常緩慢，包括生產酒精、熱解液化、直接燃燒的工業技術和速生林的培育等，都沒有突破性的進展。

b．由於資源分散，收集手段落後，我國的生物質能利用工程的規模很小；為降低投資，大多數工程採用簡單工藝和簡陋設備，設備利用率低，轉換效率低下。所以，生物質能項目的投資回報率低，運行成本高，難以形成規模效益，不能發揮其應有的、重大的能源作用。

c．相對科研內容來說，投入過少，使得研究的技術含量低，多為低水平重復研究，最終未能解決一些關鍵技術，如：厭氧消化產氣率低，設備與管理自動化程度較差；氣化利用中焦油問題沒有徹底解決，給長期應用帶來嚴重問題；沼氣發電與氣化發電效率較低，相應的二次污染問題沒徹底解決。導致許多工程系統常處於維修或故障的狀態，從而降低了系統運行強度和效率。

此外，在我國現實的社會經濟環境中，還存在一些消極因素制約或阻礙著生物質能利用技術的發展、推廣和應用，主要表現為：

a．在現行能源價格條件下，生物質能源產品缺乏市場竟爭能力，投資回報率低挫傷了投資者的投資積極性，而銷售價格高又挫傷了消費者的積極性。

b．技術標准未規范，市場管理混亂。在秸桿氣化供氣與沼氣工程開發上，由於未有合適的技術標准和嚴格的技術監督，很多未具備技術力量的單位和個人參與了沼氣工程承包和秸桿氣化供氣設備的生產，引起項目技術不過關，達不到預期目標，甚至帶來安全問題，這給今後開展生物質利用工作帶來很大的負面影響。

c．目前，有關扶持生物質能源發展的政策尚缺乏可操作性，各級政府應盡快制定出相關政策，如價格補貼和發電上網等特殊優惠政策。

d．民眾對於生物質能源缺乏足夠認識，應加強有關常識的宣傳和普及工作。

e．政府應對生物質能源的戰略地位予以足夠重視，開發生物質能源是一項系統工程，應視作實現可持續發展的基本建設工程。

4.發展方向與對策

4.1發展方向

我國的生物質能資源豐富，價格便宜，而經濟環境和發展水平對生物質技術的發展處於比較有利的階段。根據這些特點，我國生物質的發展既要學習國外先進經驗，又要強調自己的特色，所以，今後的發展方向應朝著以下幾方面：

a．進一步充分發揮生物質能作為農村補充能源的作用，為農村提供清潔的能源，改善農村生活環境及提高人民生活條件。這包括沼氣利用、秸桿供氣和小型氣化發電等實用技術。

b．加強生物質工業化應用，提高生物質能利用的比重，提高生物質能在能源領域的地位。這樣才能從根本上擴大生物質能的影響，為生物質能今後的大規模應用創造條件，也是今後生物質能能否成為重要的替代能源的關鍵。

c．研究生物質向高品位能源產品轉化的技術，提高生物質能的利用價值。這是重要的技術儲備，是未來多途徑利用生物質的基礎，也是今後提高生物質能作用和地位的關鍵。

d．同時，利用山地、荒地和沙漠，發展新的生物質能資源，研究、培育、開發速生、高產的植物品種，在目前條件允許的地區發展能源農場、林場，建立生物質能源基地，提供規模化的木質或植物油等能源資源。

4.2對策

根據上面的主要發展方向，今後我國生物質利用技術能否得到迅速發展，主要取決於以下幾個方面：

a．在產業化方面：加強生物質利用技術的商品化工作，制定嚴格的技術標准，加強技術監督和市場管理，規范市場活動，為生物質技術的推廣創造良好的市場環境。

b．在工業化生產與規模化應用方面：加強生物質技術與工業生產的聯系，在示範應用中解決關鍵的技術在技術研究方面：既重點解決推廣應用中出現的技術難題，在生產實踐中提高並考驗生物質能技術的可靠性和經濟性，為大規模使用生物質創造條件。

c．在技術研究方面：既重點解決推廣應用中出現的技術難題，如焦油處理，寒冷地區的沼氣技術等，又要同時開展生物質利用新技術的探索，如生物質制油，生物質制氧等先進技術的研究。

d．制定一項生物質能源國家發展計劃，引進新技術、新工藝，進行示範、開發和推廣，充分而合理地利用生物質能資源。在21世紀，逐步以優質生物質能源產品（固體燃料、液體燃料、可燃氣、由、執等形式）取代部分礦物燃料，解決我國能源短缺和環境污染等問題。

4.3優先領域

．秸稈能源利用

．有機垃圾處理及能源化

．工業有機廢渣與廢水處理及能源化

．生物質液體燃料

4.4重大關鍵技術

．高效生物質氣化發電技術

．有機垃圾IGCC發電技術

．高效厭氧處理及沼氣回收技術

．纖維素製取酒精技術

．生物質裂解液化技術

．能源植物培育及利用技術

5.結語

生物質能源在未來世紀將成為可持續能源重要部分。我國幅員遼闊，但化石能源資源有限，生物質資源豐富，發展生物質能源具有重要的戰略意義和現實意義。採用高新技術將秸稈、禽畜糞便和有機廢水等生物質轉化為高品位能源，開發生物質能源將涉及農村發展、能源開發、環境保護、資源保護、國家安全和生態平衡等諸多利益。希望得到社會各界、各級政府、專家學者的廣泛關注與支持，為我國的生物質能源事業創造有益的發展環境。

2. 生物質熱解

摘 要：主要論述了生物質熱解技術的原理、熱解反應過程、熱解工藝類型及影響因素。在分析國內外發展現狀的基礎上，提出生物質熱解技術主要存在的不足，對生物質熱解技術的發展前景進行了展望。

