可存峰，廣萌萌，張亞寧，李炳熙

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

作為一種不可再生的一次能源，化石燃料在2018年占全球能源消費(fèi)的86.26%.對(duì)化石資源的嚴(yán)重依賴給人類社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了諸多威脅，如全球變暖加劇，環(huán)境污染嚴(yán)重以及能源結(jié)構(gòu)單一，這使得社會(huì)對(duì)更清潔、可持續(xù)和可再生燃料的需求大大增加，生物質(zhì)能便是其中之一[1-2].根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的定義，生物質(zhì)(Biomass)是指通過(guò)光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物.生物質(zhì)能則是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中的能量形式，它一直是人類賴以生存的重要能源之一.隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)能源總量的需求量越來(lái)越大，目前化石能源占據(jù)了能源消耗的主要部分[3].化石能源煤、石油、天然氣的不斷消耗，給經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)帶來(lái)了空前的壓力，可持續(xù)發(fā)展將陷入困境.利用生物質(zhì)這一可再生能源技術(shù)的關(guān)鍵性突破，對(duì)能源的利用具有不可估量的價(jià)值.生物質(zhì)能利用的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括[4-5]：物理化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)及熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù).其中熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)作為生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究熱點(diǎn)，主要包括干燥、烘焙、炭化、熱解、液化及氣化等[6-7]，而傳統(tǒng)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)通常以電能為其主要能量來(lái)源，近年來(lái)微波在該方向的利用逐漸受到人們的關(guān)注.

微波是指頻率為300 MHz～3 000 GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，即波長(zhǎng)在0.1 mm～1 m之間的電磁波，為與通信頻段區(qū)分，通常生產(chǎn)生活中用于微波加熱的頻率為2 450 MHz.利用微波進(jìn)行加熱具有不同于其他波段的重要特點(diǎn)，如穿透性、選擇性加熱、體積加熱等[8].將微波的利用引入生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)中，將從不同方面改良轉(zhuǎn)化過(guò)程，提升產(chǎn)物品質(zhì).目前，已有關(guān)于生物質(zhì)微波轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的文獻(xiàn)，但尚未有較為全面、深入的總結(jié)或分析.對(duì)于不同微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的運(yùn)行原理及現(xiàn)存缺陷，鮮有研究人員給出系統(tǒng)的綜述.本文將通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行全面、深入的總結(jié)，并與傳統(tǒng)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)比，分析利弊后給出未來(lái)可行的發(fā)展方向.

本文旨在綜述生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，給出微波干燥、烘焙、炭化、熱解、液化及氣化技術(shù)的主要技術(shù)原理圖，并分析比較不同微波轉(zhuǎn)化技術(shù)與相應(yīng)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化技術(shù)的主要區(qū)別，同時(shí)指出不同技術(shù)現(xiàn)有的缺點(diǎn)，最后給出未來(lái)生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)可能的研究方向.

1 生物質(zhì)微波加熱機(jī)理

不同于常規(guī)的電加熱，在微波場(chǎng)的作用下，介質(zhì)材料與微波電磁場(chǎng)相互作用，在材料內(nèi)部產(chǎn)生功率耗散，使得微波能直接轉(zhuǎn)化為材料的內(nèi)能，完成了能量的轉(zhuǎn)化，如圖1所示[9-10]，對(duì)于常規(guī)的電加熱，熱量通過(guò)熱對(duì)流機(jī)制從高溫氣體傳遞到燃料顆粒表面，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)機(jī)制從外部表面?zhèn)鬟f到顆粒內(nèi)部.由于原料材料的導(dǎo)熱性差，在燃料顆粒內(nèi)部形成從外到內(nèi)的溫度梯度，釋放出的揮發(fā)分通過(guò)較高的溫度區(qū)域從內(nèi)部擴(kuò)散到外表面.而在微波協(xié)同加熱過(guò)程中，微波穿透燃料顆粒，微波能轉(zhuǎn)化為顆粒內(nèi)部的熱能.由于顆粒表面的熱損失效應(yīng)，熱能在生物質(zhì)顆粒內(nèi)部不斷積累并向外傳遞.從顆粒內(nèi)部到外部形成溫度梯度，釋放出的揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)較低的溫度區(qū)域從內(nèi)芯擴(kuò)散到外表面.不同的加熱機(jī)制使得微波輔助加熱與傳統(tǒng)電加熱相比具有顯著的特點(diǎn)：體積加熱，選擇性加熱，加熱速率極快等.將微波作用于生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，會(huì)使得轉(zhuǎn)化過(guò)程更加高效.

