生物质快速热解制取生物油*

邓裕斌，刘 超，武书彬

（华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州 510640）

生物质快速热解制取生物油*

邓裕斌，刘 超，武书彬†

（华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州 510640）

生物质能源是可再生能源的重要组成部分，具有资源丰富和低污染的特点，它的开发与利用已成为21世纪研究的重要课题。本文概述了生物质快速热解的过程、设备及其产物，并对热解的重要产物——生物油的组成、性质、精制以及转化利用进行了详细的阐述。

生物质；快速热解；生物油

0 引 言

随着化石能源的日渐枯竭以及人类对能源需求的日益增长，可再生能源越来越受到人们的关注。生物质作为地球上最为丰富与廉价的可再生资源之一，具有很高的潜在利用价值。生物质燃油及残余物可以通过热转化、生物转化或机械转化等形式转变为更有价值的能源。快速热解是热化学转化方法的重要一员，诞生于20世纪70年代，是一种新型的转化技术，其重要产物之一——生物油既便于储存与运输，又能够作为能源、化学品与能源载体[1]。因此，通过快速热解制备生物油是当今研究的一大热点。

1 快速热解

快速热解是指在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸汽等）存在的情况下，常压下采用较高的升温速率（103～104）℃/min，将生物质加热至约500℃，并让气相产物短暂停留（通常 ＜ 1 s），最终冷凝得到液体（生物油）、固体（炭）和气体产物的过程。

1.1 快速热解制备生物油

在快速热解中，不同的生物质种类及反应条件都会影响生物油的产率[2]。因此，为能高效获得生物油，在制备生物油时需要注意以下几点：

（1）物料需要细磨，以保证反应的快速与充分；

（2）反应温度需要控制在500℃附近，因为这对大多数生物质物料而言能增加生物油的产率；

（3）停留时间控制在2 s以下，以减少二次反应的发生；

（4）反应生成的炭必须快速除去，以减少产物裂解的可能；

（5）需要快速冷却热解产物，以得到所需的生物油。

虽然理论上任意的生物质，如农业废弃物、能源作物、森林废弃物与固体废弃物等，都可以用作快速热解的物料，但实际上大部分的物料都选用木材，这是因为木材具有稳定性与可比性。

1.2 快速热解的反应器

反应器是快速热解的核心，不同的反应器具有各自的特点，下面分别对四种典型的反应器进行介绍。

表1 四种典型热解反应器的特性Table 1 Characteristics of four kinds of typical pyrolysis reactors

1.2.1 流化床反应器

物料在干燥、粉碎、筛分后进入料仓，并被吹送进入反应器，如图1所示。反应时，流化床反应器首先加热传热砂，然后通过高温气体，将传热砂带入反应器并与物料混合，物料获得传热砂传递的热量后开始热解[3]。流化床反应器具有较高的传热速率与相同的床层温度，且气相停留时间短，能有效减少可凝气的二次裂解，并有效提高生物油的产率[4]。Garcia等[5]用流化床反应器研究了小桉树的热解，发现生物油产率在470℃～475℃时达到最大，且物料的尺寸会影响生物油的氧含量。Boateng等[6]研究了秸秆的热解，得到了氧含量较低、热值高的生物油。刘荣厚等[7]用自制的流化床反应器对榆木木屑进行了快速热解。通过对生物油的GC/MS分析得到的最优条件为热解温度 500℃、气相停留时间0.8 s、物料粒径0.180 mm，此时生物油的产率最高，为46.3%。

图1 流化床反应器Fig. 1 Fluid bed reactor

1.2.2 循环流化床反应器

循环流化床反应器与流化床反应器有着相似的特点，均具有较高传热速率与较短停留时间，非常适合作为生物质快速热解的液化反应器，其结构示意如图 2所示。美国可再生燃料技术制造商 Ensyn已大量使用这种反应器来制取生物油[8]。Velden等[9]通过模拟循环流化床反应器的热解过程发现，反应温度在500℃～510℃时，生物油的产率最高，可达到60%～70%。