關鍵詞：生物質熱解；研究進展；發展現狀；展望

0 引 言

通過生物質能轉換技術可高效地利用生物質能源， 生產各種清潔能源和化工產品，從而減少人類對於化石能源的依賴，減輕化石能源消費給環境造成的污染。 目前，世界各國尤其是發達國家，都在致力於開發高效、無污染的生物質能利用技術，以保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。

生物質熱解是指生物質在沒有氧化劑（空氣、氧氣、水蒸氣等）存在或只提供有限氧的條件下，加熱到逾500℃，通過熱化學反應將生物質大分子物質（木質素、纖維素和半纖維素）分解成較小分子的燃料物質（固態炭、可燃氣、生物油）的熱化學轉化技術方法。生物質熱解的燃料能源轉化率可達95.5%，最大限度的將生物質能量轉化為能源產品，物盡其用，而熱解也是燃燒和氣化必不可少的初始階段[1]。

1 熱解技術原理

1.1 熱解原理

從化學反應的角度對其進行分析， 生物質在熱解過程中發生了復雜的熱化學反應，包括分子鍵斷裂、異構化和小分子聚合等反應。木材、林業廢棄物和農作物廢棄物等的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素。熱重分析結果表明，纖維素在52℃時開始熱解，隨著溫度的升高，熱解反應速度加快，到350～370℃時，分解為低分子產物，其熱解過程為：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纖維素結構上帶有支鏈，是木材中最不穩定的組分，在225～325℃分解，比纖維素更易熱分解，其熱解機理與纖維素相似[2]。

從物質遷移、能量傳遞的角度對其進行分析，在生物質熱解過程中，熱量首先傳遞到顆粒表面，再由表面傳到顆粒內部。熱解過程由外至內逐層進行，生物質顆粒被加熱的成分迅速裂解成木炭和揮發分。其中，揮發分由可冷凝氣體和不可冷凝氣體組成，可冷凝氣體經過快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反應生成生物質炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙生物質顆粒內部的揮發分將進一步裂解，形成不可冷凝氣體和熱穩定的二次生物油。同時，當揮發分氣體離開生物顆粒時，還將穿越周圍的氣相組分，在這里進一步裂化分解，稱為二次裂解反應。生物質熱解過程最終形成生物油、不可冷凝氣體和生物質[3，4]。

1.2 熱解反應基本過程

根據熱解過程的溫度變化和生成產物的情況等， 可以分為乾燥階段、預熱解階段、固體分解階段和煅燒階段。

1.2.1 乾燥階段（溫度為120～150℃），生物質中的水分進行蒸發，物料的化學組成幾乎不變。

1.2.2 預熱解階段（溫度為150～275℃），物料的熱反應比較明顯，化學組成開始變化，生物質中的不穩定成分如半纖維素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。上述兩個階段均為吸熱反應階段。

1.2.3 固體分解階段（溫度為275～475℃），熱解的主要階段，物料發生了各種復雜的物理、化學反應，產生大量的分解產物。生成的液體產物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷卻時析出來）；氣體產物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。這個階段要放出大量的熱。

1.2.4 煅燒階段（溫度為450～500℃），生物質依靠外部供給的熱量進行木炭的燃燒，使木炭中的揮發物質減少，固定碳含量增加，為放熱階段。實際上，上述四個階段的界限難以明確劃分，各階段的反應過程會相互交叉進[5，6]。

2 熱解工藝及影響因素

2.1 熱解工藝類型

從對生物質的加熱速率和完成反應所用時間的角度來看，生物質熱解工藝基本上可以分為兩種類型：一種是慢速熱解，一種是快速熱解。在快速熱解中，當完成反應時間甚短（＜0.5s）時，又稱為閃速熱解。根據工藝操作條件，生物質熱解工藝又可分為慢速、快速和反應性熱解三種。在慢速熱解工藝中又可以分為炭化和常規熱解[5]。

慢速熱解（又稱干餾工藝、傳統熱解）工藝具有幾千年的歷史，是一種以生成木炭為目的的炭化過程，低溫干餾的加熱溫度為500～580℃，中溫干餾溫度為660～750℃， 高溫干餾的溫度為900～1100℃。將木材放在窯內，在隔絕空氣的情況下加熱，可以得到占原料質量30%～35%的木炭產量。

快速熱解是將磨細的生物質原料放在快速熱解裝置中，嚴格控制加熱速率（一般大致為10～200℃/s）和反應溫度（控制在500℃左右）， 生物質原料在缺氧的情況下，被快速加熱到較高溫度，從而引發大分子的分解，產生了小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭產物。可凝性揮發分被快速冷卻成可流動的液體，成為生物油或焦油，其比例一般可達原料質量的40%～60%。

與慢速熱解相比，快速熱解的傳熱反應過程發生在極短的時間內，強烈的熱效應直接產生熱解產物，再迅速淬冷，通常在0.5s內急冷至350℃以下，最大限度地增加了液態產物（油）。

常規熱解是將生物質原料放在常規的熱解裝置中，在低於600℃的中等溫度及中等反應速率（0.1～1℃/s）條件下，經過幾個小時的熱解，得到占原料質量的20%～25%的生物質炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 熱解影響因素

總的來講，影響熱解的主要因素包括化學和物理兩大方面。化學因素包括一系列復雜的一次反應和二次反應；物理因素主要是反應過程中的傳熱、傳質以及原料的物理特性等。具體的操作條件表現為：溫度、物料特性、催化劑、滯留時間、壓力和升溫速率[10]。

2.2.1 溫度

在生物質熱解過程中，溫度是一個很重要的影響因素， 它對熱解產物分布、組分、產率和熱解氣熱值都有很大的影響。生物質熱解最終產物中氣、油、炭各佔比例的多少，隨反應溫度的高低和加熱速度的快慢有很大差異。一般地說，低溫、長期滯留的慢速熱解主要用於最大限度地增加炭的產量，其質量產率和能量產率分別達到30%和50%（質量分數）[11～13]。

