生物质热解及其释放气体特性的研究(4)
3) 生活污水和工业有机废水
生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
4) 城市固体废物
城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
5) 畜禽粪便
畜类飞边是畜禽排泄物的总称，他是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。我国主要的畜禽包括鸡、猪和牛等，其资源量与畜牧业生产有关。根据这些畜禽的品种、体重、粪便排泄量等因素，可估算出2000年全国畜禽粪便可获得资源的实物量为3.2亿吨干物质。
1.3. 生物质能热解技术
1.3.1. 概述
生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体、气体、固体三种产物的生物质热降解过程。
1.3.2. 热解原理
很多研究者对该基本机理进行了研究，其中Kilzer和Broido (1965 )提出了一个被很多研究所广泛采用的概念性框架，其反应途径如图1.1所示。
图1.1表明，低升温速率倾向于延长纤文素在200℃一280℃范围内所用的时间，结果以减少焦油的代价增加了炭的生成。liltal等对图进行了解释:首先纤文素经脱水作用生成脱水纤文素，脱水纤文素进一步分解产生大多数的炭和一些挥发物。在略高的温度与脱水纤文素反应竞争的是一系列相继的纤文素解聚反应生成焦油(主要是左旋葡聚糖)。根据实验条件，左旋葡聚糖焦油的二次反应或者生成炭、焦油和气，或者主要生成焦油和气。例如纤文素的闪速热裂解把高升温速率、高温和短滞留期结合在一起，实际上排除了炭生成的途径，使纤文素完全转化为焦油和气;慢速热裂解使一次产物在基质内的滞留期加长，从而导致左旋葡聚糖主要转化成炭。纤文素热裂解的化学产物包括CO、CO2、H2、炭、左旋葡聚糖以及一些醛类、酮类和有机酸。醛类中包括经乙醛，它是纤文素热裂解的一种主要产物。有些研究认为轻乙醛是纤文素本身的环状破碎形成的，左旋葡聚糖是在一个导致聚合物链长减短的随机裂解后，通过分裂聚合物链末端的葡萄糖单元产生的，Broldo于1976年提出了一个纤文素多步反应途径，后经Bradbury, Sakai和Shafizadeh在1979年改进而成为广为人知的“Broido-Shafizadeh模型”，简称B-S模型。其反应途径如图1.2所示。
到目前为止，生物质热解机理的研究主要是针对纤文素而开展的，相对而言，针对半纤文素和木质素开展的研究还非常缺乏。半纤文素与纤文素相比具有明显的无定形，构成其高分子的各个支链很不稳定，在外界因素(如酸解、碱解和热效应)的影响下，极易发生水解或热裂解。
半纤文素的热解温度是最低的，一般在接近20℃就开始分解，且其分解温度范围也最窄。在纤文素和木质素分解的初始阶段半纤文素已大部分分解完毕。Soltes曾指出，代表半纤文素的木聚糖的热解反应与纤文素相似，它也是按两步进行:首先是聚合物分解成可溶于水的木糖基单体碎片，然后再转化成短链或单链的单元结构的聚合物。对这些聚合物的结构分析表明，它们是从木糖基单体不规则缩合衍生来的。在较高的温度下，木糖基单体和不规则缩合的产物可再进一步裂解形成许多的挥发性物质。与纤文素的热解产物相比，半纤文素可产生更多的气体和较少的焦油，热解所得到的焦油中的化合物经鉴定包括有醋酸、糠醛和甲醛等。