图2 循环流化床反应器Fig. 2 Circulating fluid bed reactor

1.2.3 烧蚀反应器

烧蚀反应器与其它反应器不同，它不需要将物料变为颗粒状，因为它通过高压与来自反应器壁的热量来“熔化”物料，因此该反应器的反应速率不受物料的传热速率和大小影响，而受反应器加热速率影响，见图 3。美国国家可再生能源实验室（NREL）研发的旋涡反应器拥有较高的生产能力[3]，利用离心作用使物料与管壁接触发生烧蚀并热解。Lédé[10]从厚度、速率、产物等方面研究了烧蚀反应器的性能，分析比较了辐射型和接触型两种烧蚀反应器，指出了它们的优缺点。Bridgwater[11]对该技术进行了更深的优化，使其能够在大规模生产中应用。

图3 烧蚀反应器Fig. 3 Ablative pyrolysis reactor

1.2.4 旋转锥型反应器

旋转锥型反应器与循环流化床反应器不同，它利用离心作用，而不是载气，来驱动物料，如图 4所示。反应进行时，将物料颗粒与过量的传热砂填入反应器的底部，物料便会在与传热砂一同沿锥壁螺旋上升的过程中热解。随后传热砂被分离，并落入砂箱。Lédé等[12]发现在627℃～710℃时，用旋转锥型反应器热解生物质物料，最高可获得产率为74%的生物油。李滨[13]用自制的 ZKR-200A型旋转锥型反应器对4种生物质进行了热解，设备的加工能力为183.7 kg/h，生物油产率高达75.3%，能量转化率高达75.7%。

图4 旋转锥型反应器Fig. 4 Rotating cone pyrolysis reactor

1.3 快速热解中的热传递

热解是一个吸热反应过程，需要吸收大量的热量来使物料达到反应温度。由于快速热解的反应时间只有短短几秒，所以传热、传质过程对生物油的生成起着重要的作用。根据反应器的不同，传热方式可以分为传导与对流两种，而在热解过程中，热传递主要有两步：热量由反应器的热源传到传热介质，然后再由传热介质传到物料上。因此，为了提高热传递效率，可以使用颗粒状物料，如流化床反应器；也可以让物料与热源直接接触，使热量快速传到物料上，如烧蚀反应器。

1.4 生物油的收集

生物质热解气组分复杂，既有气相成分，又有许多小胶体颗粒，在冷凝时还会发生缩聚与聚合反应，这就给热解气的冷凝带来了一些问题，如胶体颗粒难以凝结收集，过慢的冷凝速度会使生物油的水相与油相分离，热解气中低沸点组分影响生物油的得率等，因此生物油难以收集。

为了有效地收集生物油，可以采用喷雾冷凝与降膜冷凝相结合的方法[14]，该混合冷凝方法的效果良好：先雾化成品生物油，然后直接喷到高温热解气中使胶质颗粒与其接触并被收集，最后用降膜冷凝的方式让冷凝器降温并使低沸点的组分在液膜的气液界面下冷凝。

1.5 副产物

不凝气体和炭是快速热解的主要副产物。不凝气体是一种可燃气体，其主要成分为CO、CH4、CO2、H2和水蒸气，具有较高的热值，可作为一种气体燃料使用；而炭则是裂解可凝气的催化剂，因此须及时将其从热解产物中分离。

旋风分离器是去除炭的常用设备，但炭容易混入到生物油里，加速生物油的老化，并增加其不稳定性。因此，一些类似于气化系统里热气净化器的可凝气过滤器便应运而生，并得到了成功应用[15-17]。但由于炭与热解木质素的相互作用，会形成一种会堵塞过滤器的胶体物质，因此对生物油进行加压过滤以除去微粒（小于5 mm）是非常困难的。但通过添加不易溶解可溶组分的甲醇或者乙醇等溶剂来改变生物油的微观结构可以改善这个问题，同时也可以增加生物油的稳定性。

2 液相热解产物——生物油

相比汽油与柴油，生物油有着极为不同的物理化学性质。生物油呈深棕色、显酸性，是一种带粘性与刺激性气味的液体。生物油中不仅含有水，还含有数以百计的有机物，如酸、醇、酯、醛、醚、酮、酚、烃、含氮化合物以及各种复杂的多官能团有机物[18]。生物油由于含氧量高，所以容易发生聚合与缩聚反应，使得粘度增加[19,20]。

