微波热解生物质废弃物的研究

固体产物焦炭测定，选用MicrometriticsASAP2010氮气吸附仪，进行BET比表面分析；液体产物生物油的组成，采用7980A/5975GC/MSD系统（Agilent公司）测定；进样口温度为300℃；色谱柱：AgilentDB-5.625，20m×0.18mm；气体产物组成采用GC112A型气相色谱仪（上海精密科学仪器厂）测定。
2试验结果与讨论
2.1微波热解木屑工艺条件研究
微波热解木屑过程中生成不可凝气体、残留在反应器内的焦炭和两级冷凝所得的生物油。本文对微波功率、加热时间、生物质含水量及粒径大小对热解产物收率的影响进行了研究。
2.1.1微波功率对微波产物收率的影响
样品质量为8.0g，粒径为0.5~0.8mm，反应时间为5min，考察微波功率对微波热解产物收率的影响，结果如图3所示。

图3微波功率对产物收率的影响
微波功率对不同裂解产物收率有很大影响，对固体产物收率和液体产物收率的影响更为显著。随着微波功率增加，液体产物收率显著提高，在微波功率为1.3kW时，液体收率仅为16%，当微波功率升至2.2kW时，液体产物收率可达到30%以上。微波功率上升，固体产物收率下降，气体产物收率基本不变。功率较大时，液体产物收率变化不大，较大功率需要更高的能量输入，高功率下微波源不稳定，不利于操作，因此应综合考虑各因素，选择合适的微波功率，微波功率为2.0kW，符合产率高、操作稳定的要求。
2.1.2反应时间对产物收率的影响
样品质量为6.0g，粒径0.5~0.8mm，选用微波功率为1.9kW，在时间分别为3，5，7min和10min时对样品热解，考察反应时间对微波热解产物收率的影响，结果如图4所示。

图4反应时间对产物收率的影响
微波反应时间对不同裂解产物收率有较大的影响。热解时间增长，固体产物收率迅速降低，液体产物收率会有较大的提高。反应时间为3min时，液体收率为15%；时间增加到10min时，收率达到35%。随着时间的增加，大量的微波能量加热物料，会使物料热解更加完全，从而使固体产物收率迅速降低，液体产物收率有比较显著提高，气体产物在一定范围内有所增加。但是微波加热时间延长，会增加一定的能耗，实际应用中应权衡两者的利弊，寻求更优条件，本试验中以8min作为最优反应时间。
2.1.3含水量对产物收率的影响
含水量对微波生物质的热解起着决定性的作用，本试验采用2.0kW微波功率，微波加热时间为5min，木屑质量为5.0g，尺寸选用0.5~0.8mm，对原料分别作烘干和润湿处理后进行热解反应，原料中不同含水量所得试验结果如图5所示。

图5物料含水量对产物收率的影响
含水量的增加等同于提高物质的介电性能，因此，增加含水量可以显著提高物质吸收微波的能力，提高加热速率。众所周知，提高加热速率有利于生物质的热解液化和热解气化，使液体产物收率增至40%，在一系列试验中收率为最高。水可以作为一种反应物质参与生物质的热解反应，提高液体收率，同时减少固体物质的生成，但是含水量较高，生物油含水量就会越高，利用价值降低，因此本研究认为含水量在20%为较优条件。
2.1.4原料粒径对产物收率的影响
微波功率2.0kW，热解时间5min，作为微波热解条件，考察不同原料粒径对微波热解产物收率的影响，结果如图6所示。

图6物料粒径对产物收率的影响