第2章　生物质热降解特性和热解蒸气析出规律

2.1　引言

热解不仅是生物质气化、燃烧等热化学转化过程中的必经和关键步骤，而且其本身就是一种生产高能量密度产物的独立工艺。热解蒸气是生物质热裂解过程中重要的中间产物，很大程度上决定了最终产物的收率、组分构成和品质。解析生物质热解蒸气形成机制及分布规律是研究生物质热化学转化机理的重要手段。目前，对生物质热裂解过程的研究主要局限于冷凝后最终产物形成规律的层面上，缺少专门针对热解气组分分布及释放规律的研究。本研究突破以往仅以冷凝后生物油的特性来推测快速热解反应过程的静态研究模式，采用动态适时在线监测分析与木材主要组分模型物对比的方法，进行热裂解炼制中间过程的研究，以期实现对木材快速热解气组分分布和释放规律的定性及定量描述。

Nunn和Peters等人（1985）研究了香枫树磨木木质素热解时主要产品的产率、组成和演变规律。Blasi等人（1997）报道了以商业木聚糖作为半纤维素模型物进行热降解特性研究的成果，他们将木聚糖热解分成对应挥发分和固态中间活性体形成的快速分解阶段和反应中间体深度降解以生成焦炭和挥发性气体的慢速分解阶段。Liu等人（2008）考察了冷杉和桦木木质素的热解规律，发现酚类物质是主要的挥发分产物，同时还有醇、醛、酸等。Shen等人（2009）采用3-D FTIR光谱和流化床热解装置等研究了纤维素的热解机制和主要产品的形成规律。Wang等人（2012）采用密度泛函理论研究纤维素热转化分解及中间产物的生成过程。Seong-Boem Lee等人（2009）研究了柳枝稷的热解特性和气体析出特性。此外，王树荣等（2006）研究了棉花纤维素的热裂解机理，彭云云等（2009）对蔗渣半纤维素在不同升温速率下的热失重行为进行了研究，郭秀娟等（2010）研究了生物质中抽提物的热裂解特性并探讨了其对生物质热裂解的影响。

为了深化对林木生物质热解机理的认识，本章采用热重红外光谱联用分析法、热解气质联用分析法以及热解分子束质谱分析法等考察不同原料生物质的热降解行为特性、热解蒸气的析出机制以及构成等，采用主成分分析法对不同生物质热解蒸气的特性谱峰进行分析，获得区分不同原料热解蒸气的主成分因子和构成。对于生物质热解蒸气析出和构成的深入研究，有助于深化对生物质组分热裂解反应路径和生物油生成前驱物的认识，从而为科学制定热解工艺、提高生物油的产率和品质提供理论依据。