2.1 生物油的组分

生物油的组分极为复杂，很难采用直接分析法测定低含量组分，所以一般采用萃取或柱分离实现对生物油组分的分类。生物油含溶于水与不溶于水两部分，其中不溶的部分比较粘稠，被认为是木质素的热解产物[21,22]。研究者主要侧重于可溶部分的分离与检测。王丽红等[23]先取一定量经过滤的可溶部分，用二氯甲烷萃取油相部分，然后用 GC-MS对该部分进行分析，其检索结果如表2所示，主要成分中的羟基丙酮、乙酸、环戊烯酮、糠醛、糠酮及苯酚等的含量较高。Sipilä K等[21]先用水将生物油分成可溶与不可溶两部分，然后向可溶部分添加乙醚，又将其分为乙醚可溶与不可溶两部分，最后检测这四部分的成分。结果发现，水可溶部分里含有生物油的所有成分，水不可溶部分主要含有木质素热解的大分子产物。张素萍等[24]用正庚烷将热解产物分成油相与水相，发现油相中多含酚类，少含脂肪烃和芳香烃，酸性较高，水相中则含有水、乙酸和羟基丙酮等。

表2 萃取液的主要成分Table 2 Main components of extract

2.2 生物油的性质

影响生物油物化性质的因素有很多，如反应物料、制取装置及反应条件等，表3列出了生物油的典型理化性质。

由表 3可见，生物油的密度较大，一般大于1 100 kg/m3，较生物质物料提高了5倍，更便于运输及存储。但生物油的密度不稳定，各组分间容易发生聚合反应，会使密度逐渐增加[20]。

生物油的粘性受物料、热解条件、存储环境与存储时间等的影响，但它们之间的定量关系目前尚未得到。不过，Boucher[20]发现，随着存储时间的增加，在前65 d生物油的粘度增长较快，而之后则较为稳定。

生物油的含水量一般在15%～30%之间，主要来源于物料中的自由水与反应生成的水，过高的含水量（＞ 30%）会使生物油产生分层现象[19]。但含水量又不能过低，适量的含水量能降低生物油的粘度、改善燃烧特性、降低有害气体的排放。

表3 生物油的典型理化性质Table 3 Typical physicochemical properties of bio-oil

生物油的含氧量较高，普遍达35%～40%，甚至达60%。高含氧量使得生物油带极性，只能与甲醇、乙醇等单烷烃类混合而不能与化石油料互混。

由于生物油中含有大量的有机酸，使得其 pH值为2～3，对一般金属具有腐蚀性，所以需要用耐腐蚀材料对其进行存储。生物油需要在酸性环境下保存，因为中性环境会使多酚类物质发生聚合反应，降低生物油的品质。

生物油的热值较低，只有（13～18）MJ/kg，是柴油的2/5；其十六烷值为13～14，而柴油的则为48。由于含有较多极性组分，所以生物油具有较高的倾点与闪点。

不同物料所得生物油的物理性质不同。Sipilä等[21]比较了秸秆和松树热解生物油后发现，秸秆生物油所含挥发分较松树生物油要多，而粘度、闪点和倾点则相对较低。王树荣等[25]通过对比几种物料所制生物油的性质后发现，秸秆生物油的酸性最弱，花梨木的最强；秸秆的动力粘度也最小，花梨木的最大，水曲柳则介于两者之间。

不同物料所得生物油的化学成分与含量也往往不同。Lédé等[12]把热解生物油分成三部分：轻油、气溶胶与重油，并检测了重油的成分。结果发现当中含有乙酸、呋喃、丙酮、甲酚、苯酚、萘等。Md Kawser等[26]用油棕壳进行热解，得到43%的苯酚及其衍生物和 15.7%的乙酸。王树荣等[27]对水曲柳的热解进行了研究，反应主要得到含酮、醛取代基的苯酚类产物。柏雪源等[28]利用玉米秸进行热解反应，主要得到乙酸、羟基丙酮、呋喃等产物。

2.3 生物油产率及成分的影响因素

2.3.1 物料特性

反应物料的构成对生物油的产率及成分有较大的影响。例如生物油中极性组分（酚类）较多，这是因为热解过程中羰基与羧基等含氧官能团容易发生脱羧反应，使得H和O元素较C元素容易脱除。此外，含有高挥发分的物料能提高生物油的产率。杨昌炎等[29]发现矿物质含量的增加会减少挥发分的含量，从而降低生物油的产率；但金属矿物质能降低热解反应的活化能，使生物油最大产率温度降低。

