创新点
烘焙预处理是一种轻度预热解过程,可有效降低生物质原料的含水率和O/C比,提高能量密度,进而提高后续热解产物(生物油、生物质炭和生物燃气)的品质。本文综述了烘焙预处理对生物质原料以及热解产物特性的影响。首先详细介绍了生物质烘焙的类型及其差异,然后系统论述了烘焙温度、烘焙时间、烘焙气氛以及颗粒大小等烘焙工艺条件对烘焙产物的理化性质的影响,阐述了烘焙预处理对常规热解三相产物特性的作用机制以及烘焙预处理在催化热解制取平台化学品上的应用,最后展望了烘焙预处理的发展方向。
通讯作者简介
马中青,副教授,博士生导师,主要从事生物质热化学转化研究,入选中国科协“青年人才托举工程”、国家林业与草原局青年拔尖人才等人才项目,主持国家自然科学基金面上和青年基金项目,浙江省“领雁”研发攻关计划项目、浙江省自然科学基金探索项目和青年基金项目、中国和浙江省博士后基金项目等10余项科研项目,发表学术论文90余篇,含ESI高被引论文8篇,ESI热点论文2篇,论文被引用4500余次,H因子35,授权专利10余件,获浙江省科技进步三等奖1项、江苏省科技进步三等奖1项、中国商业联合会科技进步二等奖1项,中国可再生能源学会科学技术奖三等奖1项,梁希科技进步三等奖2项,江苏省工程热物理学会科学技术奖一等奖1项、梁希优秀青年论文一等奖/三等奖各1项。
烘焙预处理改善生物质及其热解产物品质的研究进展
作者
单位
浙江农林大学 竹子研究院
基金项目
1. 国家自然科学基金资助项目(52376214)
2. 浙江省“领雁”研发攻关计划资助项目(2024C03225)
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摘要
生物质是能够生产化学品和液体燃料的可再生碳源。在当前能源危机和环境污染日趋严重的背景下,生物质热解技术在替代化石燃料制取高附加值产品方面取得重大进展。然而,生物质存在成分复杂、热值低、含氧量及含水率高等问题,限制了生物质热解技术的进一步发展。烘焙预处理是一种轻度预热解过程,可有效降低生物质原料的含水率和O/C比,提高能量密度,进而提高后续热解产物(生物油、生物质炭和生物燃气)的品质。综述了烘焙预处理对生物质原料以及热解产物特性的影响。首先详细介绍了生物质烘焙的类型及其差异,系统论述了烘焙温度、烘焙时间、烘焙气氛以及颗粒大小等烘焙工艺条件对烘焙产物的理化性质的影响。其次,阐述了烘焙预处理对常规热解三相产物特性的作用机制,以及烘焙预处理在催化热解制取平台化学品上的应用。最后,展望了烘焙预处理的发展方向。
研究背景
目前,利用化石燃料导致的环境污染和二氧化碳过量排放等问题日益严重,构建清洁可再生的能源供给结构迫在眉睫。生物质是唯一能够生产化学品和液体燃料的清洁可再生碳源。生物质热解技术可将生物质转化为生物质炭、生物油和生物燃气等3种不同形态的产品。然而,生物质存在水分和氧含量较高、有效氢碳比和能量密度低等缺点,导致生物质热解产物的品质较低,如生物油的含水量高、热值低、酸性强、组分稳定性差,进而限制了热解技术的商业化推广和发展。因此,必须对生物质原料进行改性提质预处理,进而改善生物质原料本身及其热解产物的品质。
生物质烘焙预处理是指生物质在较低的温度范围(150~300℃)内,通过生物质组分的部分热降解,进而脱除水分和轻质挥发分的轻度预热解过程。生物质经烘焙预处理后,原料内的自由水被全部脱除,O元素被大量脱除,O/C比大幅下降,能量密度和热值大幅提升,可研磨性增强。此外,烘焙预处理也可显著改善后续热解三相产物的品质:首先,生物质炭的产率显著增加,且生物质炭的固定碳含量和热值大幅提高;其次,生物油中的水分和氧含量显著降低,生物油中酚类和酮类组分的含量增加,从而提高了生物油的稳定性;生物燃气中CH4和H2含量增加,CO2含量降低,燃气热值显著提升。
本文针对烘焙预处理对生物质原料以及热解产物特性的影响进行了综述。首先详细介绍了生物质烘焙的类型及其差异,然后系统论述了烘焙温度、烘焙时间、烘焙气氛以及生物质粉末粒径等烘焙工艺条件对烘焙产物的理化性质的影响,阐述了烘焙预处理对常规热解三相产物特性的作用机制以及催化热解制取平台化学品上的应用,最后展望了烘焙预处理的发展方向。
部分图片
图1 生物质烘焙预处理装置和分类
蔡瀚樂,朱亮,马中青.烘焙预处理改善生物质及其热解产物品质的研究进展[J/OL].能源环境保护:1-11[2024-04-01].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240313.
CAl Hanle, ZHU Liang, MA Zhongqing. Research progress of the effect of torrefaction pretreatment on the properties of biomass and its pyrolysis product[J/OL].Energy Environmental Protection:1-11[2024-04-01].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240313.