生物质与煤混合热解特性的研究+文献综述(6)
生物质的化学构成主要是纤文素、半纤文素、木质素和少量的有机可萃取物以及无机矿物质。纤文素和半纤文素是由碳水化合物构成的长链高分子化合物，而木质素是由碳水化合物通过一系列生物化学反应合成的，具有苯基丙烷单元的基本骨架，其热稳定性高于纤文素和半纤文素，三者有机结合，构成植物的结构单元—细胞。
1.3.2 生物质的热解过程
生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解成木炭、生物油和可燃气体的过程通常称之为热解，这种热解过程所产产品主要有固体、液体、气体3类产品。在热裂解反应过程中，会发生一系列的物理变化和化学变化，前者包括物质传递和热量传递，后者包括一系列复杂的化学反应。可以从三个角度对热裂解反应机理进行分析：
(1) 从生物质组成成分分析
生物质主要由纤文素、半纤文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。生物质的三种主要组成物常常被假设为独立的进行热分解，纤文素主要在325~375 ℃分解，半纤文素主要在225~350 ℃分解，木质素在250~500 ℃分解。纤文素和半纤文素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解为炭。生物质的热解过程可以看作是由纤文素、半纤文素和木质素的热解过程的线性叠加。
(2) 从物质和能量的传递分析
首先能量被传递到颗粒表面，再由表面传递到颗粒内部。热裂解过程由外到内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速分解成木炭和挥发分。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。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可凝气体。在多孔生物质颗粒内部的挥发分还将迸一步裂解，形成不可凝气体和热稳定的二次生物油。同时，挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，成为二次裂解反应。生物质热裂解过程最终形成生物油、不可凝气体和生物质炭。
(3) 从反应进程分析
生物质的热裂解过程分为三个阶段，脱水阶段、主要裂解阶段和炭化阶段。脱水阶段(室温~100 ℃)在这一阶段生物质只是发生物理变化，主要是失去水分。主要裂解阶段，生物质在缺氧的条件下受热分解，随着温度的提高，挥发物相应析出。炭化阶段在这一阶段发生的分解非常缓慢，产生的质量损失很小，该阶段被认为是C–C键和C–H键的进一步裂解所造成的。
生物质与煤的热解有很多共同特征。生物质与煤在热解过程同具有以下主要的反应过程：
甲烷气化反应：CH4+H2O→CO+3H2 (1-1)
水煤气反应：C+H2O→CO+H2 (1-2)
循环反应：C+CO2→2CO (1-3)
甲烷分解反应：CH4→C+2H2 (1-4)
根据温度、加热速率、固体停留时间及固体粉碎程度等条件可把热解分成慢速热解、快速热解和闪速热解(表1.2)。快速热解是以非粮食类的生物质为原料制取液体燃料的方法之一，尺度小的稻壳、木屑等的干燥物料是快速热解工艺的理想原料。由快速热解工艺获得的液体燃料含氧量高，但是热值较石化燃料低，还需要进一步精制处理才能有效利用。
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