农林废弃物联产生物油和生物炭

可再生能源

为低分子物质的热化学反应，产物包括气态、液态和固态3种。其中，液态产物（生物油）可以替代燃油在锅炉、窑炉、发动机及涡轮机等场所使用，可以通过催化重整获取氢，还可以提取或衍生出包括食品调味料、合成树脂及肥料等多种产品，是生物质转化利用的研究焦点之一。国内外一些科研单位以提高生物油的得率和品质为目标，在优选热载体、催化剂和溶剂及优化反应条件等方面进行了大量研究[1]~[7]，易维明开发了等离子体热裂解生物质的技术[8]，计建炳在Sada和Kudsy研究的基础上，提出以熔盐为热载体、催化剂和溶剂，快速催化热裂解生物质制取生物油[9]~[12]。然而，目前获得的生物油成份中，含氧化合物及水份比例较大，不适宜直接使用。与生物油相比，当前研究对生物质热裂解过程中的气相和固相产物关注较少。事实上，气态产物（裂解气）以H2，CO和CH4等可燃气体为主，包含可供利用的能量；固态产物（生物炭）不仅能用做燃料，还被应用于制备活性炭。Petit研究小组分别以桉树树皮、稻壳、甘蔗渣和玉米芯等农林废弃物为原料，采用不同的活化方法制取了生物活性炭[13]，并通过实验验证了吸附性能。

因此，在适宜的半径内收集农林废弃物，通过热裂解处理联产能量密度高、性质相对稳定的固态和液态产品（生物炭和生物油），加以收集、运输和存储，并利用裂解气中的能量，不仅能够大幅度降低生产成本，还能有效抗拒企业生产单一产品的经营风险。利用农林废弃物联产生物油和生物炭的工艺流程如图1所示。

熔盐

农林废弃物

熔盐

加热电炉

冷却水氮气

热电偶温度计

旋风分离器

氮气

原料

2010，28（4）

探讨利用农林废弃物联产生物油和生物炭的发展前景。

1实验研究

1.1生物质原料及其预处理

选用水稻秸秆作为实验原料。水稻秸秆产自华东地区，采用X.H.波钦诺克分析法，测得其中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为31.7%，

19.0%和21.5%。

过筛处理，选择颗粒直径0.45mm（40目）的生物质原料，放入100℃的烘箱内干燥3h，脱除其中自然吸附的水分。

水稻秸秆成分的工业分析和元素分析见表1。

表1

水稻秸秆的工业分析和元素分析

Table1Proximateandultimateanalysisofcelluloseandrice

straw

%

水分灰分挥发分固定碳

CHONS

14.1714.9366.334.5740.797.66449.8861.1740.486

1.2实验装置

如图2所示，实验装置由反应器、进料系统、

加热系统、集炭系统和冷凝集油系统组成。

电机

螺旋进料器

集炭

冷却水集油

冰水混合物

冷却水

图2裂解实验装置

热裂解

Fig.2Schematicdiagramofpyrolysis

反应器为不锈钢材质，圆筒形结构，内径95

裂解气

不凝气体

冷凝生物油

裂解残炭活化生物炭

mm，高150mm；反应器上端开有3个接口，分别

用于进料、出料和温度测量；反应器底部设有管路，用于鼓入惰性气体。加热系统的主体为从杭州蓝天仪器有限公司定制的管式电加热炉，可程序升温，最高使用温度为1000℃；熔盐温度由K型热电偶通过不锈钢接管深入熔盐内部测得，外接数字表显示，测温精度为0.1℃。采用步进电机带动螺旋进料器进料，进料速率可调，进料管末端加冷却套管，以防止生物质原料提前结焦；进料管设有气体管路，可通入惰性气体。采用旋风分离器收

图1联产生物油和生物炭的工艺流程示意图

Fig.1Flowchartofco-productionofbio-oilandbio-charcoal

本文在自行设计的反应器中，以水稻秸秆为原料，以熔盐为热载体、催化剂和溶剂，进行了热裂解反应实验。考察了熔盐组成，温度，N2空速等因素对热裂解产物得率和组成分布的影响，并对液态和固态热裂解产物进行了初步的分析研究，·76·