生物质热解多联产产物的性质及特点

生物质经过预处理后，得到含水量较低的成型棒，直径一般为60～80 mm，长度为500～800 mm。然后，将成型棒依次堆码在特制铁筐中，成型棒间距5～10 mm，保证挥发分稳定释放，减少系统阻力。用起重装置等相关设备将铁筐放入干馏釜，封装釜盖，保证密封性能。启动点火装置，干馏釜受热升温。前2～3 h主要为生物质脱水阶段，温度低于250℃，大分子连接键开始断裂，部分CO2和CO释出，类似烘焙，此阶段产生的气体不收集，引入加热炉中燃烧，有利于提高燃气及液体产物品质。而后3～4 h为主要的产气阶段，温度为300～600℃，生物质内部大分子中糖苷键大幅断裂，官能团迅速减少，出现脱羟基、脱羰基、脱羧基、脱甲氧基等，产生CO2、CO、CH4、H2和小分子碳氢化合物气体产物，以及大量的液体产物。最后2～3 h为炭化阶段，生物质内部出现脱氢缩聚，生成3～5环的芳香化合物，无定形碳逐渐有序化，产生少量燃气及液体油。生物质热解完成后，焦炭在密封干馏釜内冷却至60～80℃后取出。

干馏釜内部生物质热解释放的挥发分依次进入热交换塔、冷凝塔、洗涤塔、脱酸洗涤塔、气液分离器、过滤塔，实现液体产物与燃气的分离。热交换塔和洗涤塔是以木醋液为介质的直接混合换热器，冷凝塔是介质为水的间接换热器。经热交换塔和冷凝塔及洗涤塔冷却的液体产物进入油水分离器，根据二者密度差，分离得到焦油和木醋液。脱酸洗涤塔主要喷洒碱性液体，消除气体产物中的H2S等酸性气体。而后，燃气进入气液分离器，在离心力及惯性力的作用下，进一步脱除燃气中的液体成分。最终气体在过滤塔中进一步去除杂质，经排气输送机送入储气柜。

经过热解多联产技术的转化，1t秸秆原料可产230～310 m3燃气、250～300 kg焦炭，以及50 kg左右木焦油和250 kg木醋液。供气站每一釜原料热解完成后，通过称量焦炭和划取储气柜基线，分别核算气固产物产率；液体产物集中装箱时，计算期间原料消耗量和液体产物产量，得到液体产物产率。图3-37所示为不同秸秆原料干馏热解状况下的三态产物产率分布。

与单一气化技术相比，热解多联产技术转化过程中没有空气进入，减少了大量惰性的N2，并且主要以高热值的H2、CH4为主（H2体积分数可达25%，CH4体积分数可达18%），因此燃气低位发热量一般为8～12 MJ/m3。表3-10给出了检测的生物质燃气特性，表明燃气基本达到了国家人工煤气的标准，可作为优质民用燃气。

图3-37　不同秸秆原料干馏热解状况下的三态产物产率分布

表3-10　生物质燃气特性(https://www.xing528.com)

生物质炭的产率一般为25%～30%，热解过程中易于挥发的氢、氧等元素将大部分进入热解气中，而大部分碳元素则留在生物质炭中。由于物料在高温条件下停留时间比较长，挥发分有充足的时间析出，因此生物质炭的性质接近无烟煤性质。

生物质炭孔隙结构发达，比表面积大，拥有超强的吸附能力，可以制备成高效吸附剂、土壤改良剂，是一种优质的工业原料。一些学者研究了生物质炭对有机污染物的吸附作用及其吸附机理，发现生物质炭的吸附能力与其比表面积大小和有机污染物极性匹配有关。生物质炭加入土壤中，可以增加土壤保湿性，稳定土壤pH值，改变土壤微生物群落结构，减少温室气体排放，增加作物产量。

表3-11中所列出的是热解多联产技术液体产物（木醋液和木焦油）的GC-MS测试结果。木焦油为沥青状液体，产率一般为4.5%～7%，是供气站液态产物中的重质组分，含有大量大分子物质，比如2个碳环以上的多环芳烃（如蒽、萘）等，此外还有一些10个碳原子的脂肪链烃。已有加工厂利用化学方法将木焦油转化为生物柴油，具有较好的应用前景。同时，木焦油中含有大量酚类物质，可以部分替代苯酚合成酚醛树脂胶黏剂，降低生产成本。但是木焦油的产量较少，离产业规模化应用还有较大差距。木醋液为液体产物的轻质组分，含水量超过85%，有机组分中以乙酸为主，含有少量苯酚。木醋液广泛应用于农林业生产，可以促进植物生长、消菌除臭、堆肥、防止病虫害等。此外，木醋液可与白云石制作低成本环保型融雪剂，有利于解决道路雨雪冰冻问题。

表3-11　木醋液和木焦油的GC-MS结果