溫度小於600℃的常規熱解時，採用中等反應速率，生物油、不可凝氣體和炭的產率基本相等；閃速熱解溫度在500～650℃范圍內，主要用來增加生物油的產量，生物油產率可達80%（質量分數）；同樣的閃速熱解，若溫度高於700℃，在非常高的反應速率和極短的氣相滯留期下，主要用於生產氣體產物，其產率可達80%（質量分數）。當升溫速率極快時，半纖維素和纖維素幾乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物質材料的影響

生物質種類、分子結構、粒徑及形狀等特性對生物質熱解行為和產物組成等有著重要的影響[3]。這種影響相當復雜，與熱解溫度、壓力、升溫速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影響著熱解過程。 由於木質素較纖維素和半纖維素難分解，因而通常含木質素多者焦炭產量較大；而半纖維素多者，焦炭產量較小。在生物質構成中，以木質素熱解所得到的液態產物熱值為最大；氣體產物中以木聚糖熱解所得到的氣體熱值最大[5]。

生物質粒徑的大小是影響熱解速率的決定性因素。粒徑在1mm以下時，熱解過程受反應動力學速率控制，而當粒徑大於1mm時，熱解過程中還同時受到傳熱和傳質現象的控制。大顆粒物料比小顆粒傳熱能力差，顆粒內部升溫要遲緩，即大顆粒物料在低溫區的停留時間要長，從而對熱解產物的分布造成了影響。 隨著顆粒的粒徑的增大，熱解產物中固相炭的產量增大。從獲得更多生物油角度看，生物質顆粒的尺寸以小為宜，但這無疑會導致破碎和篩選有難度，實際上只要選用小於1mm的生物質顆粒就可以了。

2.2.3 催化劑的影響

有關研究人員用不同的催化劑摻入生物質熱解試驗中，不同的催化劑起到不同的效果。如：鹼金屬碳酸鹽能提高氣體、碳的產量，降低生物油的產量，而且能促進原料中氫釋放，使空氣產物中的H2/CO增大；K+能促進CO、CO2的生成，但幾乎不影響H2O的生成；NaCl能促進纖維素反應中H2O、CO、CO2的生成；加氫裂化能增加生物油的產量，並使油的分子量變小。

另外，原料反應得到的產物在反應器內停留時間、反應產出氣體的冷卻速度、原料顆粒尺寸等，對產出的炭、可燃性氣體、生物油（降溫由氣體析出）的產量比例也有一定影響[5]。

2.2.4 滯留時間

滯留時間在生物質熱解反應中有固相滯留時間和氣相滯留時間之分。固相滯留時間越短，熱解的固態產物所佔的比例就越小，總的產物量越大，熱解越完全。在給定的溫度和升溫速率的條件下，固相滯留時間越短，反應的轉化產物中的固相產物就越少，氣相產物的量就越大。氣相滯留期時間一般並不影響生物質的一次裂解反應過程，而隻影響到液態產物中的生物油發生的二次裂解反應的進程。當生物質熱解產物中的一次產物進入圍繞生物質顆粒的氣相中，生物油就會發生進一步的裂化反應，在熾熱的反應器中，氣相滯留時間越長，生物油的二次裂解發生的就越嚴重，二次裂解反應增多，放出H2、CH4、CO等，導致液態產物迅速減少，氣體產物增加。所以，為獲得最大生物油產量，應縮短氣相滯留期，使揮發產物迅速離開反應器，減少焦油二次裂解的時間[3～5]。

2.2.5 壓力

壓力的大小將影響氣相滯留期，從而影響二次裂解，最終影響熱解產物產量的分布。隨著壓力的提高，生物質的活化能減小，且減小的趨勢漸緩。在較高的壓力下，生物質的熱解速率有明顯的提高，反應也更激烈，而且揮發產物的滯留期增加，二次裂解較大；而在低的壓力下，揮發物可以迅速從顆粒表面離開，從而限制了二次裂解的發生，增加了生物油產量[14，15]。

2.2.6 升溫速率

升溫速率對熱解的影響很大。一般對熱解有正反兩方面的影響。升溫速率增加，物料顆粒達到熱解所需溫度的相應時間變短，有利於熱解；但同時顆粒內外的溫差變大，由於傳熱滯後效應會影響內部熱解的進行。隨著升溫速率的增大，溫度滯後就越嚴重，熱重曲線和差熱曲線的分辨力就會越低，物料失重和失重速率曲線均向高溫區移動。熱解速率和熱解特徵溫度（熱解起始溫度、熱解速率最快的溫度、熱解終止溫度）均隨升溫速率的提高呈線形增長。在一定熱解時間內，慢加熱速率會延長熱解物料在低溫區的停留時間，促進纖維素和木質素的脫水和炭化反應，導致炭產率增加。氣體和生物油的產率在很大程度上取決於揮發物生成的一次反應和生物油的二次裂解反應的競爭結果，較快的加熱方式使得揮發分在高溫環境下的滯留時間增加，促進了二次裂解的進行，使得生物油產率下降、燃氣產率提高[16～18]。

3 熱解技術研究現狀

3.1 國內研究現狀

與歐美一些國家相比，亞洲及我國對生物質熱解的研究起步較晚。近十幾年來，廣州能源研究所生物質能研究中心、浙江大學、東北林業大學等單位做了一些這方面的工作。

廣州能源研究所生物質能研究中心，目前研究方向重點為生物質熱化學轉化過程的機理及熱化學利用技術。其研究內容為：（1）高能環境下的熱解機理研究：等離子體熱解氣化、超臨界熱解等；（2）氣化新工藝研究：高溫氣化、富氧氣化、水蒸汽氣化等；（3）氣化技術系統集成及應用：新型氣化裝置、氣化發電系統等；（4）生物質氣化燃燒與直接燃燒：氣化燃燒技術、熱解燃燒技術、直接燃燒等。