2 生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

2.1 干 燥

1-支架；2-分析天平；3-交流電機(jī)；4-微波爐腔；5-旋轉(zhuǎn)托盤(pán)；6-高速攝像機(jī)；7-屏蔽柵及冷卻風(fēng)扇；8-排氣口；9-氣體流量計(jì)；10-風(fēng)機(jī)；11-布風(fēng)板圖2 微波干燥技術(shù)原理圖[11]

干燥主要是指通過(guò)一定的途徑，將材料中的水分除掉的過(guò)程.對(duì)于部分高含水量的生物質(zhì)原料，其在轉(zhuǎn)化利用的過(guò)程中，通常需要對(duì)其進(jìn)行干燥處理[11].常用的干燥技術(shù)包括氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥、紅外干燥、冷凍干燥等.對(duì)于不同干燥技術(shù)的優(yōu)劣，主要通過(guò)以下三種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]：產(chǎn)品質(zhì)量的高低、環(huán)境污染的程度、過(guò)程能耗的多少.微波干燥作為一種新型的干燥技術(shù)，其在諸多方面都有顯著的優(yōu)勢(shì)，一種典型的微波干燥技術(shù)的原理圖，如圖2所示.干燥空氣通過(guò)底部進(jìn)入微波爐，隨后通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入爐內(nèi)的干燥區(qū).待干燥的生物質(zhì)材料在可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)上被逐漸干燥.

受益于微波獨(dú)特的性能，微波干燥技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的干燥技術(shù)，有以下幾種顯著的優(yōu)勢(shì)[13]：(1)干燥均勻徹底.這是因?yàn)椴牧现泻扛叩牟糠郑盏奈⒉ǘ?，產(chǎn)生的熱量大，反之，則越少；同時(shí)產(chǎn)品是內(nèi)外整體加熱，沒(méi)有熱慣性，沒(méi)有熱能的傳遞損耗，干燥速度快.(2)控制簡(jiǎn)單迅速.由于微波功率可快速調(diào)整及無(wú)慣性的特點(diǎn)，結(jié)合PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)及時(shí)控制，便于工藝參數(shù)的調(diào)整和確定.(3)材料保持原色.由于微波干燥時(shí)間短，解決了傳統(tǒng)干燥時(shí)間長(zhǎng)、濕度大易導(dǎo)致產(chǎn)品變顏色等問(wèn)題.(4)節(jié)能環(huán)保高效.微波干燥無(wú)需其他傳熱媒介，避免了真空條件下熱傳導(dǎo)慢的缺點(diǎn)，速度快，效率高，干燥周期大幅縮短，能耗降低.同時(shí)干燥過(guò)程噪音較低，沒(méi)有毒害氣體和液體排放，是一種高效環(huán)保的干燥技術(shù).

得益于微波干燥的優(yōu)勢(shì)，微波干燥技術(shù)在食品生產(chǎn)、原料預(yù)處理等方面有廣泛的應(yīng)用.近年來(lái)，科研工作者針對(duì)該技術(shù)在精確除水方面進(jìn)行了持續(xù)深入的研究，得到設(shè)定含水量產(chǎn)品的技術(shù)方案有待進(jìn)一步的探索.此外，微波干燥技術(shù)的應(yīng)用受到設(shè)備造價(jià)的制約，在小容量方面的技術(shù)應(yīng)用有待進(jìn)一步的設(shè)計(jì)研發(fā).

2.2 液 化

1-氣瓶；2-氣閥；3-微波爐；4-控制器；5-微波爐腔；6-電機(jī)；7-壓力表；8-輕油；9-重油；10-攪拌器；11-冷凝器；12-收集瓶；13-冷凝油圖3 微波液化技術(shù)原理圖[16]

由于生物質(zhì)通常具有較高的含水量，常規(guī)的燃燒、氣化和熱解之前通常有預(yù)干燥的過(guò)程[14-15].液化是一種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，過(guò)程中生物質(zhì)在溶劑介質(zhì)中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，最終將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品(通常指生物油).液化過(guò)程能夠在水介質(zhì)中直接將高水分生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物原油，而不需要預(yù)干燥過(guò)程，因此生物質(zhì)的液化也是一種優(yōu)良節(jié)能的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方式.同時(shí)利用微波作為能量源，也給液化的過(guò)程帶來(lái)了諸多的優(yōu)勢(shì).一種典型的微波液化技術(shù)的原理圖如圖3所示，展示了生物質(zhì)原料到重、輕質(zhì)油的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并給出了最終生物油的收集方式.

