微波裂解生物质研究

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中国农学通报 2016,32(11):33-38

Chinese Agricultural Science Bulletin

生物质微波裂解制备可再生燃油的研究现状与发展分析

游小英 1，张秀娟 2，王允圃 3，戴磊磊 3，温平威 3

（1江西省永丰中学，江西永丰 331500；

2南昌弘益药业有限公司，南昌 330047；

3南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，南昌 330047）

摘要：可再生燃油是重要的环保型生物质基燃料，但其在制备方法及燃料性质上仍存在一定的缺陷。

近年来，发展迅速的生物质微波裂解因其能获得低成本、高热值并且绿色环保的可再生燃油，在未来的

能源大战中异军突起。本研究回顾了生物质微波裂解制备可再生燃油技术的发展历程，综述了生物质

微波直接裂解及间接裂解（微波吸收剂辅助吸波）2种热化学转换方式的现状及特点，并探讨了生物质

微波裂解技术还存在的问题，指出了目前生物质微波裂解制备可再生燃油的研究方向。

关键词：生物质；微波热解；吸波剂；可再生燃油

中图分类号：S216 文献标志码：A论文编号：casb15100058

Research and Development of Microwave Pyrolysis of Biomass for Renewable Fuel Production

You Xiaoying1, Zhang Xiujuan2, Wang Yunpu3, Dai Leilei3, Wen Pingwei3

(1Jiangxi Yongfeng Middle School, Yongfeng Jiangxi 331500;

2Nanchang Helioeast Science Technology Pharmaceutical Co., LTD, Nanchang 330047;

3Engineering Research Center for Biomass Conversion, Ministry of Education, Nanchang University, Nanchang 330047)

Abstract: Renewable fuel is an important environmental-friendly biomass-based fuel, but there are still some

shortcomings in the preparation and properties of the fuel. In recent years, the rapid development of microwave

pyrolysis of biomass to obtain low-cost, high calorific value and green renewable energy fuel is crucial to the

competition in future energy crisis. The paper reviewed the development of the preparation technology of

microwave pyrolysis of biomass for renewable fuel, reviewed the status and characteristics of two thermo-

chemical conversions including the direct microwave pyrolysis and indirect pyrolysis (microwave absorbent

assisted absorbing), explored the problems in microwave pyrolysis of biomass technology, pointed out the

research directions of microwave pyrolysis for preparing raw material for renewable fuel currently