浙江大學著眼於流化床技術在生物質清潔能源規模化利用上顯示出的巨大潛在優勢，在上世紀末成功開發了以流化床技術為基礎的生物質熱裂解液化反應器，並在先期成功試驗的基礎上，針對已有的生物質熱裂解液化工藝中能源利用率不高以及液體產物不分級等缺點，採用獨特的設計方案研發了生物質整合式熱裂解分級製取液體燃料裝置，得出了各運行參數對生物質熱解產物的得率及組成的影響程度，適合規模化製取代用液體燃料。目前正在開展深層技術和擴展應用的研究。

東北林業大學生物質能研究中心研究方向： 轉錐式生物質閃速熱解液化裝置。經過一系列的調試、實驗和改進後，現已經探索出了一些基本的設計規則和經驗。現階段設備製造已完成，即將進入實驗階段，為今後設備改進及技術推廣打好堅實的基礎。

另外在快速熱裂解研究上，沈陽農業大學在聯合國糧農組織（FTO）的協助下，從荷蘭的BTG集團引入一套50 kg/h旋轉錐閃速熱解裝置並進行了相關實驗研究；上海理工大學、華東理工大學、浙江大學、中國科學院廣州能源研究所、清華大學、哈爾濱工業大學和山東理工大學等單位也開展了相關實驗研究，目前正在開展深層技術和擴展應用的研究。在現在技術的支持下，用於商業運行的只有輸運床和循環流化床系統[19，20]。

河南農業大學農業部可再生能源重點開放實驗室也長期進行了生物質熱解方面的研究。「YNO4型生物質燃氣脫焦機」的誕生解決了現有生物質熱解氣化機組凈化裝置復雜、脫焦效率低且焦油難收集等問題，結構簡單，操作方便，避免了二次污染，系統運行可靠，維護費用低，經濟效益顯著，適用於各類生物質熱解氣化機組的配套及其商業化應用，已於2001年11月通過省科技廳技術鑒定，並已在許昌機電廠投入批量生產。

同時，該實驗室與河南商丘三利新能源有限公司對生物質熱解產物進行了綜合利用的研究，並形成了配套設備。根據農作物秸稈資源存在著季節性、分散性的特點和運輸、儲存難的矛盾，採取了分散和集中的模式，即在農作物秸稈易收集的范圍內建造小型生物質熱解裝置，就地使用生物質燃氣， 然後將便於運輸的生物質炭、焦油、木醋液收集，建設若干集中加工廠，生產多種產品以供各種用途，較適合我國的國情。

3.2 國外研究現狀

生物質熱解技術最初的研究主要集中在歐洲和北美。20世紀90年開始蓬勃發展，隨著試驗規模大小的反應裝置逐步完善，示範性和商業化運行的熱解裝置也被不斷地開發和建造。歐洲一些著名的實驗室和研究所開發出了許多重要的熱解技術，20世紀90年代歐共體JOULE計劃中生物質生產能源項目內很多課題的啟動就顯示了歐盟對於生物質熱解技術的重視程度。

但較有影響力的成果多在北美涌現，如加拿大的Castle Capital有限公司將BBC公司開發的10Kg/h～25Kg/h的橡膠熱燒蝕反應器放大後，建造了1500Kg/h～2000 kg/h規模的固體廢物熱燒蝕裂解反應器，之後，英國Aston大學、美國可再生能源實驗室、法國的Nancy大學及荷蘭的Twente大學也相繼開發了這種裝置。

荷蘭Twente大學反應器工程組及生物質技術（BTG）集團研製開發了旋轉錐熱裂解反應器，由於工藝先進、設備體積小、結構緊湊，得到了廣泛的研究和應用；Hamberg木材化學研究所對混合式反應器鼓泡床技術進行了改進和發展，成功地採用靜電撲捉和冷凝器聯用的方式，非常有效地分離了氣體中的可凝性煙霧。ENSYN基於循環流化床的原理在義大利開發和建造了閃速熱解裝置（RTP），還有一些小型的實驗裝置也相繼在各研究所安裝調試。

傳統的熱解技術不適合濕生物質的熱轉化。針對這個問題，歐洲很多國家己開始研究新的熱解技術，這就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。將濕木片或生物質溶於水中，在一個高壓容器中，經過15min（200℃，300bar）軟化，成為糊狀，然後進入另一反應器（330℃，200bar）液化5～15min。經脫羧作用，移去氧，產生30%CO2、50%生物油，僅含10%～15%的氧。荷蘭Shell公司證明：通過催化，可獲得高質量的汽油和粗汽油。這項技術可產生優質油（氧含量比裂解油低），且生物質不需乾燥，直接使用[21，22]。

4 前景與展望

面對化石能源的枯竭和環境污染的加劇，尋找一種潔凈的新能源成了迫在眉睫的問題。現在全世界都把目光凝聚在生物質能的開發和利用上。生物質能利用前景十分廣闊，但真正實際應用還取決於生物質的各種轉化利用技術能否有所突破。

隨著技術的不斷完善，研究的方向和重點也在拓寬，以前側重熱解反應器類型及反應參數，以尋求產物最大化，而現在整體利用生物質資源的聯合工藝以及優化系統整體效率被認為是最大化熱解經濟效益、具有相當大潛力的發展方向；除此之外，提高產物品質，開發新的應用領域，也是當前研究的迫切要求。

我國生物質熱解技術方面的研究進展緩慢，主要是因為研究以單項技術為主，缺乏系統性，與歐美等國相比還有較大差距。 特別是在高效反應器研發、工藝參數優化、液化產物精製以及生物燃油對發動機性能的影響等方面存在明顯差距。同時，熱解技術還存在如下一些問題：生物油成本通常比礦物油高，生物油同傳統液體燃料不相容，需要專用的燃料處理設備；生物油是高含氧量碳氫化合物，在物理、化學性質上存在不穩定因素，長時間貯存會發生相分離、沉澱等現象，並具有腐蝕性；由於物理、化學性質的不穩定，生物油不能直接用於現有的動力設備，必須經過改性和精製後才可使用；不同生物油品質相差很大，生物油的使用和銷售缺少統一標准，影響其廣泛應用。以上問題也是阻礙生物質高效、規模化利用的瓶頸所在[6]。