生物質(zhì)的微波液化方式與傳統(tǒng)液化方式的主要不同[16-17]，如表1所示.可以看出：(1)微波液化的效率更高，開(kāi)始轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)化完成的時(shí)間更短；(2)微波液化得到的成品生物油中水分更低；(3)微波誘導(dǎo)羥基氧化為羰基的強(qiáng)度更大，常規(guī)液化產(chǎn)物中羥基含量較高，微波液化產(chǎn)物中羰基含量較高；(4)微波液化的生物質(zhì)殘留物微觀表面更光滑.由于微波液化定向產(chǎn)物的產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，相關(guān)的具體反應(yīng)機(jī)理鮮有詳細(xì)的描述.此外，微波液化產(chǎn)物通常需要二次催化處理才能具有商業(yè)用途，因此，實(shí)驗(yàn)條件的進(jìn)一步優(yōu)化也是研發(fā)的重點(diǎn).

表1 生物質(zhì)的微波液化與傳統(tǒng)液化的主要區(qū)別

2.3 烘 焙

生物質(zhì)的烘焙技術(shù)是一種在惰性、常壓環(huán)境下的溫和(200 ℃～300 ℃)熱解技術(shù).在烘焙過(guò)程中，木質(zhì)生物質(zhì)中能量密度較低的半纖維素經(jīng)過(guò)加熱后被分解，同時(shí)生物質(zhì)中的纖維素及木質(zhì)素也會(huì)少量分解，其中的水分和揮發(fā)物也同時(shí)被析出，最終得到具有較高熱值、較低H/C和O/C原子比、更好的可磨性和疏水性的固體生物質(zhì)燃料[18-19].傳統(tǒng)的烘焙過(guò)程是在一種管式爐中進(jìn)行的，爐內(nèi)有一個(gè)由電驅(qū)動(dòng)的石英管，加熱速率可調(diào)，反應(yīng)溫度可控.近年來(lái)，微波加熱作為一種生物質(zhì)烘焙加熱的替代方法引起了研究人員的廣泛關(guān)注.“濕法”微波烘焙反應(yīng)器為一種常見(jiàn)的微波烘焙反應(yīng)器，而提供蒸汽的主要作用在于提供反應(yīng)所需要的水分.相較于一些“干”烘焙，“濕法”烘焙的產(chǎn)物具有更豐富的表面官能團(tuán)和更高的結(jié)晶度，在近幾年的烘焙技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用較多.一種典型的微波烘焙技術(shù)的原理圖，如圖4所示.粉碎的生物質(zhì)置于石英反應(yīng)器中，隨著微波能量的輸入，生物質(zhì)在一定溫度下進(jìn)行烘焙過(guò)程，期間產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)冷凝后被收集瓶收集.

生物質(zhì)的微波烘焙與傳統(tǒng)烘焙技術(shù)的主要不同點(diǎn)[20]，如表2所示.(1)微波烘焙的轉(zhuǎn)化效率稍低于常規(guī)的烘焙技術(shù)，但兩者均可達(dá)到90%以上的轉(zhuǎn)化率；(2)常規(guī)加熱下熱值增強(qiáng)因子的變化(梯度)比微波加熱下的變化更劇烈，這是由于微波輻射作用下材料的加熱更加均勻，而傳統(tǒng)烘焙因受熱不均導(dǎo)致產(chǎn)物品質(zhì)不一，熱值增強(qiáng)因子因此也分布的稍廣泛；(3)原子的H/C和O/C比的變化僅僅受加熱方式的影響，微波烘焙的增長(zhǎng)因子略小于傳統(tǒng)烘焙；(4)微波烘焙在較低的加熱強(qiáng)度下具有更高的能量效率，當(dāng)處于低溫烘焙狀態(tài)時(shí)，能量效率高出傳統(tǒng)烘焙的68%以上.

