生物质热裂解气化分析

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摘要：能源是人类生存与发展的前提和基础，在人类社会实践和生产实践中扮演着重要的角色。生物质能是重要的可再生资源之一，其中稻壳的产量非常巨大。本文介绍了国内外生物质热裂解研究现状，以稻壳为生物质原料，进行了常规加热条件下的裂解实验，着重考察了水分、温度、催化剂、对稻壳裂解及对稻壳裂解气体和液体产物分布的影响。

关键词：生物质，稻壳，裂解，催化剂，气相色谱(GC)，气相色谱-质谱联用(GC-MS)，

中图分类号： S216 文献标识码： A 文章编号：

0 引言

近年来，我国的粗放型经济已严重损坏了我国的生态平衡，沙尘暴天气己严重威胁着我国的北部。为了避免我国生态环境的进一步恶化，必须建立一个经济发展的新时代，这一新时代建立在资源和环境得以持续发展的基础上，既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要构成危害，也即可持续发展的概念[1]。可持续发展的新型资源观逐步深入人心，在减少资源消耗的基础上，提高资源的利用率，促进可再生资源的增长，使全球生态系统结构功能保持良好状态，这已成为世界各国的行动纲领。由上可见，如此迫切的形势要求我们必须寻求新的能源来源。从长远观点来说，我国的能派战略和世界能源战略一样必然要进入以可再生能源为主的可持续发展能源道路[2]。

1 生物质能源及其在能源中的作用

1.1 生物质能的概念

生物质能是以生物质为载体的能量，即蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量形式。生物质通常是指以木质素、纤维素、半纤维素以及其他有机质为主的陆生植物（木材、薪材、秸秆等）和水生植物等，是一种稳定的可再生能源资源。生物质能是人类一直赖以生存的重要能源[3]。

1.2 生物质能优点

生物质能源是一种理想的可再生能源，与常规能源相比具有以下特点：

(1) 可再生性，只要太阳辐射能存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能就永远不会枯溺。

(2) 低污染性。生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的SO2、NOx 较低，生物质作为燃料时，二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减少温室效应。

(3) 广泛的分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能。所以，利用生物质作为替代能源，对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。生物质能的低硫和CO2 的零排放使生物质成为能源生产的研究热点。 因此利用生物质作为替代能源，对改善环境、促进循环经济发展、提高能源利用率及提高社会的文明程度都有极大的好处[4]。

1.3 国内生物质能现状

目前，生物质能的利用占世界总能耗的14%，相当于12.57亿吨石油。在发展中国家，生物质能占总能耗的35%，相当于11.88亿吨石油。目前全世界仍有25亿人口用生物质能做饭。取暖和照明。但是生物质利用总量还不到其生产总量的1%，由此可见，生物质能的开发利用前景十分广阔。生物质能的开发利用有利于改善环境，同时可以满足我们对能源的需求。由绿色植物派生的生物质包括：城市垃圾、有机废水、粪便、林业生物质、农业废弃物、水生植物以及能源植物等。生物质能源转换技术包括生物转换、化学转换和直接燃烧三种。生物质能源转换的方式有生物质气化、生物质固化、生物质液化和生物质发电四种。生物质能有这样一些具体利用形式：沼气及其综合利用，节柴灶，生物质固化压块成型，生物质热解气化，生物质热解液化，生物质发酵醇类，生物质发电技术，能源植物，生物质发酵产氢。描述了沼气及其综合利用，热解气化、发酵乙醇、能源植物、压块成型、垃圾能源回收和发酵产氢等生物质能源转换技术。

1.4 生物质资源开发的重要意义

生物质能在工业生产和日常生活中占有相当重要的地位在工业社会以前，生物质能主要作为生活燃料，其用户是农村居民和城镇的少数居民。工业社会以后，生物质能的终端用户除了农村居民外，很重要的一部分是产生生物质废弃物的企业，如糖厂、木材厂、碾米厂以及废水和垃圾处理厂等[5]。

生物质能是仅次于煤、石油和天然气的第四位能源，是人类生存和发展的重要能源之一，在整个能源系统中占有重要地位。全世界约25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分，到本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的35～40％以上。人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，因而改变能源的生产方式和消费方式，用现代技术开发利用包括生物质在内的可再生资源，对于建立持续发展的能源系统，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大的意义[6]。

2 生物质转化利用技术

生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一。生物质能新技术的研究开发如生物技术高效低成本转化应用研究，常压快速液化制取液化油，催化化学转化技术的研究，以及生物质能转化设备如流化床技术等是研究重点，一旦获得突破性进展，将会大大促进生物质能开发应用。世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：

(1)直接燃烧法

(2)热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品

(3)生物化学转换法

(4)物理转换法

2.1 生物质的气化技术

生物质气化是生物质转化过程最新的技术之一。生物质原料通常含有70%～ 90% 挥发分，这就意味着生物质受热后，在相对较低的温度下就有相当量的固态燃料转化为挥发分物质析出。由于生物质这种独特的性质，气化技术非常适用于生物质原料的转化。

2.2 生物质的液化技术

生物质是惟一可以转化为液体燃料的可再生能源，将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足，而且有助于保护生态环境。我国生物质资源丰富，发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。

（1） 快速热解液化

（2）加压液化

（3） 生物质液化产物的性质及应用

2.3稻壳利用生产工艺研究

2.3.1我国稻壳利用的现状

我国是农业大国，农作物秸秆是农业生产的副产品也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业种植业的生产关系十分密切。我国稻谷产区主要分布在长江中下游的湖南、湖北、江西、安徽、江苏，华南的广东、广西、福建以及东北三省。南方以釉稻为主，北方以粳稻为主。我国稻谷产量达到2亿吨左右，居世界首位，稻壳作为谷物加工的主要副产品之一，占稻谷籽粒重量的30%左右，稻壳是最难利用、数量最大的农业废弃物，绝大多数作为废弃物扔掉，稻壳综合利用一直是人们希望研究解决的课题。对稻壳成分分析表明，稻壳中含有15%～18%的无定形水合二氧化硅，其它成分主要是碳氢化合物。

2.3.2稻壳热解产品应用

稻壳热解产物主要由生物油、不可冷凝气体和木炭（稻壳灰）组成[7]。

1、生物油的应用。生物油可作为液体燃料直接燃烧或用于涡轮机发电，还可从生物油中提取某些重要的化学品。生物油具有特殊的意义，其相比于生物质原料具有较高的能源密度，并且易运输，易储存，可作为燃油锅炉及加热设备的现有燃料的替代品。此外，可将生物质油加工改质为生物质柴油、食品添加剂、防腐剂、树脂等。

2、不可冷凝气体的应用。由于稻壳热解得到的不可冷凝气体热值较高，可用于生产其它化合物及为家庭和工业生产提供燃料。

3、木炭（稻壳灰）的应用。木炭呈粉末状，黑色物质。研究表明，木炭具有如下特点：疏松多孔，具有良好的表面特性；灰分低，具有良好的燃烧特性；含硫量低；易研磨。因此生产的木炭（稻壳灰）与碱反应制备活性炭、水玻璃及白炭黑。

3 总结

稻壳裂解气化的最佳工艺条件是烘干稻壳，温度在800℃～900℃之间，可定在850℃，反应时间定为2小时，催化剂为白云石。

参考文献

[1] 李瑞阳. 21世纪的重要能源－生物质能[J].世界科学，1999(10)：25－27