溫度對(duì)馬尾松熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和特性的影響

馬中青，張齊生（1.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安1100；2.浙江農(nóng)林大學(xué)浙江省木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江臨安1100；.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京21007）

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溫度對(duì)馬尾松熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和特性的影響

馬中青1,2，張齊生3
（1.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)浙江省木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江臨安311300；3.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210037）

摘要：馬尾松Pinus massoniana是中國(guó)重要的速生人工林樹(shù)種。采用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法，可制取生物質(zhì)燃?xì)狻⑸镔|(zhì)炭和生物油等高品質(zhì)燃料。采用固定床熱解反應(yīng)器，開(kāi)展了熱解溫度（400，500，600和700℃）對(duì)馬尾松慢速熱解過(guò)程產(chǎn)物產(chǎn)率和基本特性的影響研究。結(jié)果表明：隨著反應(yīng)溫度的升高，氣體產(chǎn)率逐漸增加，炭產(chǎn)率和生物油產(chǎn)率逐漸減少；在700℃時(shí)，可燃?xì)獾淖罡邿嶂禐?2.11 MJ·N(－1)·m(－3)，氣體成分及其體積分?jǐn)?shù)為二氧化碳CO2（24.00%），一氧化碳CO（25.00%），甲烷CH4（15.50%），氫氣H2（25.50%）和烴類氣體CnHm（2≤n≤4）（0.97%）；炭的最高低位熱值和比表面積分為31.8 MJ·kg(－1)和536.13 m2·g(－1)；生物油中乙酸（5.30%），1-羥基-2-丁酮（4.11%），乙酰甲醇（8.46%），苯酚（2.66%）和甲基苯酚（3.87%）的相對(duì)含量最高。圖3表3參18

關(guān)鍵詞：木材科學(xué)與技術(shù)；馬尾松；慢速熱解；固定床；可燃?xì)?；生物質(zhì)炭；生物油

Key words:wood science and technology;Pinus massoniana;slow pyrolysis;fixed bed;bio-gas;bio-char;biooil

馬尾松Pinus massoniana是中國(guó)重要的速生人工林樹(shù)種，主要用于制造建筑模板、家具和包裝材料等［1］。馬尾松在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的加工剩余物，如鋸屑和邊角料等，是一種重要的生物質(zhì)資源，可通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)制備高品質(zhì)的生物質(zhì)燃?xì)狻⑸镉秃蜕镔|(zhì)炭等燃料，提高其資源化利用效率，增加經(jīng)濟(jì)附加值［2－3］。生物質(zhì)熱解技術(shù)，是指在缺氧的條件下，生物質(zhì)受熱降解形成固體（生物質(zhì)炭）、液體（生物油）和氣體（可燃?xì)猓┤喈a(chǎn)物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程［4］。目前，已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道采用熱重紅外聯(lián)用儀（TGA-FTIR）對(duì)生物質(zhì)的熱解規(guī)律和產(chǎn)物特性進(jìn)行研究，然而此類設(shè)備實(shí)驗(yàn)用料較少（一般為幾十毫克），與生物質(zhì)實(shí)際熱解生產(chǎn)工況差異較大，無(wú)法對(duì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行表征，對(duì)生物油的組分鑒定也僅局限于某一類別（如醛類、酮類、酚類等），更加難以分析其不可冷凝氣體的組分和含量［2，5－6］。然而，采用小型固定床熱解反應(yīng)裝置（實(shí)驗(yàn)樣品質(zhì)量為50~100 g·次－1），不僅可以實(shí)現(xiàn)完全收集氣、固、液三相產(chǎn)物，還可以對(duì)它們進(jìn)行成分和性能表征，可以獲得更加全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。生物質(zhì)固定床慢速熱解過(guò)程中，熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的分布及產(chǎn)物的特性主要受熱解反應(yīng)溫度、升溫速率、反應(yīng)氣氛（N2，H2O，H2）和熱解反應(yīng)器的類型等因素影響［7］。陳偉等［8］研究了溫度對(duì)竹屑熱解產(chǎn)物特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，炭產(chǎn)率不斷下降，氣體產(chǎn)率不斷增加，液體產(chǎn)物先增加后減少。胡強(qiáng)等［9］研究溫度對(duì)煙Nicotiana tabacum稈熱解產(chǎn)物特性的影響，發(fā)現(xiàn)在700℃時(shí)，可燃?xì)鉄嶂底罡撸?2.53 MJ·m－3），一氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)最大值35.65%，生物油中以苯酚類和芳香烴類為主。陳應(yīng)泉等［10］研究了溫度對(duì)棉Gossypium hirsutum稈熱解產(chǎn)物特性的影響，發(fā)現(xiàn)二氧化碳主要在250~400℃析出，氫氣主要在550~ 850℃析出；炭的比表面積和低位熱值可達(dá)232 m2·g－1，28 MJ·kg－1。CHEN等［11］研究了升溫速率對(duì)毛竹Phyllostachys edulis熱解產(chǎn)物特性的影響,隨著升溫速率的增加，氣體中甲烷濃度不斷增加，二氧化碳含量不斷減少；炭的產(chǎn)率不斷減少，炭比表面積不斷增加；生物油中的酚類化合物濃度增加，生物油的黏度和含水率不斷減少。本研究以馬尾松鋸屑為原料，采用自制的小型熱解反應(yīng)設(shè)備，開(kāi)展了反應(yīng)溫度（400,500,600和700℃）對(duì)馬尾松慢速熱解的影響研究，分別對(duì)熱解三相產(chǎn)物：可燃?xì)?、炭和生物油的產(chǎn)率和基本特性進(jìn)行了分析，為馬尾松熱化學(xué)資源化利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