表2 生物質(zhì)的微波烘焙與傳統(tǒng)烘焙的主要區(qū)別

微波烘焙過(guò)程的快速高效，為高品質(zhì)生物燃料的獲取帶來(lái)了便捷，同時(shí)產(chǎn)物品質(zhì)的均一性，為商業(yè)化的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù).但是，微波烘焙過(guò)程帶來(lái)的相對(duì)較高的能耗仍是有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題.

1-密封塞；2-微波爐控制器；3-磁控爐膛；4-蒸汽發(fā)生器；5-溫度傳感器；6-反應(yīng)器出口；7-冷凝器；8-石英反應(yīng)器；9-生物質(zhì)碳；10-收集瓶圖4 微波烘焙技術(shù)原理圖[19]

2.4 炭 化

炭化是在無(wú)氧的環(huán)境下，生物質(zhì)原料在炭化爐或其他反應(yīng)器中加熱形成生物炭的過(guò)程，其溫度通?？刂圃?00 ℃～800 ℃之間[21-22].產(chǎn)生的生物炭也稱為木炭，是一種多孔、富碳、灰黑色固體，在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的用途[23].根據(jù)加熱的最終溫度，一般可分為高溫炭化(>750 ℃)、中溫炭化(約660 ℃～750 ℃)和低溫炭化(約500 ℃～580 ℃).通過(guò)變換條件即可達(dá)到不同的生產(chǎn)目的.常規(guī)炭化過(guò)程受反應(yīng)器及加熱方式的限制，能量轉(zhuǎn)化效率低，因此利用微波作為能量源的微波炭化技術(shù)，逐漸受到研究人員的青睞.一種典型的微波炭化技術(shù)的原理圖，如圖5所示.在完全隔絕空氣的條件下，生物質(zhì)顆粒在一定溫度下，在微波爐內(nèi)的石英反應(yīng)器中發(fā)生炭化反應(yīng).該過(guò)程除了產(chǎn)生主要產(chǎn)物生物質(zhì)炭外，還有少量的生物油及氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)出.

相比于傳統(tǒng)的生物質(zhì)炭化技術(shù)，微波炭化通常具有以下顯著的特點(diǎn)[24]：(1)產(chǎn)物炭碳質(zhì)地均勻，力學(xué)性能優(yōu)良，這得益于加熱過(guò)程中生物質(zhì)受熱的高度均勻性；(2)產(chǎn)物碳熱值較高(22.50 MJ/kg～35.70 MJ/kg)；(3)微波炭化過(guò)程在低溫模式(300 ℃～400 ℃)下，效率高，能耗低；(4)微波炭化過(guò)程熱惰性小，易于控制.

溫度的精確控制對(duì)提升炭化產(chǎn)物的產(chǎn)率及品質(zhì)至關(guān)重要，受微波加熱的限制，炭化過(guò)程溫度的精確調(diào)控受到一定的制約.

2.5 熱 解

熱解通常是指生物質(zhì)原料在惰性氣氛、中溫(300 ℃～800 ℃)或高溫(800 ℃～1 300 ℃)環(huán)境下發(fā)生的熱化學(xué)分解反應(yīng)[25].與液化、燃燒等熱化學(xué)技術(shù)相比，熱解一般具有產(chǎn)油率高、熱值高和易于儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)[26].根據(jù)升溫速率、熱解溫度和停留時(shí)間等操作參數(shù)，常規(guī)電熱解一般可分為慢速熱解、快速熱解和急速熱解.而微波作為一種新型的加熱方式，其在諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能[27-28].一種典型的生物質(zhì)連續(xù)熱解技術(shù)的原理圖，如圖6所示.展示了微波熱解的具體過(guò)程，同時(shí)給出了熱解過(guò)程氣液固三項(xiàng)產(chǎn)物的收集方法.圖中，反應(yīng)器中的碳化硅是反應(yīng)系統(tǒng)中不可或缺的重要組分，其作用主要是：(1)強(qiáng)化生物質(zhì)材料在反應(yīng)器中的混合效果；(2)輔助吸收微波.微波熱解與微波炭化的主要區(qū)別，如表3所示.根據(jù)加熱的最終溫度，微波炭化一般可分為高溫炭化(>750 ℃)、中溫炭化(約660 ℃～750 ℃)和低溫炭化(約500 ℃～580 ℃)，炭化所得氣、液、固產(chǎn)物的相對(duì)數(shù)值隨加熱溫度、時(shí)間和壓力變化而變化，通過(guò)變換條件即可達(dá)到不同的生產(chǎn)目的.根據(jù)反應(yīng)溫度和加熱速度的不同，生物質(zhì)熱解可分為慢速、快速或閃速熱解.低溫炭化的主要產(chǎn)物包括半焦、低溫焦油以及少量合成氣，中溫炭化的產(chǎn)物包括半焦、中溫焦油和氨等，而高溫炭化產(chǎn)物則為少量的致密焦炭以及大量的合成氣.慢速熱解工藝主要用于制焦炭，快速熱解的產(chǎn)物則含有大量的焦油，閃速熱解則還有大量合成氣生成.

