生物质热裂解机理及其反应动力学

生物质热解液化是在中温（500℃~600℃）、高加热速率（104~105℃/s）和极短气体停留时间（约2s）的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却，可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷却，得到高产量的生物质液体油。快速热裂解液化反应对设备及反应条件的要求比较苛刻，但其最大的优点在于生物油的高密集能量、易存储和易运输性，不存在就地消费问题，因而得到了国内外的广泛关注。

生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物以及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成。一般认为，纤维素主要在325℃~375℃，半纤维素主要在225℃~350℃，木质素在250℃~500℃热裂解.纤维素和半纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解成炭。

从物质、能量的传递分析来讲，首先热量被传递到颗粒表面，并由表面传到颗粒的内部。热裂解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速分解为木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油。一次裂解反应生成了生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔生物质颗粒内部的挥发分还将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物质颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热裂解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质炭。反应器内的温度越高且气态产物停留时间越长，二次裂解反应则越严重。为了得到高产率的生物油，需快速去除一次热裂解产生的气态产物，以抑制二次裂解反应的发生。