馬尾松鋸屑取自浙江省臨安市某木材加工廠，經(jīng)過(guò)40~60目的篩子過(guò)濾，保留粒徑為250~380 μm的粉末，用于工業(yè)分析、元素分析和熱解實(shí)驗(yàn)。熱解實(shí)驗(yàn)前，先將原料在烘箱中（105℃）下干燥至絕干。馬尾松的元素分析和工業(yè)分析結(jié)果為：碳（C）52.33%，氫（H）5.81%，氧（O）41.66%，氮（N）0.2%，硫（S）0.01%，揮發(fā)分78.95%，固定碳14.04%，灰分0.76%，含水率8.12%，熱值17.94 MJ·kg－1。

1.2熱解實(shí)驗(yàn)過(guò)程

熱解主體實(shí)驗(yàn)在自制的電加熱固定床熱解反應(yīng)器上完成，其工藝流程圖見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，先稱取約100 g石英沙，裝在鐵絲網(wǎng)編制成的口袋中，并將其安置在熱解反應(yīng)器底部，用于支撐生物質(zhì)原料，過(guò)濾熱解產(chǎn)生飛灰。1次實(shí)驗(yàn)稱取40 g樣品，放置在熱解反應(yīng)器中部位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先采用氮?dú)鈱?duì)熱解反應(yīng)器及其相關(guān)的管路進(jìn)行吹掃，1次吹掃持續(xù)30 min，直至將熱解系統(tǒng)內(nèi)的空氣完全排出。最后，關(guān)閉氮?dú)?，按照程序升溫進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用固定的升溫速率（10℃·min－1），使熱解反應(yīng)器溫度升至不同的終溫（400，500，600 和700℃），并且在反應(yīng)終溫條件下停留30 min。熱解產(chǎn)生的炭在熱解結(jié)束后從反應(yīng)器頂部取出；熱解產(chǎn)生的焦油采用冷捕集法（－20℃乙醇作為冷凝液）進(jìn)行收集；經(jīng)過(guò)冷凝后氣體通過(guò)集氣袋進(jìn)行收集。

圖1　生物質(zhì)熱解反應(yīng)器工藝流程圖Figure 1 Schematic diagram of biomass pyrolysis reactor