物料的粒径也会影响生物油的产率及成分。粒径小于1 mm的小颗粒，热解时受反应动力学控制；粒径大于1 mm的大颗粒，热解时受传热传质控制[30]。Blasi[31]认为，大颗粒的二次反应主要发生在颗粒内部，小颗粒则主要发生在颗粒外部。过大的物料粒径会增加物料的升温时间，使物料容易在较低温度下发生二次反应，增加炭与不凝气体的产生，从而降低生物油产率。因此物料粒径一般控制在较小值。

随着物料含水量的增加，生物油中有机油的产量也会有所提高[32]，但水分会使热解反应延迟发生[33]。

2.3.2 升温速率

升温速率是生物油产率的重要影响因素之一。较低的升温速率有利于增加炭的产出，而较高的升温速率则有利于提高生物油的产率。因为在一次热解中，生成炭所需的活化能要比生成生物油与气体的低，所以炭会在较低温度下生成，而生物油则需要较高的温度。提高升温速率，能减少物料处于低温的时间，降低其发生炭化及其它二次反应的概率，从而提高生物油的产率。Dai等[34]在研究木屑的快速热解时发现，低升温速率会增加物料的炭化，降低生物油产率；过高的热解温度及过长的气相停留时间会增加二次反应的发生，也会降低生物油产率。

2.3.3 反应温度

反应温度是生物质快速热解过程中的一个重要影响因素，对于多数的生物质而言，反应温度在475℃～525℃时，能使生物油的产率与品质接近最优[35]。表4是不同反应温度下玉米秸秆生物油的主要成分相对含量的对比[2]。

表4 生物油在不同温度下的主要成分相对含量Table 4 Relative content of main components of bio-oil at different temperatures

由表4可见，在不同的热解温度下，乙酸、酮类、酚类、醛类与酯类化合物的含量均占较大比例。随着温度的升高，酮类、酚类的含量增加，乙酸的含量减少，而醛类在 600℃时含量最高，酯类则在550℃时达到最大值。

2.3.4 气相停留时间

气相停留时间是指物料热解后产生的气相产物在反应器中停留的时间，是能否得到生物油最大产率的一个关键影响因素。延长物料的停留时间、缩短气相的停留时间，可以减少二次反应的发生，提高生物油的产率。根据反应器与物料的不同，气相停留时间一般为0.5～2 s。Beaumont等[36]发现在低温（350℃）时，停留时间在1～60 s范围内变动时，生物油、气体与炭的总量并没发生明显变化，但水分含量明显增加了，生物油中的不稳定有机物也发生了二次反应，从而改变了生物油的成分。

2.3.5 催化剂

选择适当的催化剂能够选择性地控制热解反应的进程以及改变生物油的成分。若加入HZSM-5催化剂，会使热解产生的酮、脂和酸等环化为芳香烃[37]；若加入金属氯化物，则会增加生物油中的糠醛含量[2]。由于金属氯化物可以抑制左旋葡萄糖的聚合[38]，所以 AlCl3、ZnCl2、MgCl2等金属氯化物是常用的反应催化剂。

3 生物油的转化利用

由于大多的生物油含氧量高、热值低且显酸性，加上生物油直接利用技术目前还不成熟，所以需要对生物油进行改性并提高其品质，然后才能更好地利用。目前的改性应用技术主要有以下三种。

3.1 生物油催化裂解

催化裂解是指利用催化剂将生物油裂解为小分子的过程，一般使用微孔催化剂（ZSM-5、Y沸石等）和介孔催化剂（MSU、HMS）。Stephanidis等[39]分别用带强酸性的HZSM-5和带弱酸性的MCM-41对生物油进行了改性，发现HZSM-5催化得到的生物油中的有机成分减少了，含水量有所增加；而MCM-41催化剂在热解过程中表面结焦严重。两种催化剂都能使生物油的含氧量与酸性降低，并使多环芳烃明显减少。Adam等[40]比较了含MCM-41及FCC在内的7种介孔催化剂对生物油组分的影响，发现 MCM-41能显著减少生物油中乙酸的含量，FCC则能有效增加酚类化合物的产率。此外，也有研究者提出了不以得到烃类化合物为目的的温和催化方案，使用温和的催化剂与反应条件来提高生物油燃料的品质[41]。

