生物质微波热解制气研究进展

本文转自:科技导报
生物质微波热解制气研究进展
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随着“2030年碳达峰 , 2060年碳中和”目标的提出和实施 , 中国将迎来广泛而深刻的能源变革 , 发展可再生能源被认为是实现资源和环境可持续发展的有效途径 。
储量丰富的生物质能源因其可再生性强、环境友好且可持续发展而成为传统化石能源理想的替代品 。生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点 , 但在制气方面存在产率不高、热值较低等问题 。
本文简述了微波热解原理 , 梳理了微波辅助热解技术在提升产气产率及热值、高效脱除焦油、抑制污染物生成和降低系统能耗4个方面的国内外最新研究现状 , 评述了当前实验用焦油模型化合物存在的局限性以及焦油在转化与脱除过程中所面临的问题 , 并给出了科学合理的建议 。
目前 , 生物质能源是仅次于石油、煤炭和天然气的第四大供应能源 , 占世界一次能源供应总量的10% , 将成为2018-2023年增长最快的可再生能源;中国生物质能源的发展前景十分乐观 , 预计占全球生物能源的37% 。
生物质是唯一可以转化为固体、液体和气体三态产物的可再生能源 , 通常被认为是零碳排放能源 , 甚至可以通过利用一些新型技术达到负碳排放的目的 , 对于解决由温室效应引起的全球气候变暖具有重要意义 。
微波热解是一种由内向外的体积式加热方式 , 其本质是微波在物料中的能量耗散 。
生物质微波热解制气研究进展
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常规加热方式和微波加热方式的对比
产气产率及热值的提升
从利用生物质热解气的角度考虑 , 如何最大限度地提升产气产率及热值至关重要 。常规微波热解研究
Hong等对比了螺旋藻、小球藻和紫菜在不同微波热解温度和升温速率下的气体产物收率 , 发现紫菜更适合作为气体产物的原料 。
Sait等考察了不同原料部位对微波热解气体产物产率和组分的影响 , 发现因不同原料部位的介电常数和介电损耗因子不同 , 造成微波吸收能力各异 , 最终导致气体产物收率不同 , 且H2/CO组分比例也会随之改变 。
郑照强等系统研究了微波热解温度、热解功率和添加剂对微波热解紫茎泽兰固、液、气产物得率的影响 , 并得到各种形态产物调控规律 。
彭好义等利用钟罩式生物质微波热解实验装置研究了杨木的微波热解产气特性 , 表明提高微波功率和热解终温均可提升热解产气率 , 增大产气热值峰值 , 提高热解气化效率 。
Mao等在连续螺旋反应器中对糠醛渣进行了微波辅助热解实验 , 发现高岭土、CaO和K2CO3这3种添加剂均能促进H2和CH4产率的提升 , 且CaO还能降低CO2的产率 , 气体产率的变化主要是由反应平衡动力学决定 。
Shi等研究了添加剂活性炭对微波辐照下富氢合成气产量的影响 , 发现活性炭重整与微波辅助热解的耦合不仅提高了气体产物产率 , 降低了生物油产率 , 还进一步促进了H2生成的选择性 , 极大提高了产物的整体低位热值(LHV) 。微波共热解研究
微波辅助方式下的共热解有助于进一步增强不同原料之间的协同作用 , 以实现热解效率和产物品质的充分提升 。
Li等首次对木屑和油砂进行了微波辅助共热解研究 , 表明微波辅助热解是一种简单、有效、可替代的解决方案 , 可以提高共热解过程的能源效率 , 最大限度地利用资源 。