1.3產(chǎn)物基本特性分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分別對(duì)熱解產(chǎn)物：炭、氣體和焦油的產(chǎn)率及其基本特性分析。氣體的產(chǎn)率采用差減法獲得，即氣體產(chǎn)率=100%-（液體產(chǎn)率%+固體產(chǎn)率%）。氣體的成分采用氣相色譜（GC9890B，南京仁華色譜科技應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心）進(jìn)行分析，可測(cè)氣體成分種類為一氧化碳（CO），氫氣（H2），甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）以及微量的烴類氣體成分（如乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等），其熱值由公式（1）計(jì)算得到［4］。檢測(cè)條件：熱導(dǎo)檢測(cè)系統(tǒng)（TCD）的柱箱溫度為75℃，TCD檢測(cè)器溫度85℃，載氣氬氣的流量為60 mL·min－1；氫焰檢測(cè)系統(tǒng)（FID）的毛細(xì)管進(jìn)樣器溫度為100℃，氫焰檢測(cè)器溫度為250℃，程序升溫的初始時(shí)間為13.8 min，升溫速率為20℃·min－1，終止溫度為180℃，終止時(shí)間15 min。

式（1）中：VCO，VH2，VCH4，VCnHm分別代表各氣體成分在可燃?xì)庵械捏w積百分比（%），LHV（可燃?xì)猓榭扇細(xì)獾牡臀粺嶂担∕J·N－1·m－3）。

炭的工業(yè)分析參照GB/T 28731－2012《固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法》進(jìn)行測(cè)定；元素分析采用元素分析儀（Vario EL，德國(guó)Elementary公司）的CHNS模式進(jìn)行測(cè)定；氧元素質(zhì)量比例通過(guò)差減法獲得；熱值通過(guò)氧彈法測(cè)定，儀器為微機(jī)量熱儀（ZDHW-8A，中國(guó)鶴壁市眾鑫儀器儀表有限公司）；比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)采用全自動(dòng)氣體吸附分析儀（Autosorb iQ10，美國(guó)康塔科技有限公司）進(jìn)行分析，準(zhǔn)確稱取0.05 g炭樣，在150℃下脫氣12 h，后升溫至300℃繼續(xù)脫氣12 h。待真空脫氣干燥完成后，將樣品浸入液氮（－196℃）中，測(cè)定其氮?dú)馕?脫附等溫線，并且根據(jù)Brunauer-Emmett-Teller（BET）法計(jì)算其比表面積，采用Barrett-Joyner-Halenda（BJH）模型計(jì)算得到平均孔徑、孔容積。生物油的成分采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS，5975C，美國(guó)安捷倫科技有限公司）進(jìn)行分析，氣相色譜檢測(cè)條件：色譜柱DB-5MS，升溫過(guò)程為40℃保持4 min，然后以4℃·min－1的升溫速率升至300℃，保持4 min。載氣氦氣流速為1 mL·min－1，分流比3∶1，分流流量3 mL·min－1，進(jìn)樣口溫度300℃；質(zhì)譜條件：離子源溫度230℃，四級(jí)桿溫度150℃，全掃描模式，溶劑延遲時(shí)間3 min。測(cè)得生物油用相對(duì)含量（%）表示。

2　結(jié)果與討論

2.1熱解溫度對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

圖2為反應(yīng)溫度對(duì)馬尾松熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的影響。由2圖可知：隨著反應(yīng)溫度從400℃增加至700℃，氣體產(chǎn)率從40.00%逐漸增加至46.50%；炭產(chǎn)率從26.50%逐漸減少至24.00%；生物油產(chǎn)率從33.50%逐漸減少至29.50%。據(jù)MA等［2］的報(bào)道，當(dāng)溫度高于400℃時(shí)，纖維素和半纖維素降解過(guò)程已基本完成，試樣中的木質(zhì)素成分開(kāi)始降解，因此，隨著溫度增加，炭產(chǎn)率還將減少。生物油產(chǎn)率的減少可能是由于在高溫條件下發(fā)生二次裂解造成的，生物油進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為不可冷凝的小分子氣體，因此，炭和生物油產(chǎn)率的減少也直接導(dǎo)致可燃?xì)獾漠a(chǎn)率不斷增加。陳偉等［8］、胡強(qiáng)等［9］、陳應(yīng)泉［10］開(kāi)展的關(guān)于溫度分別對(duì)竹屑、煙稈和棉稈等3種生物質(zhì)的熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的影響的實(shí)驗(yàn)研究表明，雖然3種產(chǎn)物的產(chǎn)率稍有差異，但是隨著溫度升高三相產(chǎn)物的產(chǎn)率的變化規(guī)律基本一致。