針對以上存在的差距和問題，今後的研究應主要集中在如何提高液化產物收率，尋求高效精製技術，提高生物油品質，降低運行成本，實現產物的綜合利用和工業化生產等方面。同時加強生物質液化反應機理的研究，特別是原料種類及原料中各種成分對熱化學反應過程及產物的影響。在理論研究的基礎上，將現有設備放大，降低生物油生產成本，逐漸向大規模生產過渡，完善生物油成分和物理特性的測定方法，制定統一的規范和標准，開發生物油精製與品位提升新工藝，開發出用於熱化學催化反應過程中的低污染高效催化劑，使其能夠參與化石燃料市場的競爭[23]。?

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3. 生物質快速熱裂解炭化聯產設備有什麼好處

之前對這個產品有過研究，我就簡單為你介紹一下吧
JN-10L系列
這個產品屬於半干餾釜設備，不需消耗外部熱源；具有連續不間斷生產、產氣量大、氣體熱值高等特點。完全可替代天然氣，多應用於日常生活用氣及取暖、為鍋爐提供熱源、發電等；可用於生活垃圾及工業小量有機垃圾的處理及能源再利用。

生物質能源設備和產品的優勢我和你說下吧！
1、生物質快速熱裂解炭化聯產設備可產出四種高附加值的產品
2、產品具有變廢為寶，循環經濟，零排放等強大功能
3、技術先進，工藝合理，性能可靠，屬國內外領先水平
4、產品銷往全國各地，並出口寮國、馬來西亞等多個國家
5、多樣話，產品的價值極大的減少了開支成本
6、燃料種類眾多，多種秸稈，樹枝、樹葉、稻殼、城鎮垃圾等
希望說的這些對你有幫助，望採納

4. 熱解與熱裂解有什麼區別

熱解是指在還原性氣體氛圍下加熱有機物質，破壞有機物質的高分子鍵合狀態，
將其分解成低分子物質的反應，反應的生成物是氣體、油和焦炭。斯坦福研究所(Stan
ford Research Institute，SRI)的J.Jones提出了一個嚴格的定義。他定義熱解為「在
不向反應器內通入氧、水蒸汽或高溫一氧化碳的條件下，通過間接加熱使含碳有機物發
生熱化學分解，生成燃料(氣體、液體和碳黑)的過程」。他認為通過部分燃燒熱解產物
來直接提供熱解所需熱量的情況，嚴格地講不應該稱為熱解，而應該稱為部分燃燒(Par
tial-combustion)或缺氧燃燒(starved-air-combustion).

熱裂解製程為間接加熱將碳氫化合物分解後重組，將高沸點、巨大分子的有機物質裂解或分解為較低分子的物質如輕油及柴油等高價物質。傳統的熱裂解方式必須將廢棄物加熱至少達550℃~600℃才能裂解完成，因為有機廢棄物熱導性非常低，加熱升溫時間很長，處理量不易擴大，相對很不經濟。新式的熱裂解技術採用較低的操作溫度、負壓(under pressure)並使用觸媒以加速裂解反應，因為溫度低、反應快，相對節省不少操作成本。
熱裂解反應為在缺氧的環境及中、低溫(300-600℃)狀態下，固體或液體有機廢棄物如廢塑膠、廢輪胎、廢機油等物質之巨大分子鏈被切斷、裂解成低分子鏈的油氣，油氣再經過冷凝及分離過程，得到高附加價值的輕質油、重質燃油等資源化物質。應用熱裂解技術處理有機廢棄物並回收有用資源，在美國、歐洲及日本已有多年的經驗。有別於在高溫下通入過量空氣直接將可燃性廢棄物燃燒之焚化(incineration)方式，焚化過程產生大量的二氧化碳、水蒸氣，最終產物為不可燃的灰渣及飛灰。現代的大型焚化爐均設有鍋爐及蒸氣發電機，雖然可回收部分能源產生蒸汽、發電，惟比較整體經濟效益，熱裂解仍是當前處理有機廢棄物最環保也最具經濟效益的處理方式。
綜上所述，熱解和熱裂解條件有相似之處，但是具體來說是不同的兩種技術

5. 農林廢物的熱解技術有哪些

在無氧或者缺氧的條件下，對固體廢物中的有機物進行加熱，使其發生不可逆的化學變化，主要是使高分子的化合物分解為低分子化合物的處理技術，稱為熱分解技術，簡稱熱解。熱解處理的主要產物包括氣體部分(如氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等)、液體部分(如甲醇、丙酮、醋酸、焦油、溶劑油、水溶液等)和固體部分(主要是炭黑)。不同於僅有熱能可以回收的焚燒處理，熱解技術可產生便於貯存運輸的燃氣、燃油等。適合於熱解技術應用的固體廢物主要包括廢塑料(含氯廢物除外)、廢橡膠、廢輪胎、廢油和油泥、有機污泥等。城市生活垃圾、農林廢棄物(如纖維素類物質)的熱解技術也在蓬勃發展之中 。
1. 生物質是植物光合作用直接或間接轉化的產物。生物質能是指利用生物質生產的能源。目前，作為能源的生物質主要是農林廢棄物、城市和工業有機廢棄物以及動物糞便等。本文所指的生物質具體指農林廢棄物，即農林作物收獲和加工過程中所產生的廢棄物質和垃圾，如秸稈(玉米稈、花生稈、棉花稈、高梁稈、豆類稈等)、糠皮、山茅草、灌木枝、枯樹葉、藤蔓、木屑、皮殼、刨花、鋸末等，以及食品加工業排出的殘渣，如餅粕、酒糟、甜菜渣、廢糖蜜、蔗渣、食品工業下腳料等。
我國每年產生的各種農林廢棄物有15億，其中農業廢物資源分布廣泛，僅農作物秸桿年產量就7億噸，可作為能源用途的秸桿約3．5億噸，摺合標准煤1．8億噸；薪炭林和林業及木材加工廢物的資源量約摺合3億噸標准煤，相當於我國石化能源消耗量的1／10還要多。另外，一些油料作物還是製取液體燃料的優質原料，如麻瘋樹、油菜籽、蓖麻、漆樹、黃連木和甜高粱等。預計到2020年，農林廢棄物約合11．65億噸標准煤，可開發量約合8．3億噸標准煤。另外，目前全國還有5700~公頃宜林地和荒沙荒地，l億公頃不適宜發展農業的邊際土地資源，發展林木生物質能源潛力巨大。