Key words: biomass; microwave pyrolysis; microwave absorbent; renewable fuel

0引言

传统化石资源的开采和使用带来了严重的环境恶

化问题，严重威胁了社会的可持续发展，而生物质能源

被认为是缓解温室效应最有效的途径之一。因此，对

发展可再生燃料和化学品及普及替代能源的研究越来

越受到重视，近年来，随着研究的不断深入，该领域研

究方向逐渐转变为利用生物质热化学转化来制备高热

值的可再生燃油。

传统热解技术将生物质转化为生物油、木炭和可

燃性气体，该法存在热能传递速率较慢、效率不高、能

耗大等问题，需要寻找一种更节能有效的方式加以利

用。由于微波加热较之传统加热方法具有独特的优

势，越来越受到世界范围内科技工作者的重视。微波

加热具有的独特优势也逐渐引起广大能源开发工作者

基金项目：国家自然科学基金项目“微波辐射极化脂肪酸盐羧基端脱羧成烃的机理研究”(21266022)。

第一作者简介：游小英，女，1985 年出生，江西永丰人，本科，研究方向：生物质转化利用。通信地址：331500 江西省永丰中学，E- mail：

yxy0407030158@163.com。

通讯作者：王允圃，男，1985 年出生，山东滨州人，助理研究员，硕士，研究方向：生物质微波裂解研究。通信地址：330047 江西省南昌市南京东路 235

号南昌大学，Tel：0791-88333816，E-mail：wangyunpu@ncu.edu.cn。

收稿日期：2015-10-15，修回日期：2015-12-11。

中国农学通报 http://www.casb.org.cn

的浓厚兴趣，各国的工作者开始探索微波在生物质裂

解方面的应用。该技术分为直接裂解和间接裂解 2

种，实现了快速加热裂解、降低能耗的目的，随着研究

的不断深入，在催化剂和微波吸收剂的作用下，生物质

微波裂解制备可再生燃油的产量和生物油品质均得以

提高[1-6]。除此之外，还具有来源广、潜力大、增大废弃

物的回收利用率、操作优化等优势，在一定程度上可缓

解日趋严重的环境压力和资源短缺压力[7-9]。

目前，微波裂解技术在发展过程中受到原料、生产

工艺以及高效的催化剂等众多因素的制约，国内外学

者正在加大力度进行该技术的研究和开发，拟通过开

发经济高效的微波吸收剂辅助吸波快速裂解技术和设

备，结合高效催化剂，以期实现微波辅助裂解生物质制

备燃油的连续化生产。因此，生物质制备可再生燃料

研究空间巨大，是 21 世纪生物质转化利用最具工业化

发展前景的技术之一。

1生物质微波裂解技术

微波裂解反应发生在无氧的条件下，生物质被加

热至 400~500℃，在短时间内裂解反应成低分子有机

蒸汽，经快速冷却制得液体燃料，并获得最大限度的液

体产率。该反应主要依赖于微波特有的加热方式

—

微波介电加热。微波介电加热的主要原理包括偶极极

化和离子传导[10]。微波加热时，高频电场以每秒几亿

级的速度周期性改变外加电场和方向，在外电场的作

用下，介质中极性分子沿电场方向排列而发生取向，这

种现象称为偶极极化。但是微波产生的交变电场变向

高达每秒数亿次，由于分子的热运动和相邻分子的相

互作用，使得偶极转向极化不具备迅速跟上交变电场

的能力而滞后于电场，从而导致材料内部功率耗散，其

中一部分微波能转化为热能，由此使得物质本身加热

升温。离子传导是指电磁场中可离解电子的导电移

动，由于介质对离子的阻碍，损耗微波能量并且产生热

效应[11-14]。

传统热解是指生物质在完全没有氧或缺氧的条件

下热裂解，最终生成生物油、木炭和可燃性气体的过

程，对于同一原料，3种产物的比例取决于热裂解的工

艺和反应条件。传统热解时，热能以较低的传热速率

从原料表面传导至内部，导致原料表面的温度总是高

于内部的温度，受热不均匀。因此，传统裂解对温度的

要求较高。裂解过程也就存在能耗大、效率低、安全性

差和难以实现自动化等缺点。

由于微波具有波动性、高频性、热特性和非热特性

四大基本特性，其加热过程也是从内部往外部扩展，这

使得微波介电加热均匀、高效。不同物质的极性不同，

吸波能力也不同，微波介电加热可以有选择性的先加

热哪个组分，如：极性分子相对于非极性分子，或极性

长链分子中的极性部分相对于非极性的部分，具有优

先吸收微波能量的作用，从而实现自由基反应的分子

极性定位并加快反应速度。微波能够透射到有机分子

内部使偶极分子和长链有机分子的极性部位以极高的

频率振荡，引起分子或特定官能团的极高频电磁振荡

等作用，导致热量的产生。微波对介质材料是瞬时加

热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时

可调，介质升温随之可调，不存在“余热”惯性，极有利

于自动控制和连续化生产的需要。

相比于传统热解，微波裂解有以下几个方面的特

点[15]，见表 1。

2生物质微波直接裂解制备可再生燃油技术

生物质微波直接裂解制备可再生燃油技术是通过

反应物本身的极性吸收微波，从而发生裂解反应制备

燃油。由于其相对于传统裂解有着一定的优势，研究

者主要针对微波裂解的原料、催化剂、反应器和产物这

4个方面开展研究。

2.1 微波裂解原料

生物质指通过光合作用产生的一切有机体，包括

农作物、树木等植物及其残骸[16]。生物质由 C、H、O、

微波裂解

能量的转化

堆芯内体积均匀加热：整个材料整体加热，在水平分子上耦合

快速、高效：例如甲醇可迅速加热到 100℃以上；离子液体可以每秒跳跃 200℃

有选择性：可以快速加热极性物质，但对非极性物质无效

有热点：由于微波场的不均匀性或者物料介电性质的不同，

在加热过程中会产生热点使物料的局部温度远远高于测得的温度

依赖于原料的属性

可精确控制加热：微波的输出功率随时可调，介质升温随之可调

传统热解

能量的传递

表面加热：通过对流和传导

慢、效率低

无选择性

无热点

不依赖于原料的属性

不能控制加热

表1微波裂解与传统热解工艺特点

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摘要：

中国农学通报2016,32(11):33-38ChineseAgriculturalScienceBulletin生物质微波裂解制备可再生燃油的研究现状与发展分析游小英1，张秀娟2，王允圃3，戴磊磊3，温平威3（1江西省永丰中学，江西永丰331500；2南昌弘益药业有限公司，南昌330047；3南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，南昌330047）摘要：可再生燃油是重要的环保型生物质基燃料，但其在制备方法及燃料性质上仍存在一定的缺陷。近年来，发展迅速的生物质微波裂解因其能获得低成本、高热值并且绿色环保的可再生燃油，在未来的能源大战中异军突起。本研究回顾了生物质微波裂解制备可再生燃油技术的发展...

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