生物质中木质素及其他组分的交叉热解影响研究
文献综述
木质素能源领域具有广泛的用途。近年来，木质素的高温热处理过程得到了越来越多的关注。木质素可以通过高温不完全炭化，然后磺化等过程制备固体酸催化剂，用于催化脱水过程。木质素也可以通过高温处理来制备碳基材料如碳导电材料、碳纤维、活性炭，除此之外，木质素还可以通过热解过程制备生物油，然后从中可分离出木质素基平台化合物，也可以进一步进行加氢脱氧生产烷烃基生物燃料。虽然木质素的热处理过程正在得到越来越多的研究，但对于木质素与其他物质对其热解特性及动力学也有所差异，因此分析和比较不同比例的木质素与其他组分的交叉热解特性及热解动力学，有助于更好地指导热解过程。基于此本课题研究以生物质为原料，通过氢氧化钾碱法分离出生物质木质素及其他组分，通过热重红外联用分别考察生物质、木质素、其他组分、木质素 其他组分四种样品的热解动力学、热解挥发产物的变化规律，通过变化木质素和其他组分的添加量比例，研究生物质中木质素及其他组分的交叉热解影响。
由于纤维素结构规整、易获得和在不同生物质种类中的均一性，其热裂解机理已得到了广泛的研究，相关理论体系己较为完备；而半纤维素和木质索呈现无定形和多分枝的结构，且在不同生物质种类中存在显著的结构差别，相关的热裂解机理研究还亟待完善。本文从木质素组分提取、结构表征、热裂解产物析出行为考察、最终热裂解产物分布检测、宏观热裂解动力学模拟及微观反应路径理论计算等几个方面揭示了这两类复杂组分的热裂解机理；同时在此基础上，基于对热裂解机理的深入理解，提高热裂解初始产物品质为导向，探索不同配比量对热裂解行为的影响机制。
- 生物质原料自身的特性
生物质原料本身所包含的物理特性会对热解过程起到关键性作用，例如它的化学组成、水分含量和颗粒大小等。原料的化学组成及其含量，直接会影响三相产物的分布，如生物质本身 H/C 原子比例越高，则对于气态烷烃和轻质芳烃的生成越有利。又如生物质粉碎颗粒的粒径越大，则会很大程度上影响外界热源对颗粒的加热，继而导致固、液、气三态产物的变化。
2、热解反应温度
生物质热解反应的过程中，原料会随着反应器内加热元件最终达到设定的温度，而这个开始就设定好的最高温度就是热解温度。通常，热解温度在 500 ℃以下时，生物质油的产率随温度的升高而增加；但温度在 500-600 ℃之间时，生物质油的产率将会达到最大值；当反应温度超过 600 ℃之后，二次反应加剧，生物质油的产率随温度的升高而减少，而气体产率逐渐增加，固体产物产率下降。
3、升温速率
升温速率的不同，会对生物质原料的传热传质产生很大的影响，三种相态的产物也会因此产生很大的不同，通常按照升温速率的不同，生物质热解过程可以分为慢速热解（1 ℃/s 以下）、快速热解（通常在 100~200 ℃/s 以上，超过1000 ℃/s为闪速热解）和常速热解（一般在 1~10 ℃/s 之间）。一般来说，升温速率会对热解反应过程产生正反两个方面的影响，一方面升温速率的增加将会大大缩短物料颗粒达到热解温度的时间，这将有利于热解反应的进行，但另一方面颗粒内部与外界的温差会变大，传热的滞后效应将会影响内部热解反应的进行。
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