雖然目前新開發的生物質資源的綜合利用途徑相當多，並且有些途徑生物質資源利用率和經濟效益都很高，但消耗量小，不能從根本上解決農林廢棄物資源的處理和利用問題。生物質作為能源能夠最大量地回收利用農林廢棄物資源，其產物不但不存在銷路問題，還能替代傳統燃料，緩解日趨嚴重的能源危機，能夠產生良好的社會經濟效益和環境效益。

2生物質能轉化機理和技術途徑

生物質均由纖維素、半纖維素和木質素等高聚物組成，其基本液化反應分別如下：根據熱重分析，纖維素在325 K時，開始降解，隨著溫度升高，降解加劇，到623～643 K時，降解為低分子碎片。其降解過程如下：

而半纖維素結構上帶有支鏈，比纖維素更易降解，其降解機制與纖維素相似。木質素結構單元通過醚鍵和c—c鍵相聯，結構比纖維素、半纖維素要復雜得多，木質素的熱化學液化反應首先是烷基醚鍵的斷裂反應。木質素大分子在高溫、供氫溶劑存在下，通過自由基反應，首先斷裂成低分子碎片，其基本反應如下：

通過以上過程，形成小分子碎片，這些碎片進一步通過側鏈C—O鍵、C—C鍵及芳環C—O鍵斷裂形成低分子量化合物。以上是生物質降解為低分子的基本斷裂反應。

快速熱解是一個加熱速率極快，而滯留時間極短且快速冷卻的過程，是一個瞬間完成的過程。上述過程對生物質的降解仍然適用，然而時間極短，可近似等溫過程。從反應物與生成物來看有如下過程：

Larfldt J等進行大量研究後，根據反應動力學提出4種熱解模式：

模式2、3中炭的餾分通過計算預測，模式 l、4中有競爭反應，因而炭產量有變化。生產過程中，即使用最佳工藝參數，也不能生成單一產物，但通過調整參數可使反應盡可能向所需產物方向發展。如模式1中溫度在500℃左右時，極高的加熱速率、很短的滯留時間和快速冷卻，能提高其K2值，主要產物為焦油，故模式1更適合快速熱解。

目前生物質能的轉化技術主要有3種：(1)生物質經生物化學處理轉化為富含能量的燃料。如將生物質(農作物秸稈、糞便、有機廢水等)發酵製得沼氣，糖和澱粉原料發酵制酒精。我國在這方面的技術比較成熟，但在大規模處理生物質中將會受到生物質種類和生物技術的限制。(2)生物質經化學處理轉化為高價值的化工產品。如利用生物質中的半纖維素在酸性介質下加熱獲得糠醛，利用稻殼生產白炭黑等。(3)生物質經熱化學處理，即生物質在隔絕或少量氧氣的條件下，熱解反應獲得可燃氣體、固體木炭和液體生物油3類產品，又稱生物質熱裂解(生物質熱解)。一般地說，生物質熱解分低溫慢速熱解(<400℃)，產物以木炭為主；高溫閃速熱解(700～1000℃)，產物以可燃氣體為主；中溫快速熱解(400～650℃)，產物以生物油為主。快速熱解技術，即生物質瞬間熱解製取液體燃料油，是20世紀70年代末國外研究人員研究開發的。其收率高達70％以上，並有文獻報道液體生物油的產率最高可達85％，是一種很有開發前景的生物質應用技術。

液體產物收率相對較高的快速熱解技術，最大的優點在於其產物生物油易存貯、運輸，為工農業大宗消耗品，不存在產品規模和消費的地域限制問題。生物油不但可以簡單替代傳統燃料，而且還可以從中提取出許多較高附加值的化學品。通過分散熱解、集中發電的方式，熱解生物油通過內燃機、燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機完成發電，這些系統可產生熱和能，能夠達到更高的系統效率，一般為35％～45％，從而解決了發電要求的規模效益，並大大降低了農林廢棄物的運輸和貯存費用高、佔用場地大的問題。

3國內外生物質快速熱解技術的研究現狀

該技術始於20世紀70年代末，迄今為止，為降低快速熱解法的生產成本(按等熱值粗略折算，2 t生物原油可摺合1 t石化燃料，則目前生產l石油當量噸的生物原油的成本遠比生產1 t石化燃料的成本要高)，各國已經對多種反應器和工藝進行了研究，特別是歐、美等發達國家，在進行全面的理論研究的基礎上，已建立了相應的實驗裝置。快速熱解法生產的液體燃料可以替代許多鍋爐、發動機及透平機所用的燃油，而且還可以從中萃取或衍生出一系列化學物質，如食品添加劑、樹脂、葯劑等。正因為這些優勢，快速熱解技術越來越受到關注，工藝發展有了長足的進步。

在美國，採用循環流化床反應器和輸送床反應器生產食品添加劑已投入商業運營，生產能力達l～2 t／h。歐洲各國多採用鼓泡流化床反應器，現在西班牙、英國分別建成了200 kg／h的試驗廠，義大利建成了500 kg／h的示範裝置。為了方便熱解液化方面的學術交流和技術合作，歐洲在1995年專門成立了一個PyNE組織(Pyrolysis Net． work for Europe)，擁有18個成員國；2001年成立了GasNet(Europe Biomass Gasification Network)，現已擁有20個成員國以及8家工業單位成員。這些組織成立以來，在快速熱解液化技術的開發以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