圖2　溫度對(duì)馬尾松熱解產(chǎn)物得率的影響Figure 2　Effect of temperature on the yields of pyrolysis products from Pinus massoniana

2.2熱解溫度對(duì)氣體成分的影響

根據(jù)各氣體成分體積分?jǐn)?shù)的差異，將可燃?xì)夥譃?個(gè)部分：①常規(guī)不可冷凝氣體成分（一氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷），體積分?jǐn)?shù)為4.50%~41.00%，如圖3A所示；②少量烷烴類氣體成分CnHm（2≤n≤3），體積分?jǐn)?shù)為0~1.10%，如圖3B所示；③微量的烷烴類氣體成分CnHm（n=4），體積分?jǐn)?shù)為0~0.10%，如圖3C所示。由圖3A可知：隨著熱解溫度的增加，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)從41.00%逐漸減少至24.00%，一氧化碳體積分?jǐn)?shù)在400~500℃時(shí)迅速下降，然后緩慢下降至25.00%。MA等［2］發(fā)現(xiàn)纖維素和半纖維素的熱降解溫度區(qū)間主要為323~ 389℃和185~325℃，因此，在400℃時(shí)高體積分?jǐn)?shù)的二氧化碳和一氧化碳主要來(lái)自于纖維素和半纖維素的裂解，其中二氧化碳主要來(lái)自于羰基的裂解和脫羧基反應(yīng)，而醚鍵和部分的羰基的裂解是一氧化碳的主要來(lái)源［8－10］。甲烷體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高緩慢增加，MA等［2］發(fā)現(xiàn)在400~700℃主要是木質(zhì)素的熱降解，甲烷增加部分主要來(lái)自于木質(zhì)素中甲氧基（—OCH3），甲基（—CH3），亞甲基（—CH2—）的降解。氫氣在400℃以下體積分?jǐn)?shù)非常低（4.50%），隨著溫度的升高，體積分?jǐn)?shù)急劇增加，一方面是木質(zhì)素中芳香烴的縮合和重?zé)N類裂解產(chǎn)生，另外，生物油在高溫條件下的發(fā)生二次裂解也會(huì)導(dǎo)致氫氣體積分?jǐn)?shù)的增加［8－10］。由圖3B和圖3C可知烷烴類氣體成分（CnHm，2≤n≤4），包括乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、反丁烯、正丁烯、異丁烯，隨著熱解溫度的增加，體積分?jǐn)?shù)不斷減少，原因是反應(yīng)溫度的增加加劇了此類烷烴氣體的熱裂解，主要是C—C鍵和C—H鍵的斷裂，進(jìn)而使其轉(zhuǎn)化為甲烷（CH4）和氫氣（H2）［12－13］。圖3D可知：可燃?xì)鉄嶂惦S著熱解溫度的升高而逐漸增加至12.11 MJ·N－1·m－3,熱值略高于竹屑［8］（11.44 MJ·N－1·m－3）和棉稈［10］（11.00 MJ·N－1·m－3）的熱解氣體的最大熱值，并且遠(yuǎn)高于以空氣為氣化劑的生物質(zhì)氣化可燃?xì)獾臒嶂担?~6 MJ·N－1·m－3），因此，可燃?xì)膺m用于鍋爐燃燒供熱或者內(nèi)燃機(jī)發(fā)電［3，14］。

圖3　熱解溫度對(duì)馬尾松熱解氣體成分的體積分?jǐn)?shù)和熱值的影響Figure 3 Effect of pyrolysis temperature on the content and lower heating value of gas components

2.3熱解溫度對(duì)炭性能的影響

表1表明：隨著熱解溫度的增加，碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從85.96%逐漸增加至89.73%，氫元素逐漸減少至0.87%，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加至92.64%，揮發(fā)分逐漸減少至2.09%，灰分逐漸增加至5.27%，低位熱值逐漸增加至31.8 MJ·kg－1。UCAR等［7］和DUMAN等［15］分別采用固定床慢速熱解工藝，開(kāi)展了關(guān)于溫度對(duì)石榴Punica granatum籽和櫻桃Cerasus pseudocerasus籽熱解炭的特性的研究。研究結(jié)果表明：隨著熱解溫度的增加，碳元素、固定碳和灰分的含量以及低位熱值逐漸增加，氫元素和揮發(fā)分含量的逐漸減少，驗(yàn)證了本研究的研究結(jié)果。與馬尾松原料的基本特性相比（見(jiàn)1.1節(jié)），碳元素和固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，低位熱值幾乎增加了1倍，因此，馬尾松炭是一種富炭、高熱值燃料，可用于制成固體燃料。

