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本综述聚焦木质纤维素生物质热解，系统分析温度、加热速率等操作参数对生物炭、生物油、热解气产率的影响，指出现有研究因原料差异存在结果不一致，呼吁加强可控对比研究以优化热解工艺、推动可持续能源发展。
木质纤维素生物质热解过程中操作参数对产物产率的影响：系统综述
引言
工业革命以来，化石燃料（煤、石油、天然气）的大量使用引发土壤污染、温室效应等环境问题。全球通过《京都议定书》《巴黎协定》等协议及可持续发展目标（SDGs）推动清洁能源发展。2021 年全球能源结构仍以化石燃料为主（煤 27.22%、石油 29.50%、天然气 23.63%），可再生能源占比低，木质纤维素生物质因具碳中性特点成为研究热点。
木质纤维素由纤维素（35–50%）、半纤维素（20–35%）、木质素（15–25%）和矿物质组成。热解作为重要的热化学转化方法，可生成生物油、生物炭和热解气。生物油含高含氧化合物，呈酸性，可作燃料或化工原料；生物炭具高发热量和多孔结构，可用作吸附剂、土壤改良剂并固碳；热解气含 CO、CO?、H?等，可用于发电或作燃料。
热解产物形成分为三个阶段：低温（<500°C）生成生物炭，中温促进聚合物解聚为单体，高温（>600°C）生成小分子气体。纤维素、半纤维素、木质素因结构差异，热解机理不同，操作参数（温度、加热速率、停留时间、粒径等）显著影响产物产率和组成。
操作参数对热解产物的影响
- 温度：低温（如 300–400°C）利于生物炭生成，随温度升高，生物炭产率下降，但发热量和固定碳含量增加，表面积增大。高温（如 > 500°C）促进气体生成，生物油产率在约 500°C 时达峰值。
- 加热速率：较慢加热速率利于生物炭形成，快速加热（如 > 100°C/s）促进挥发分快速释放，增加生物油和气体产率。
- 停留时间：短停留时间（如 <10s）减少二次反应，利于生物油生成；长停留时间（如> 30min）促进气体生成，生物炭产率降低。
- 粒径：大粒径（如 > 2mm）因传热效率低，利于生物炭生成；小粒径（如 < 2mm）增加传热面积，促进气体和生物油生成。
- 其他参数：载气流速影响挥发分停留时间，高流速减少二次反应，增加生物油产率；反应器类型（如固定床、流化床）影响传热和反应路径，流化床因传热效率高适合快速热解。
挑战与展望
木质纤维素的复杂性（组成、含水率、粒径差异）导致热解过程可控性差，生物油高酸性和含水率、反应器放大困难等问题限制工业化应用。现有研究因原料差异导致结果不一致，需加强可控对比研究，标准化实验方法，深入解析操作参数与产物产率的关系，以优化热解工艺，提升可再生能源生产的可持续性。
结论
温度是影响热解产物的关键参数，生物炭产率随温度升高而降低，气体产率则相反，生物油在约 500°C 时产率最高。加热速率、停留时间、粒径等参数通过影响传热和反应路径调节产物分布。未来需通过标准化研究和机制解析，推动热解技术的优化与规模化应用，助力应对气候变化和可持续能源目标的实现。
