生物质热解是当前国际上生物质能研究的前沿技术之一。流化床快速热解技术由于具有高传热速率,一致的床层温度,较短的气相停留时间,可以抑制热解蒸气的二次裂解等优点,有利于提高生物油产量,因而受到广泛应用。该技术能以连续进料的工艺将生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料(生物油)。小桉树是澳大利亚西澳州用于治理土地盐渍化而广泛种植在小麦条带间的一种灌木桉树,其具有耐干旱、成材迅速、产量大等优点。在以往的生物质热解实验研究中,人们更多的将研究的重点放在油产率的最大化,但是考虑到生物油的最终用途及其对油品质的要求,本文同时也研究了生物质热解的产物分布、热解生成的生物油的性质及化学组成。在实际工业生产中,包含植物的各部分(木质部分和树叶)的小桉树将会被整体送入反应装置中热解制油,因此分别研究清楚小桉树的木质部分和树叶的热解行为,以及各部分热解所生成的生物油的性质非常必要。基于此本论文依托澳大利亚第二代生物能源技术政府科研基金项目,在流化床热解反应器上较系统地研究了热解参数(热解温度、生物质粒度、生物质中碱金属和碱土金属的含量等)对小桉树各部分(木质部分和树叶)热解产物产率以及生物油化学组成的影响。主要包括以下研究内容和结论：1.本文在实验室规模流化床热解反应器上研究了温度(350-580℃)对小桉树木质部分热解产物的产率的影响,并通过热重分析、扫描电镜、生物油粘度测试、生物油元素分析、生物油的水含量测试、生物油热值测试等方法对小桉树木质部分原料和热解油进行了分析,探讨了温度对小桉树木质部分热解汕的物理性质和化学组成的影响,得出以下结论：热解温度对热解产物的产率有显著影响,热解温度在450℃时,生物汕的产率达到最大值(65%)；在生物油产率最高的温度范围热解制得的生物油中木质素衍生的聚合物的含量最高,并且生物油的水含量最低,使得生物油的粘度最高,同时生物油的热值最高,品质最好,即获得生物油产率最高的热解温度范围与获得较高品质的生物油的温度范围完全吻合；在350-500℃的温度范围内,生物油产率随热解温度升高而增大主要是由生物油中的木质素聚合物(不溶于水不但溶于二氯甲烷组分)产率升高引起的。2.采用生物质流化床快速热解装置研究了生物质粒度对小桉树木质部分热解产率和热解油的组成及化学性质的影响,通过热重分析、生物油粘度测试、生物油的水含量测试、冷水萃取法、紫外荧光光谱方法等方法和技术对小桉树木质部分热解油进行了分析,得出以下结论：当生物质粒度从0.38mm增大到1.7mmm时,生物油的产率明显降低(约11-13%),生物焦和热解气的产率明显升高,分别升高8%和6%；当生物质的粒度从1.7mm继续增大到5.38mm时,生物质热解产物产率不再发生明显变化。生物油的粘度随粒径的变化规律正好与油产率的变化相一致,均随着生物质粒度的增大而降低；生物油中水含量随生物质粒度的增大而升高以及生物油中分子量较高的木质素聚合物的含量随生物质粒度的增大而降低是油粘度变化的原因；通过对不同粒度生物质热解制得的生物油的TGA族组分分析得到,生物质粒度越大,生物质热解油中轻组分产率越高,重组分产率越低。3.采用流化床快速热解装置研究了碱金属和碱土金属的脱除对小桉树木质部分热解产物产率和热解油的组成及化学性质的影响,通过热重分析、生物油粘度测试、生物油的水含量测试、冷水萃取法、紫外荧光光谱方法等方法和技术对小桉树木质部分热解油进行了分析,得出以下结论：生物质中的AAEM在生物质中以水可脱除的和水不可脱除但酸可脱除两种形式存在；经过水洗和酸洗预处理的后生物质热解产率均没有明显变化,但是生物油的组成却发生明显变化,尤其是水不可脱除但酸可脱除的AAEM对生物油组成的影响显著；生物质中的AAEM的脱除(尤其是水不可脱除但酸可脱除的AAEM),会导致生物油中糖类和木质素聚合物等重组分的含量增加,以及水和轻组分含量的下降,造成生物油粘度增加,使生物油变“重”。4.由于树叶热解制得的蒸气与最终冷凝所得的生物汕与木质部分热解所得的蒸气及生物油相比,具有更高的粘结性,很容易造成生物油冷凝和收集系统的堵塞。针对这个问题,本实验对原装置的冷凝系统进行了设计和改造。在改造后的反应器上对小桉树树叶在不同温度下(300-580℃)的热解行为进行了研究。采用Karl-Fisher水分测定仪、冷水萃取法、旋转粘度计、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱、气相色谱-质谱联用、紫外荧光光谱等对生物质油进行分析。实验结果表明小桉树的树叶和木质部分均可通过热解实现较高的油产率,成为生物能源的优质原料。小桉树树叶在各温度下热解油产率均低于小桉树木质部分热解油产率。小桉树树叶热解油的产率在热解温度为400-450℃达到最大值,为52.6%。树叶热解油中的水不溶组分含量远高于木质部分热解油。桉脑油是桉树树叶热解液体产物中特有的且含量最丰富的单体化合物。在小桉树树叶热解油中源自纤维素和半纤维素的化合物(左旋葡聚糖、酸类和醛类)产率也低于木质部分热解油中相应化合物。树叶热解的生物焦产率高于木质部分,原因是由于桉树树叶中含量较高的“萃取物”所致。小桉树树叶热解油的芳香性随着热解温度的升高而增加。