表1　熱解溫度對(duì)炭的化學(xué)組分和低位熱值的影響Table 1 Effect of pyrolysis temperature on the chemical component and lower heating value of char

比表面積、孔徑和孔容等是用于表征多孔性材料的重要參數(shù)。表2為不同熱解溫度時(shí)的馬尾松炭的孔結(jié)構(gòu)特征。隨著熱解溫度的增加，焦炭的比表面積從251.05 m2·g－1逐漸增加至536.13 m2·g－1，微孔孔容從0.69 cm3·g－1逐漸增加至0.96 cm3·g－1，總孔容從0.15 cm3·g－1逐漸增加至0.28 cm3·g－1，平均孔徑從2.35 nm逐漸減少至2.08 nm。400℃之前，隨著纖維素和半纖維素?zé)峤?，揮發(fā)分逐漸析出的過(guò)程使馬尾松炭形成了一定的孔隙結(jié)構(gòu)，隨著溫度增加至700℃，木質(zhì)素發(fā)生的大量降解，炭結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，平均孔徑變小，比表面積顯著增加。陳應(yīng)泉等［10］分析認(rèn)為400℃后比表面積的增加主要來(lái)自于2個(gè)途徑：一方面是木質(zhì)素中含苯環(huán)的物質(zhì)析出后產(chǎn)生的孔隙，另一方面是稠環(huán)與石墨微晶生成時(shí)產(chǎn)生的缺口或裂隙。Angin等［16］的研究結(jié)果也驗(yàn)證了以上的結(jié)論。

表2　熱解溫度對(duì)炭的孔隙特性的影響Table 2 Effects of pyrolysis temperature on the pore characteristics of char

2.4熱解溫度對(duì)焦油特性的影響

生物油是一種組分非常復(fù)雜的液體，由幾百種化學(xué)物質(zhì)組成［11］。表3為通過(guò)GC/MS分析得到的不同熱解溫度時(shí)的生物油的組分及其相對(duì)含量。從整體上看，生物油主要是由酸類、酮類、醛類、醇類、脂類、糖類和酚類組成，400℃相對(duì)含量較高的3類組分是酸類（20.21%），醇類（11.47%）和酚類（11.73%），而酸類中以乙酸為主。400℃之前半纖維素和纖維素發(fā)生降解，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［4,17－18］，纖維素?zé)峤馐紫犬a(chǎn)生中間產(chǎn)物活性纖維素，然后通過(guò)解聚和開(kāi)環(huán)（脫羰基和脫水），產(chǎn)生左旋葡萄糖、羥基乙醛、羥基丙酮、鏈狀醇和脂類等幾種主要成分；半纖維素?zé)峤馔ㄟ^(guò)解聚、開(kāi)環(huán)、支鏈斷裂與取代基脫落等過(guò)程后主要轉(zhuǎn)化為小分子醛酮類（羥基乙醛、羥基丙酮）和酸類（乙酸）等主要成分［4,17－18］，因此，在400℃時(shí)，小分子的酸類、醇類和酚類等化學(xué)物質(zhì)主要來(lái)自于纖維素和半纖維素的熱解，當(dāng)然少量的木質(zhì)素的熱解導(dǎo)致了酚類物質(zhì)的出現(xiàn)。隨著溫度的增加，酸類、醇類、左旋葡聚糖的含量顯著減少，而酚類的物質(zhì)則不斷增加，主要是木質(zhì)素開(kāi)始熱解，而木素質(zhì)最主要的3個(gè)基本組成單元為對(duì)羥基苯基丙烷、愈創(chuàng)木基丙烷和紫丁香基丙烷，熱解時(shí)最容易產(chǎn)生酚類物質(zhì)。因此，生物油可用于提取化學(xué)品。

