生物质在热解和气化过程中发生一系列物理化学反应,产生气、液、固三相产物。影响三相产物产率以及产物组分的因素有很多,除了前面介绍的工艺和反应器外,还包括物料特性、热源类型、反应条件、气化剂及催化剂等。
(1)物料特性
物料特性的影晌主要体现在以下3方面:物料种类、含水率和粒径。不同的生物质类型对热解特性和H2生成特性有重要的影响。生物质样品通常含有70%~90%的挥发分,而挥发分越高焦炭的产率就越低。当物料中的HC原子比较高时挥发性产物主要以燃气的形式存在,其中H2的量较大。植物类生物质主要为纤维素、半纤维素和木质素。一般而言,纤维素热解时挥发分析出较快,分解温度范围较窄,而木质素热解失重的速率则相对较慢。
(2)热源类型
热源的加热方式主要分为传统加热方式和微波加热方式传统加热方式的特点是,能量从物料表面传入内部进行加热,气相产物则从内向外扩散,其传热与传质方向相反,易引起产物的二次裂解。
微波加热是在电磁场作用下,分子动能转变成热能,达到均匀加热的目的。与传统加热相比,热量从物质内部产生,与气体产品扩散方向相同;另外,微波加热具有选择性,不同物料由于其介电性质不同,在微波场中的受热特性差别很大。近年来,利用微波热源进行生物质热解气化方面的研究越来越多。 DomInguez等对咖啡壳进行了微波热解和电加热热解的实验硏究,结果表明微波热解气体产物中H2体积分数为40%,H2和CO的体积分数为72%,而对应的电加热热解气体产物中则分别为30%和53%。
(3)反应条件
反应条件的影响主要指反应温度、升温速率和反应时间的作用。
反应温度对热解过程起着决定性作用,高温促进有机物的裂解大幅度提高富氢气体产量。
升温速率的影响,随着升温速率升高,可使物料在较短时间内达到设定温度,令挥发分在高温环境下的停留时间增加。
热解反应时间也会对生物质热解产物分布产生影响,一般而言,生物质的高温热解的气体产量随着停留时间延长而增多。
生物质发酵制氢还处在试验阶段且技术还不是很成熟,必须培育高效产氢发酵菌种以进一步提高系统的产氢能力,降低生产成本。其中厌氧发酵技术生产沼气目前技术比较成熟,马上可以实现产业化生物质气体然料中的沼气生产过程不但没有环境污染,而且可降解如农业秸秆、牲畜粪便、厨房垃圾等有机废弃物,并且生产过程不消耗其他能源,因此是目前最有希望实现产业化的生物质能源之一。生产生物质气体燃料的处理方法各异,但生物质气化必须解决生产过程的污染、安全、焦油浄化、燃气的安全利用及取暖锅炉等技术问题。