生物质热解特性研究

摘要：本课题主要进行农业生物质热解转化特性及动力学研究，研究具体内容包括（1）综述生物质能利用现状，综述当前生物质能源化利用及其研究现状；（2）学会操作使用元素分析、工业分析、发热量分析、灰熔点分析及热重分析等相关设备，选取几种典型农业生物质为研究对象，分析其基本燃料特性、热解特性。

关键词：生物质；热解；能源化；燃料特性；热解特性

1.前言

生物质热裂解技术是世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术^[1]能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料（生物油），其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为21世纪的绿色燃料。

2.研究背景及其意义

作为一个以工业发展为重要动力来推动经济发展的发展中国家^[2]，现阶段我国的工业发展正处于快速发展阶段。工业的迅猛发展需要消耗大量的能源，人口基数大等基本国情决定了我国的能源消费数量的庞大：至2010年我国的能源消费量占世界比重的20.3%，已超越美国变成世界上最大的能源消费国。与世界上其他以油气为主的主要工业化国家不同，我国由传统重工业演变而来的现代工业由于受我国能源资源条件的影响，其能源消费和生产结构依旧是以煤炭为主，并且这一发展的基本国情在长时期内不会发生改变。据国家能源所预测：到2050年我国的能源需求量的增加将使能源储备量与能源需求量之间的鸿沟愈发增大，在当前开采速度下，全球已探明的煤炭资源可供生产年限不足160年，石油和天然气也不足70年。此外，由于工业技术发展的不成熟，煤炭燃烧所排放的CO₂、SO₂和NOx等产物引发了气候变暖、环境污染严重、生态环境恶化等一系列问题。与此同时，燃烧效率不高又导致了我国的能源利用出现了能源利用率低、能源结构失衡、环境污染严重等结果。

目前^[3]，能源短缺和环境恶化是全球共同关注的两大问题，能源是人类社会生活和发展进步的物质基础。随着世界经济持续和快速的发展，人类对于能源的需求也是越来越大，传统的化石燃料煤和石油，由于自身的缺点：1.不可再生能源，储备量有限，人均储藏量远远小于世界平均水平；2.分布不均匀，存储和运输过程中存在安全隐患；3.使用过程中，会对环境造成极大的污染。已经难以满足人类的需求，因此，从保护环境以及可以提供可持续发展能源的角度出发，人类开发了许多新能源，但由于技术原因以及能源自身局限性，在环境协调性和能源储备方面出现了重要问题，因此，生物质能作为清洁环保的可再生能源，其高效转换和洁净利用被提上日程。

由于生物质能有着以下优点：1.生物质的大量性和普遍性。地球上现有的植物生物质有大量干物质，遍布全球，利用方便。2.生物质是一种理想的可再生能源。只要绿色植物的光合作用不断进行，生物质就会就永不枯竭。3.便于运输，生物质固体成型技术已经比较成熟，其有效解决生物质储存和运输的问题。4.生物质能源的清洁性。在科学合理的利用下，生物质能的利用可以实现CO₂的零排放。同时SO₂、NO_X的生成量远远小于传统化石燃料。生物质热解研究的进行将会把这些优点不断放大，尤其是对于我国这样的能源消耗大国更是有着战略性影响和提升，在高速发展的将来有着更加广阔的发展前景，对于我国的环境整改有着积极作用。