我國關於生物質快速熱解研究較為薄弱，但近幾年也有不少科研院所在這方面開展了工作。沈陽農業大學開展了國家科委「八五」重點攻關項目「生物質熱裂解液化技術」的研究工作，他們在生物質熱裂解過程的實驗和理論分析方面做了很有成效的工作。浙江大學、中科院化工冶金研究所和廣州能源所、河北省環境科學院等單位近年來也進行了生物質流化床或循環流化床液化實驗。山東工程學院開發了等離子體快速加熱生物質液化技術，利用實驗室設備液化玉米秸粉，制出了生物油，並進行了成分分析。

國外的生物質能工作者偏重於不同類型的快速熱解反應器的開發，以期提高生物油的產率。因為反應器能極大地影響化學反應體系的熱量、動量、質量傳遞過程，設計合理的反應器可改善物料和溫度在反應體系中的分布，從而提高化學反應的速度和進行程度。從實踐中看，國外研製的某些反應器具有非常高的生物油產率。國內工作者著眼於通過控制溫度、使用催化劑、尋找適宜的物料來探索提高生物油產量和質量的途徑。

在生物質快速熱解生產液體燃料的工藝中，反應器都是其核心部分，反應器的類型及加熱方式的選擇在很大程度上決定了產物的最終分布。因此，反應器類型和加熱方式的選擇是各種技術路線的關鍵環節。作為一種只有30多年發展歷史的新工藝，在技術、產品和應用方面還存在許多不足，至今未實現大規模工業化應用。目前，亟待解決的問題有：(1)鼓勵開發、改進工藝和設備；(2)工業放大；(3)降低成本；(4)改善生物油使用性能；(5)開發有價值的生物油副產品；(6)處理輸送和使用過程的環境衛生與安全。

4生物質自混合下行循環流化床快速熱解技術

山東科技大學化工學院清潔能源研究中心提出生物質自混合下行循環流化床快速熱解技術，正處於實驗研究階段，並有一套處理量為200～300 kg／h的示範裝置在建設中。

農林廢棄物被錘片式粉碎機粉碎成合適的生物質顆粒，經煙氣提升管乾燥和提升，生物質顆粒被旋分器氣固分離進入上部料倉。經螺旋進料器在專有熱解反應器頂端，與通過蝶閥控制下落的高溫循環熱載體迅速實現自混合、升溫、熱解。在反應器立管下部油氣與半焦和熱載體快速分離。熱解油氣經冷凝器獲得液體產品和煤氣。半焦和循環熱載體通過熱空氣輸送的返料閥進入燒焦提升管燃燒加熱，加熱後的熱載體經旋分器

與煙氣分離後進入專有熱解反應器頂部，實現熱載體循環供熱，煙氣預熱空氣後被引到煙氣提升管底部，提升和乾燥生物質顆粒。

生物質自混合下行循環流化床快速熱解工藝流程見圖l。

其技術優點：

(1)專有熱解反應器為靜態混合結構，無機械運動部件，可解決機械設備存在的高溫時焦渣磨損設備、設備的運動部件容易出現故障以及難以工業化放大的難題。

(2)專有熱解反應器利用重力、無需載氣即可實現生物質顆粒和高溫循環熱載體的快速混合、快速升溫和熱解，提高液體收率和系統熱效率。

(3)利用煙氣余熱乾燥生物質顆粒，降低了生物油的水含量，提高了系統熱效率。

(4)反應器立管下部油氣與半焦和熱載體通過專有快速分離裝置，減少了高溫熱解油氣的二次反應，提高了液體收率。

生物質自混合下行循環流化床快速熱解新技術是根據我國農村農林廢棄物集散難度較大的國情，利用先進技術研製開發的一種熱效率高、投資低、操作方便的快速熱解工藝。

該熱解工藝為徹底實現農林作物資源的最大化利用、實現農業循環經濟、提高農民收入、改善農村產業結構、改善農村缺能現狀，解決剩餘秸稈就地焚燒或隨意堆棄造成大氣污染、土壤礦化勢加劇、火災和交通事故等大量的社會經濟和生態問題提供了技術支撐和指導方向，對農業和農村發展以及化石能源危機的緩解，都有重要的現實意義。

6. 生物質熱裂解主要途徑有哪些

類熱裂解是一個復雜的化學反應過程、 脫氫環化、脫氫交聯和焦化等、聚合，已知的反應有脫氫，裂解產物多達數十種乃至數百種、斷鏈、脫烷基、二烯合成、歧化、疊合、異構化

7. 什麼是熱裂解技術

生物質熱裂解（又稱熱解或裂解），通常是指在無氧或低氧環境下，生物質被加熱升溫引起分子分解產生焦炭、可冷凝液體和氣體產物的過程，是生物質能的一種重要利用形式。
原理

