生物质能的热化学转化技术-新能源.PDF

生物质能的热化学转化技术 链接：/tech/108061.html 来源：中国新能源网 生物质能的热化学转化技术 张燕，佟达，宋魁彦 (东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室，哈尔滨150040) 摘要：生物质能源是未来替代化石资源的丰富和可再生清洁能源之一，它具有二氧化碳中性。生物质的热化学转化 可以形成固、液、气3种形态的生物质能源，用以提供热能和动力。对生物质热化学转化中的燃烧、气化、液化和热 解技术进行阐述，同时提出生物质热值低、运输贮存不易、反应副产物难分离和政策、资金投入力度仍需加大等问题 ，对生物质能源发展和研究进行展望。 随着日益紧张的能源危机加剧和环境问题重视程度的加强，作为一种可再生的环境友好型能源，生物质能的研究越 来越受到国内外学者的广泛关注。生物质原料的热化学转化是利用纤维素、半纤维素和木质素的化学变化改变其物理 特性而形成的新的生物质能源。纤维素是由许多吡喃型D－葡萄糖基，在1，4位置上以β－苷键联结而成的天然线性 高分子材料；半纤维素是不均匀聚糖，由葡萄糖、甘露糖、木糖和阿拉伯半乳聚糖等中的两种或两种以上糖基组成； 木质素的成分非常复杂，是由愈 创木基、紫丁香基和对羟苯丙烷的基本结构单元组成[1] 。生物质的热化学转化有两种基本途径：一种是将生物质气化，使其转化成碳氢化合物；另一种是将其直接在高温下 [2] 热解、高压下液化或者深度热解和抽提。热化学转化过程包括燃烧、气化、液化和热解 。 1生物质能的热化学转化技术 1.1燃烧 燃烧是应用最广泛的生物质转换方式，在一些不发达地区，人们仍在利用生物质的直接燃烧来获取能量来满足日常 的生活。生物质燃料的燃烧热值比化石能源的热值低很多，这是由于生物质燃料的高含水率和高氧含量决定的，对于 不同能源的主要化学元素组成情况如图1所示[3] [4] ；燃烧热值和含水率的大小呈线性递减的关系，如图2所示 生物质能的热化学转化技术 链接：/tech/108061.html 来源：中国新能源网 生物质能的热化学转化技术 链接：/tech/108061.html 来源：中国新能源网 生物质的燃烧过程可以分3个阶段：水蒸气蒸发与预热阶段、挥发燃烧阶段和固定碳燃烧阶段[5]。 为了提高生物质燃料的燃烧热值，可以对原料进行相应的处理：①在燃烧的水蒸气蒸发与预热阶段，加入燃料引发 [6] [7] 剂 、供给氧气或者增加通风量，从而降低燃料的着火点 ； ②在 致密成型 的固体燃料中加入 催化剂降低生物质原料的表面活化能 ，如钡剂和锰剂，同时起到消烟助燃的效果[8] ，此外用于煤的催化剂如K，Cu，FeCl/FeCl，MnO 2 3 2 ，稀土钙钛矿型和纳米长效节煤添加剂等[9] 均可以考虑到生物质能源的应用上来；③原料的蒸汽爆破可以使灰分含量和氧含量降低，增加燃烧热值，起到固碳的 [10] 作用，同时还可以提高密度、冲击韧性和耐磨性，降低了灰分的熔化温度 。 将松散的生物质原料进行压缩致密成型后再进行燃烧，可以降低贮存空间，提高燃烧效率，对于影响生物质致密成 型燃料燃烧的因素有： ①原料种类：生物质固体成型燃料的原料是由纤维素、半纤维素和木质素等成分组成，不同种类的原料具有不同的 密度和化学组分。生物质能源和化石能源相比具有很高的氧碳含量比，这也是生物质热值低的重要原因。生物质主要 化学组分的氧碳含量比为木质素＞半纤维素＞纤维素，所以木质素的含量直接影响燃烧热值。 ②原料粒度和相对孔隙率：原料的粒度越小，比表面积和孔隙度就会越大，这样增加了对空气的吸附作用，也有利 于内部热量的传递。 ③反应温度：温度的高低影响燃料挥发分的析出速率