3.2 生物油催化加氢

传统的催化加氢指在高压（7 MPa～20 MPa）条件下，用催化剂对生物油进行加氢脱氧的过程[18]。虽然使用Co-Mo、Ni-Mo等负载在氧化铝上的传统催化剂能够深度催化生物油加氢得到烃类化合物，但高温的催化环境（＞ 250℃）容易使生物油发生聚合反应并使催化剂结焦失活。为此，出现了负载在活性炭上的贵金属催化剂，因为贵金属（如Ru）仅需较低的催化温度，而活性炭则能较好地保持活性。此外，近年来生物油催化加氢的重点之一是能控制加氢程度的选择性催化[42]，它的反应条件灵活，具有较好的应用前景；另一重点工艺是水相加氢，指先将生物油预处理为水相与油相，并只对其中不易结焦的水相催化加氢，而油相另行转化[43]。Vispute等[44]用Ru/C作催化剂，在125℃～175℃、68.9 bar条件下，将生物油水相（主要有乙酸、糠醛与羟基丙酮等）催化加氢，得到二醇与山梨醇等产物。Zhao等[43]比较了Ru/C、Ru/ZrO2及Ru/Al2O3三种催化剂对生物油水相加氢的催化活性，结果显示，催化剂的活性顺序为Ru/C ＞ Ru/ZrO2＞ Ru/Al2O3。

3.3 生物油/柴油乳化

生物油与柴油本身并不能互溶，生物油/柴油乳化是指添加某种乳化剂来使这两者能够混合为相对稳定的乳化液。制取这样的乳化液，既能改良生物油本身的性质，也能用在未经或稍经改装的柴油机上来降低成本。因为生物油具有腐蚀性，且含有较多炭化的杂质，所以容易损耗柴油机的喷嘴、排气阀等部件。为此，Ikura等[45]提议使用表面活化剂来乳化生物油和柴油，以减缓生物油的腐蚀性及其相关问题。通过比较不同的混合乳化配比，他们发现乳化的稳定性随表面活性剂浓度与输入能量的增加而增加。Chiaramonti等[46]发现所配乳化液的稳定性与粘度随乳化剂的含量增加而增加，且在乳化剂含量为0.5%～2%时性质最佳（粘度允许范围内）。

4 总 结

生物质快速热解是众多生物质能源转化技术中最具发展前景的转化技术之一。热解可以得到气、液、固三相产物，当中的液态产物——生物油，经过改性及品质提升后具有广阔的应用前景，因此受到各国能源界的高度重视。生物油的成分复杂，用途广泛，但局限于目前的应用技术水平与成本，还没能替代常规的化石能源。鉴于热解技术发展的时间还不长，存在各种问题难题也在所难免，但随着技术的不断发展和研究的不断深入，相信生物油在能源领域的地位会逐步提高。

[1] Czernik S B A. Overview of Applications of Biomass Fast Pyrolysis Oil[J]. Energy & Fuels, 2004, 18(2): 590-598.

[2] 杨坦坦, 肖森, 李永军, 等. 生物质快速热解反应条件对生物油成分的影响[J]. 农业装备与车辆工程, 2013(12): 5-8.

[3] 林木森. 国外生物质快速热解反应器现状[J]. 化学工业与工程技术, 2010, 31(5): 34-36.

[4] 王富丽, 黄世勇, 宋清滨, 等. 生物质快速热解液化技术的研究进展[J]. 广西科学院学报, 2008, 24(3): 225-230.

[5] Garcia-Perez M, Wang X S, Shen J, et al. Fast pyrolysis of oil mallee woody biomass: effect of temperature on the yield and quality of pyrolysis products[J]. Industrial & engineering chemistry research, 2008, 47(6): 1846-1854.

[6] Boateng A A, Mullen C A, Goldberg N, et al. Production of Bio-oil from Alfalfa Stems by Fluidized-Bed Fast Pyrolysis[J]. Industrial & engineering chemistry research, 2008, 47(12): 4115-4122.

