生物質(zhì)焦及其特性

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1、生物質(zhì)焦及其特性鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/86608.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com生物質(zhì)焦及其特性羅凱，陳漢平，王賢華，楊海平，張世紅（華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點實驗室，湖北武漢430074）摘要：生物質(zhì)焦是生物質(zhì)熱解的固體產(chǎn)物。文章綜述了生物質(zhì)焦的產(chǎn)生機理，熱解反應(yīng)條件及生物質(zhì)的種類、顆粒大小、灰分含量、無機物含量等原料特性對生物質(zhì)焦產(chǎn)量的影響規(guī)律，介紹了生物質(zhì)焦的物理吸附特性，燃燒、氣化的化學(xué)特性以及生物質(zhì)焦的應(yīng)用，其目的是為今后生物質(zhì)焦的研究提供參考依據(jù)。1生物質(zhì)焦的概念地球上的生物質(zhì)資源相當豐富，作為可

2、再生的清潔能源，生物質(zhì)能受到了人們的關(guān)注，各國相繼開展了生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究。生物質(zhì)熱解技術(shù)通過熱化學(xué)的方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的固體、液體和氣體燃料，其反應(yīng)工藝簡單，反應(yīng)條件容易控制，因而作為先進的生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)得到普遍重視。生物質(zhì)熱解是在無氧或者缺氧的條件下，將生物質(zhì)加熱到高溫狀態(tài)，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)的過程。生物質(zhì)熱解是復(fù)雜的化學(xué)過程，包括分子鍵的斷裂、異化和小分子的聚合等反應(yīng)。熱解產(chǎn)物主要為焦炭、可燃氣體和焦油。通過控制反應(yīng)條件可以獲得不同質(zhì)量比例的產(chǎn)物。從大量的文獻中我們可以看到，人們對生物質(zhì)熱解氣和熱解油的研究已經(jīng)相當充分，而對生物

3、質(zhì)熱解的另一種產(chǎn)物——生物質(zhì)焦的研究相對較少。生物質(zhì)焦主要是由生物質(zhì)中木質(zhì)素的裂解得到。文獻中敘述了生物質(zhì)焦的形成過程：生物質(zhì)在加熱過程中脫水，隨著溫度的升高，生物質(zhì)在缺氧的條件下受熱分解，析出揮發(fā)分，溫度繼續(xù)上升，深層揮發(fā)物質(zhì)由生物質(zhì)表面向外擴散，最終形成了生物質(zhì)焦。2生物質(zhì)焦產(chǎn)量的影響因素?zé)峤夥磻?yīng)條件對生物質(zhì)焦產(chǎn)量的影響非常大。由文獻可知，生物質(zhì)在低溫、低升溫速率和較長的反應(yīng)時間下慢速熱解可以獲得最大產(chǎn)量的生物質(zhì)焦。這可能是因為該反應(yīng)條件促進了熱解氣體的二次裂解，使生物質(zhì)焦產(chǎn)量因二次結(jié)焦與重聚反應(yīng)而增加。溫度是影響生物質(zhì)焦產(chǎn)量的最重要因素。大量文獻報道，低溫對生物質(zhì)焦的形成非

4、常有利。D.A.DellaRocca指出，隨著溫度的升高，生物質(zhì)焦中的C-H，C-O鍵紛紛斷裂，氫、氧從生物質(zhì)焦中分離出來，生物質(zhì)焦中的氫、氧含量減少，碳富集。另外，加熱速率和反應(yīng)時間也對生物質(zhì)焦的形成有較大影響。除了熱解反應(yīng)條件以外，其他影響生物質(zhì)焦產(chǎn)量的因素還包括生物質(zhì)的種類、顆粒尺寸、灰分含量等。生物質(zhì)中纖維素的裂解主要產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，木質(zhì)素主要裂解成為生物質(zhì)焦，因此，生物質(zhì)中木質(zhì)素含量的多少將直接影響生物質(zhì)焦的產(chǎn)量。A.Sakakibara通過試驗比較證實，生物質(zhì)的木質(zhì)素含量越多，生物質(zhì)焦的產(chǎn)量也就越大?；曳趾繉ι镔|(zhì)焦產(chǎn)量的影響也很大。這是因為灰分主要存在于木質(zhì)素中，

5、生物質(zhì)熱解以后，幾乎所有的灰分都殘留在生物質(zhì)焦中。因此，生物質(zhì)中木質(zhì)素含量越多、灰分含量越高越有利于提高生物質(zhì)焦的產(chǎn)量。R.Zanzi研究了生物質(zhì)顆粒尺寸對生物質(zhì)焦產(chǎn)量的影響。生物質(zhì)顆粒越小，加熱速率越快。由于生物質(zhì)焦產(chǎn)量隨著加熱速率的增加而減少，所以大顆粒生物質(zhì)可以減慢加熱速率，提高生物質(zhì)焦的產(chǎn)量。K.Raveendran通過試驗發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)灰分中含有的無機礦物質(zhì)對生物質(zhì)焦的形成具有一定的催化作用。DeGroot研究發(fā)現(xiàn)，對木屑進行酸洗以后，生物質(zhì)焦的產(chǎn)量會有所減少。他們認為，酸洗洗掉了木屑中的無機物質(zhì)，而這些無機物對生物質(zhì)焦的形成是有幫助的。華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點實驗室利

6、用添加金屬鹽的方法對生物質(zhì)焦產(chǎn)量進行了研究，指出在生物質(zhì)熱解中添加K2CO3和CaCO3▲MgCO3都可以提高生物質(zhì)焦的產(chǎn)量，且產(chǎn)量隨著添加金屬鹽濃度的增加而增大。3生物質(zhì)焦的特性頁面1/3生物質(zhì)焦及其特性鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/86608.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com3.1生物質(zhì)焦的物理特性生物質(zhì)焦是生物質(zhì)熱解以后得到的固體產(chǎn)物，呈黑色粉末狀，它具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的表面特性，表面總面2積高達600m/g。生物質(zhì)焦多孔的高含碳結(jié)構(gòu)使其對氣體和液體具有強大的物理吸附功能，在氣體凈化、污水處理等領(lǐng)域被廣泛用

7、作吸附劑。K.Ramesh在常壓150~500℃下針對生物質(zhì)焦孔隙結(jié)構(gòu)的形成過程進行了試驗研究，采用Brunauer-Emmett-Teller法（BET）測量生物質(zhì)焦的表面積，用掃描電鏡（SEM）獲得其表面形態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素?zé)峤鈺r，揮發(fā)分依次從表面及內(nèi)部逐層析出，隨著溫度的升高，大量揮發(fā)分的析出促使木質(zhì)素內(nèi)生成了許多氣泡與氣孔。這些氣泡由生長到破裂，形成了生物質(zhì)焦的孔隙結(jié)構(gòu)。K.Ramesh發(fā)現(xiàn)在高溫下木質(zhì)素的軟化、熔融會導(dǎo)致生物質(zhì)焦氣孔部分堵塞，從而致使生物質(zhì)焦的物理吸附特