芦苇热解特性研究文献综述

 2022-07-22 01:07

文献综述

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

能源是人类社会进步的基石,石油、煤炭、天然气是当今社会所使用的最主要能源,但是地球所储存的这些能源是有限的,总有一天会耗尽,并且自然资源的浪费以及工程作业燃烧所产生的大量有害气体,进一步使得自然资源紧张,更使环境问题日渐严峻。化石燃料的使用是空气污染最主要的原因,因为燃烧着的化石燃料会产生大量的有害气体,如:二氧化碳、二氧化硫等,这类污染物会引发“酸雨”、“温室效应”等问题,长期以往更是加重了地球的污染,带来了人类不可逆转的灾难性后果[1]

为了及时遏制住环境的恶化,提倡使用生物质能。生物质能是将生物质作为载体,并将化学能贮存于其中所形成的能源形式。生物质能具有安全性、清洁性且生物质能的开发和利用符合我国“可持续发展”的要求和和循环利用的理念[2],并且有利于改善“三农问题[3]”,确保国家能源安全并发展新型材料[4]。BP公司在2016年发布的“2035世界能源展望”中指出,我国将减少对煤炭的使用量,能源消费结构会发生显著的变化[5]

现代生物质能技术在我国大力发展工农业的基础上具有较大的发展潜力,因为各种类似于工农业废弃物的生物质,通过现代技术的利用能够转变为固、液、气三态的生物质燃料,这不仅在一定程度上解决了我国的环境污染问题,更加提高了能源利用的利用效率[6]。综上所述,本文将以芦苇为对象,重点研究其作为生物质能源的特性。

1.1.2研究意义

芦苇是水生植物,在灌溉丛或者河边都有生长,在世界各地分布广泛,尤其是我国,拥有着丰富芦苇资源,且分布较集中,在全国有14个芦苇主产区,宜苇面积大约为1.3times;106hmsup2;。目前主要利用芦苇代替木材作为造纸材料,被誉为“第二森林[7]”,从目前的文献报道来看,芦苇现今主要有以下几种利用方式:医疗保健、畜牧饲料、基质、建筑生活材料、生物质燃料[8]。但芦苇作为果园、农田的主要杂草,对生态环境造成了很大影响,全国很大部分的芦苇被直接丢弃或作为燃料直燃,燃烧产生大量颗粒物和二氧化硫会对水体和大气造成很大污染。芦苇的沉积废弃会危害捕鱼业,使沿岸沉积物不断增加,导致水鸟的种类和数量降低,干扰了湖泊水体的自净能力[9]

热解过程是指无氧化剂且加热到500℃以上,裂解成液体、固体和气体产物 [10],同时,生物质是富氢物质,其热解可以释放大量含氢物质,为后续效应提供了有力的物理基础[11]

且热解过程的优势较为明显,可分为四点来阐述:第一,生物质通过热解可产生燃气、半焦和焦油,可以针对需求对热解产物进行利用,减少了能源的浪费率;第二,热解可以让污染控制变得简单,生物质在热解时,有害气体排放较少,加上热解烟气中的灰分含量也不高,从而对环境的污染很小。第三,生物质中被固定的重金属可循环回收再利用,提高了可持续性。第四,不适合焚烧的生物质如很多有毒有害的废物,都可以通过热解来转变为热解原料。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

自1980年以来,生物质能的开发和研究被世界各国高度重视,美国、欧盟等国家都单独颁发了生物质能源的发展战略,新型的热解装置在技术的不断进步和反应设备的不断完善下被开发,加拿大建造了固体废物热烧蚀裂解反应器,随机英国美国和法国都相继开发了这种仪器,荷兰也研制了旋转锥热裂解反应器。

欧洲在生物质能源发展方面领先于世界各国,已经形成了较系统的研发体系和产业链,像对木质燃料、生物柴油还有生物乙醇的开发方面都具有较为深入的研究。早在2010年,欧盟燃料中就有百分之六已经被燃料乙醇和生物柴油代替,并且预计在2020年燃料乙醇和生物柴油的占有量将提高到20%[12]。2007年,生物乙醇在全世界的总产量中,美国、巴西的产量分别约占全世界总产量的50.9%和36.5%[13],玉米作为燃料乙醇的主要原料,为美国的生产做出了重要贡献;加上美国在发酵、分离技术、综合利用以及生物质快速热裂解技术方面的优势,在上世纪八十年代初,通过其不懈的研究诞生了涡动烧蚀热裂解反应器。

1.2.2国内研究现状

与一些欧美国家相比,我国在生物质研究方面起步较晚,广州能源研究所和浙江大学在近几年做了一些这方面的研究。广州能源研究所目前正在攻关生物质热化学转化过程的机理以及热化学利用技术,浙江大学开发了生物质整合式热键裂解分级制取液体颜料装置,并在持续开展深层技术的研究。

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