根據反應溫度和加熱速度的不同，生物質熱解工藝可分為慢速、常規、快速或閃速集中。慢速裂解工藝具有幾千年的歷史，是一種以以生成木炭為目的的炭化過程，低溫和長期的慢速裂解可以得到30%的焦炭產量；低於600℃的中等溫度及中等反應速率（0.1～1℃/s）的常規熱裂解可製成相同比例的氣體、掩體和固體產品；快速熱裂解大致在10～200℃/s的升溫速率，小於5s的氣體停留時間；閃速熱裂解相比於快速熱裂解的反應條件更為嚴格，氣體停留時間通常小於1s，升溫速率要求大於103℃/s，並以102～103℃/s的冷卻速率對產物進行快速冷卻。
生物質快速熱解過程中，生物質原料在缺氧的條件下，被快速加熱到較高反應溫度，從而引發了大分子的分解，產生了小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭產物。可凝性揮發分被快速冷卻成可流動的液體，稱之為生物油或焦油。生物油為深棕色或深黑色，並具有刺激性的焦味。通過快速或閃速熱裂解方式製得的生物油具有下列共同的物理特徵：高密度（約1200Kg/m^3）；酸性（pH值為2.8～3.8）；高水分含量（15%～30%）以及較低的發熱量（14～18.5MJ/Kg）。
應用
生物質熱裂解技術是世界上生物質能研究的前沿技術之一。該技術能以連續的工藝和工廠化的生產方式將以木屑等廢棄物為主的生物質轉化為高品質的易儲存、易運輸、能量密度高
且使用方便的代用液體燃料（生物油），其不僅可以直接用於現有鍋爐和燃氣透平等設備的燃燒，而且可通過進一步改進加工使液體燃料的品質接近於柴油或汽油等常規動力燃料的品質，此外還可以從中提取具有商業價值的化工產品。相比於常規的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分極其微小，可視為21世紀的綠色燃料。

8. 生物質能源有哪些應用范圍

生物質能是指太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，是一種可再生能源。

生物質能源可以以沼氣、壓縮成型固體燃料、氣化生產燃氣、氣化發電、生產燃料酒精、熱裂解生產生物柴油等形式存在，應用在國民經濟的各個領域。

9. 我國生物質能的開發利用有哪些

1．我國的生物質能資源情況

我國擁有豐富的生物質能資源，據測算，我國理論生物質能資源50×108t左右，是我國目前總能耗的4倍。生物質能資源按原料的化學性質分，主要為糖類、澱粉和木質纖維素類。按原料來源分，則主要包括以下幾類：（1）農業生產廢棄物，主要為作物秸稈。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）農林加工廢棄物，木屑、谷殼和果殼。（4）人畜糞便和生活有機垃圾等。（5）工業有機廢棄物、有機廢水和廢渣等。（6）能源植物，包括所有可作為能源用途的農作物、林木和水生植物資源等。其中來源最廣、儲量最大、利用前景最可觀的是農業生物質和林業生物質這兩大類。

1）農業生物質

農業生物質資源包括農產品加工廢棄物和農作物秸稈，如圖7.13所示。農產品加工廢棄物有花生殼、玉米芯、稻殼和甘蔗渣等；農作物秸稈包括水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈等。據統計，我國各地區主要農業生物質的可利用總量約為5.6×108t，排名前三的地區分別是山東、河南、河北，而秸稈類農業生物質資源利用的主要方向為24%用於飼用，15%用於還田，2.3%用於工業，剩餘的約60%用於露地燃燒或薪柴。因此，我國的農業生物質資源的應用潛力非常大。

圖7.16生物質能開發利用的主要技術

2）化學轉化

生物質的化學轉化涉及氣化、液化和熱解等三個方面。

（1）氣化：

生物質氣化是指在一定的溫度條件下，藉助氧氣或水蒸氣的作用，使高聚合的生物質發生熱解、氧化、還原等反應，最終轉化為CO，H2和低分子烴類等可燃氣體的過程。在我國，應用生物質氣化技術最廣的領域是生物質氣化發電（BGPG）。生物質氣化發電的成本約為0.2～0.3元/（kW·h），已經接近或優於常規發電，其單位投資約為3500～4000元/kW，僅為煤電的60%～70%，具備進入市場競爭的條件，發展前景非常廣闊。

（2）液化：

生物質液化技術是指在高溫高壓的條件下，進行生物質熱化學轉化的過程。通過液化，可將生物質轉化成高熱值的液體產物，即將固態的大分子有機聚合物轉化成液態的小分子有機物，生物柴油就是利用生物質液化技術生產出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕櫚等在酸性或鹼性催化劑和高溫的作用下發生酯交換反應，生產相應脂肪酸甲酯或乙酯，再經過洗滌乾燥後得到生物柴油。與傳統的石化能源相比，其硫和芳烴含量低，十六烷值高，閃點高，具有良好的潤滑性，可添加到化石柴油中。

（3）熱解：

生物質熱解是指利用熱能將生物質的大分子打斷，從而轉化為含碳原子數目較少的低分子化合物的過程，即生物質在完全缺氧條件下，經加熱或不完全燃燒後，最終轉化成高能量密度的氣體、液體和固體產物的過程，而木炭就是利用生物質熱解技術生產出的重要產物。木炭產品包括白炭、黑炭、活性炭、機制炭四大類，其中應用范圍最廣的是活性炭。活性炭是具有發達孔隙結構、強吸附力、比表面積巨大等一系列優點的木炭。在我國，活性炭廣泛應用於葡萄糖、味精和醫葯等產業的生產。

3）生物轉化

生物轉化技術是指依靠微生物發酵或者酶法水解作用，對生物質進行生物轉化，生產出乙醇、氫、甲烷等液體或氣體燃料的技術。生物轉化的生物質原料包括澱粉和木質纖維素兩大類。玉米、木薯、小麥等澱粉類糧食作物是生物轉化的主體，但是以農作物為原料轉化的產品成本較高，且易受土地和人口的因素限制，產量無法大幅度增加。因此以廉價的農作物廢料等木質纖維素為原料的生物轉化技術才是解決能源危機的有效途徑。然而，木質纖維素的結構和組分與澱粉類原料有很大的不同，解決高效、低成本降解木質纖維素原料的問題是木質纖維素轉化產物取代化石燃料的根本途徑。

10. 生物質熱解技術的概述

生物質是一種清潔的可再生能源，生物質快速熱解技術是生物質利用的重要途徑，所謂熱解就是利用熱能打斷大分子量有機物，使之轉變為含碳原子數目較少的低分子量物質的過程。生物質熱解是生物質在完全缺氧條件下，產生液體、氣體、固體三種產物的生物質熱降解過程。