[7] 刘荣厚, 栾敬德. 榆木木屑快速热裂解主要工艺参数优化及生物油成分的研究[J]. 农业工程学报, 2008, 24(5): 187-190.

[8] Bridgwater A. Progress in thermochemical biomass conversion[M]. John Wiley & Sons, 2008.

[9] Van de Velden M, Baeyens J, Boukis I. Modeling CFB biomass pyrolysis reactors[J]. Biomass and Bioenergy, 2008, 32(2): 128-139.

[10] Lédé J. Comparison of contact and radiant ablative pyrolysis of biomass[J]. Journal of analytical and applied pyrolysis, 2003, 70(2): 601-618.

[11] Bridgwater A V. The production of biofuels and renewable chemicals by fast pyrolysis of biomass[J]. International Journal of Global Energy Issues, 2007, 27(2): 160-203.

[12] Lédé J, Broust F, Ndiaye F, et al. Properties of bio-oils produced by biomass fast pyrolysis in a cyclone reactor[J]. Fuel, 2007, 86(12): 1800-1810.

[13] 李滨. 转锥式生物质闪速热解装置设计理论及仿真研究[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2008.

[14] 朱锡锋, 郑冀鲁, 陆强, 等. 生物质热解液化装置研制与试验研究[J]. 中国工程科学, 2006, 8(10): 89-93.

[15] Hoekstra E, Hogendoorn K J, Wang X, et al. Fast pyrolysis of biomass in a fluidized bed reactor: in situ filtering of the vapors[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2009, 48(10): 4744-4756.

[16] Vivarelli S, Tondi G. Pyrolysis oil: an innovative liquid biofuel for heating The COMBIO Project[C]. 2004.

[17] Sitzmann J, Bridgwater A V. Upgrading fast pyrolysis oils by hot vapour filtration[C]. 2007.

[18] 朱锡锋. 生物质热解液化技术研究与发展趋势[J]. 新能源进展, 2013, 1(1): 32-37.

[19] Chiaramonti D, Oasmaa A, Solantausta Y. Power generation using fast pyrolysis liquids from biomass[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, 11(6): 1056-1086.

[20] Boucher M E, Chaala A, Pakdel H, et al. Bio-oils obtained by vacuum pyrolysis of softwood bark as a liquid fuel for gas turbines. Part II: Stability and ageing of bio-oil and its blends with methanol and a pyrolytic aqueous phase[J]. Biomass and Bioenergy, 2000, 19(5): 351-361.

[21] Sipilä K, Kuoppala E, Fagernäs L, et al. Characterization of biomass-based flash pyrolysis oils[J]. Biomass and Bioenergy, 1998, 14(2): 103-113.

[22] Bridgwater A V. Principles and practice of biomass fast pyrolysis processes for liquids[J]. Journal of analytical and applied pyrolysis, 1999, 51(1): 3-22.

[23] 王丽红, 贾官臣, 柏雪源, 等. 生物质热解生物油的成分分析[J]. 太阳能学报, 2009, 30(8): 1124-1128.

[24] 张素萍, 颜涌捷, 任铮伟, 等. 生物质快速裂解液体产物的分析[J]. 华东理工大学学报(社会科学版), 2001, 27(6): 666-668.

[25] 王树荣, 骆仲泱, 谭洪, 等. 生物质热裂解生物油特性的分析研究[J]. 工程热物理学报, 2004, 25(6): 1049-1052.

[26] Md Kawser J, Farid Nasir A. Oil palm shell as a source of phenol[J]. Journal of Oil Palm Research, 2000, 12: 86-94.

[27] 王树荣, 骆仲泱, 董良杰, 等. 几种农林废弃物热裂解制取生物油的研究[J]. 农业工程学报, 2004, 20(2): 246-249.

[28] 柏雪源, 易维明, 王丽红, 等. 玉米秸秆在等离子体加热流化床上的快速热解液化研究[J]. 农业工程学报, 2005, 21(12): 127-130.

[29] 杨昌炎, 姚建中, 林伟刚, 等. 矿物质对生物质热解的影响及其解决方案[J]. 化学与生物工程, 2005, 22(10): 17-19.

[30] 吴创之, 马隆龙. 生物质能现化化利用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003: 199-201.