3　結(jié)論

采用固定床熱解反應(yīng)器，開(kāi)展了熱解溫度（400，500，600，700℃）對(duì)馬尾松慢速熱解過(guò)程產(chǎn)物產(chǎn)率和基本特性的影響研究。結(jié)果表明：隨著反應(yīng)溫度的升高，氣體產(chǎn)率從40.00%逐漸增加至46.50%；炭產(chǎn)率從26.50%逐漸減少至24.00%；生物油產(chǎn)率從33.50%逐漸減少至29.50%。

隨著熱解溫度的升高，氣體中的二氧化碳從41.00%逐漸減少至24.00%，一氧化碳從33.50%下降至25.00%，甲烷從11.00%緩慢增加至15.50%，氫氣從4.50%逐漸增加至25.50%，烷烴類氣體成分（CnHm，2≤n≤4）逐漸減少，氣體的最高熱值為12.11 MJ·N－1·m－3。

隨著熱解溫度的升高，炭中的碳元素和固定碳的含量分別逐漸增加至89.73%和92.64%，氫元素和揮發(fā)分含量分別逐漸減少至0.87%和2.09%，低位熱值逐漸增加至31.8 MJ·kg－1，孔隙結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，比表面積從251.05 m2·g－1逐漸增加至536.13 m2·g－1。

隨著熱解溫度的升高，生物油中酸類、醇類、左旋葡聚糖的相對(duì)含量顯著減少，而酚類的相對(duì)含量則不斷增加。

表3　熱解溫度對(duì)生物油的組分的影響Table 3 Effects of pyrolysis temperature on the components of bio-oil

4　參考文獻(xiàn)

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Pinus massoniana pyrolysis:influence of temperature on yields and product properties

MA Zhongqing1,2,ZHANG Qisheng3
（1.School of Engineering,Zhejiang A &F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.Key Laboratory of Wood Science and Technology of Zhejiang Province,Zhejiang A &F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;3.College of Materials Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,Jiangsu,China）

Abstract:Pinus massoniana,a fast-growing wood species that is plentiful in China,could be converted into high-quality bio-fuel through thermal-chemical conversion technology.The objective of this study was to obtain useful data for effective design and operation of biomass pyrolysis technology fed by P.massoniana.In this study a fixed bed reactor was used to determine the influence of temperature（400,500,600,and 700℃）on yields and properties of slow pyrolysis products for P.massoniana.The components of bio-gas were analyzed by gas chromatograph（GC）,the properties of bio-char were analyzed by the Brunauer-Emmett-Teller（BET）and Barrett-Joyner-Halenda（BJH）methods,and the components of bio-oil were analyzed by gas chromatograph/ mass spectrometry（GC/MS）.Results showed that as the pyrolysis temperature increased,the yield of bio-gas increased from 40.00% to 46.50%;whereas,the yields of bio-char and bio-oil decreased from 26.50% to 24.00% and 33.50% to 29.50%,respectively.At 700℃,the lower heating value（LHV）of bio-gas reached its maximum value of 12.11 MJ·N(－1)·m(－3)with components of CO2（24.00%）,CO（25.00%）,CH4（15.50%）,H2（25.50%）,and CnHm（2≤n≤4）（0.97%）;also the maximum values for LHV（31.8 MJ·kg(－1)）and specific surface area（536.13 m2·g(－1)）were attained.The main components in the bio-oil were acetic acid（5.30%）,1-hydroxy-2-butanone（4.10%）,hydroxy-acetone（8.50%）,phenol（2.70%）,and methylphenol（3.90%）which could be important chemicals source by refining .［Ch,3 fig.3 tab.18 ref.］

作者簡(jiǎn)介：馬中青，講師，博士，從事生物質(zhì)熱解和氣化的研究。E-mail：mazqzafu@163.com

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD30B01）；浙江農(nóng)林大學(xué)生物質(zhì)資源化利用研究中心預(yù)研項(xiàng)目（2013SWZ03）；浙江農(nóng)林大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目（2014FR056）

收稿日期：2015-02-28；修回日期：2015-05-05

doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2016.01.015

中圖分類號(hào)：S781；TQ351

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-0756（2016）01-0109-07