生物质作为一种清洁的可再生能源,具有独特的资源优势,已经得到世界各国的广泛关注。生物质热解技术是有效利用生物质资源的方式之一。传统意义上的生物质热解是指在惰性气氛和加热条件下使生物质分子结构发生热裂解生成气、液、固三相产物的热处理过程。而惰性气氛的使用导致热解气被稀释,热值降低,应用范围受限。鉴于上述问题,本文提出煤气化耦合生物质热解的新思路。以煤气化产生的部分热煤气为热载体为生物质的热解反应提供热量。生物质热解气与煤气合流利用,从而可有效避免热解气的稀释,实现煤气的增值及能量的整合优化。通常,粗煤气的主要成分包括H2、CO2、CO、N2、CH4和水蒸气。在实际的煤气化系统中,煤气组份含量受原料特性和操作条件的影响较大。搞清煤气中单一组分在生物质热解过程中的参与效应及作用机理将为预测和解释热解产物的变化提供有益的参考。本研究利用固定床反应器对榛子壳、花生壳、玉米秸秆和木质成型燃料进行了400–500℃温度范围内煤气单一组分以及模拟煤气气氛下的热解实验,重点考察煤气组分、热解温度、粒径大小等因素对生物质热解产物分布的影响,为优化热解工艺参数提供基础数据。主要研究内容和结果如下:单一气氛下的热解实验结果表明,随着温度的升高,固体产率降低,而液体产率及不可凝气体产率相应增加。在所研究的热解温度范围内,H2O对生物质热解的促进作用最强,在所有热解气氛中固体产率最低,液体产率和气体产率最高。当H2O浓度从0增加到30%时,热解固体产率呈现先降低后增加的趋势,在20%浓度时达到最小值。H2O气氛下生物炭的挥发分含量最低且具有最大的比表面积和最发达的孔隙结构。CO2气氛对生物质热解同样起到一定的促进作用。与惰性气氛相比,固体产率降低,而液体和气体产率增加,但其促进作用弱于H2O气氛。CO2气氛降低了生物炭挥发分含量,同时增加了固定碳含量,提高了生物炭的燃料品质。还原性气氛CO和H2对生物质热解具有一定的抑制作用。其中CO气氛中固体产率最高且固体产物中挥发分残留最多,液体产率最少,而热解气中H2和CO2含量增加。与其它气氛相比,CO气氛下的生物炭的着火温度和燃尽温度最低。随着原料粒径由0.74–2 mm增大到＞5 mm,固体产率呈现增加趋势,而液体和气体产率呈现下降趋势。同时随着粒径的增大,生物炭中挥发分含量增加,灰分和固定碳含量降低。采用甲醇–水蒸气和CO2共重整的方法制备实验用模拟煤气。通过改变甲醇重整实验条件调控模拟煤气中各气体组分的浓度。最终确定实验模拟煤气组分如下:32.5%N2、21.5%H2、19.5%CO、16%CO2、9.5%H2O和1%CH4。四种生物质在此模拟煤气成分下的热解结果表明,煤气气氛有利于促进生物质热解,提高了生物油和热解气产率。同时煤气气氛还有利于形成具有较高比表面积的生物炭,并提高了生物炭的燃料品质。