[31] Di Blasi C. Heat, momentum and mass transport through a shrinking biomass particle exposed to thermal radiation[J]. Chemical Engineering Science, 1996, 51(7): 1121-1132.

[32] Demirbas A. Effect of initial moisture content on the yields of oily products from pyrolysis of biomass[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2004, 71(2): 803-815.

[33] Milne T, Agblevor F, Davis M, et al. A review of the chemical composition of fast-pyrolysis oils from biomass[M]. Developments in thermochemical biomass conversion, Springer, 1997, 409-424.

[34] Xianwen D, Chuangzhi W, Haibin L, et al. The fast pyrolysis of biomass in CFB reactor[J]. Energy & Fuels, 2000, 14(3): 552-557.

[35] 王通洲. 玉米秸秆热解制取生物油及其性质研究[D].沈阳: 沈阳理工大学, 2010.

[36] Beaumont O, Schwob Y. Influence of physical and chemical parameters on wood pyrolysis[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 1984, 23(4): 637-641.

[37] Bridgeman T G, Darvell L I, Jones J M, et al. Influence of particle size on the analytical and chemical properties of two energy crops[J]. Fuel, 2007, 86(1): 60-72.

[38] Zhao H, Holladay J E, Brown H, et al. Metal chlorides in ionic liquid solvents convert sugars to 5-hydroxymethylfurfural[J]. Science, 2007, 316(5831): 1597-1600.

[39] Stephanidis S, Nitsos C, Kalogiannis K, et al. Catalytic upgrading of lignocellulosic biomass pyrolysis vapours: Effect of hydrothermal pre-treatment of biomass[J]. Catalysis Today, 2011, 167(1): 37-45.

[40] Adam J, Antonakou E, Lappas A, et al. In situ catalytic upgrading of biomass derived fast pyrolysis vapours in a fixed bed reactor using mesoporous materials[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2006, 96(1): 93-101.

[41] 陆强, 朱锡锋, 李全新, 等. 生物质快速热解制备液体燃料[J]. 化学进展, 2007, (Z2): 1064-1071.

[42] Thangalazhy Gopakumar S. Bio-oil Production through Fast Pyrolysis and Upgrading to “Green” Transportation Fuels[D]. ProQuest, UMI Dissertations Publishing, 2012.

[43] Zhao C, He J, Lemonidou A A, et al. Aqueous-phase hydrodeoxygenation of bio-derived phenols to cycloalkanes[J]. Journal of Catalysis, 2011, 280(1): 8-16.

[44] Vispute T P, Huber G W. Production of hydrogen, alkanes and polyols by aqueous phase processing of wood-derived pyrolysis oils[J]. Green Chemistry, 2009, 11(9): 1433-1445.

[45] Ikura M, Stanciulescu M, Hogan E. Emulsification of pyrolysis derived bio-oil in diesel fuel[J]. Biomass and bioenergy, 2003, 24(3): 221-232.

[46] Chiaramonti D, Bonini M, Fratini E, et al. Development of emulsions from biomass pyrolysis liquid and diesel and their use in engines-Part 1: emulsion production[J]. Biomass and Bioenergy, 2003, 25(1): 85-99.

A Review on Fast Pyrolysis of Biomass for Bio-oil

DENG Yu-bin, LIU Chao, WU Shu-bin
(State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Biomass energy, with characteristics of abundant resources and low pollution, is an important part of renewable energy. Its development and utilization has become an important research topic in the 21st century. This paper provides an overview of biomass fast pyrolysis processes, equipment and products, and also expounds the compositions, properties, refining, conversion and utilization of bio-oil which is the important product of pyrolysis in detail.

biomass; fast pyrolysis; bio-oil

TK6

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.05.002

2095-560X（2014）05-0334-08

邓裕斌（1989-），男，硕士研究生，主要从事生物质热化学转化方面的研究。

2014-07-13

2014-08-22

国家“973”计划项目（2013CB228101）；国家自然科学基金项目（31270635，21176095）

† 通信作者：武书彬，E-mail：shubinwu@scut.edu.cn

刘 超（1990-），男，硕士研究生，主要从事生物质热化学转化方面的研究。

武书彬（1965-），男，教授，博士生导师，主要从事植物纤维类生物质化学结构、植物纤维类生物质转化为清洁能源和化工原料等方面的研究。