表3 微波炭化與微波熱解的主要區(qū)別

表4給出微波熱解與傳統(tǒng)電熱解的主要區(qū)別，可以看出，微波熱解在諸多方面都有顯著的優(yōu)勢(shì)[29-30]：(1)微波熱解是非接觸式的體積加熱，熱效率高，能量轉(zhuǎn)化效率高.而傳統(tǒng)電熱解則屬于傳熱效率低的表面加熱方式，浪費(fèi)了大量能量用于加熱介質(zhì)[31]；(2)微波熱解的過(guò)程中，受微波駐波的影響，會(huì)在加熱物體內(nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)，而傳統(tǒng)電熱解則是無(wú)熱點(diǎn)的表面加熱；(3)微波熱解熱惰性低，響應(yīng)迅速，易于控制.傳統(tǒng)電熱解熱惰性高，啟動(dòng)緩慢，不易控制；(4)微波熱解反應(yīng)中，物體加熱迅速，反應(yīng)所需時(shí)間短.而傳統(tǒng)電熱解從外到內(nèi)，反應(yīng)緩慢且不均一，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；(5)微波熱解產(chǎn)油率更高，產(chǎn)物熱值也高于常規(guī)的電熱解方式，而傳統(tǒng)的電熱解產(chǎn)油率則相對(duì)較低[32-33].

表4 微波熱解與傳統(tǒng)電熱解的主要區(qū)別

生物質(zhì)的微波定向熱解技術(shù)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，相關(guān)催化劑的研發(fā)是提高熱解效率、提升產(chǎn)物品質(zhì)的重要途徑.微波熱解所得生物油的含氧量較高、穩(wěn)定性較差、成分復(fù)雜等因素制約了其應(yīng)用.進(jìn)一步提高熱解產(chǎn)物的得率，加大生物油的加工精制及反應(yīng)系統(tǒng)整體效率的優(yōu)化，將是未來(lái)研究的重點(diǎn).

2.6 氣 化

1-氣泵；2-流量計(jì)；3-微波爐；4-石英流化床反應(yīng)器；5-爐腔；6-送料器；7-料斗；8-溫度傳感器；9-連接管；10-冷凝管；11-冷卻水槽；12-氣體收集圖7 微波氣化技術(shù)原理圖[37-38]

生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于空氣(或者氧氣)、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫氣和低分子烴類等可燃?xì)怏w(合成氣)的過(guò)程[34-35].合成氣主要由CO、H2、N2、CO2和部分碳?xì)浠衔?CH4、C2H4和C2H6等)組成[36-37]，也可能包括極少量的H2S、NH3和TAR(即焦油，是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠狀液體，一種高芳香度的碳?xì)浠衔锏膹?fù)雜混合物).按氣化劑的不同，生物質(zhì)氣化過(guò)程可分為空氣氣化、氧氣氣化、蒸汽氣化、二氧化碳?xì)饣?、超臨界水氣化等[24].傳統(tǒng)的氣化過(guò)程通常發(fā)生在高溫(900 ℃～1 200 ℃)電加熱氣化爐中.近年來(lái)，微波作為一種獨(dú)特的能量源，逐漸受到研究者的關(guān)注.一種連續(xù)的微波氣化技術(shù)的原理圖[37-38]，如圖7所示.一定量的空氣通過(guò)氣泵送入微波爐內(nèi)的反應(yīng)器中，隨后通過(guò)石英反應(yīng)器底部的布風(fēng)板，使反應(yīng)器內(nèi)部的生物質(zhì)及微波吸收劑達(dá)到流化狀態(tài).在設(shè)定的氣化溫度下，生物質(zhì)迅速發(fā)生氣化反應(yīng)，冷凝后，主要的氣體產(chǎn)物被尾部的收集裝置收集.

生物質(zhì)微波氣化技術(shù)，不同于常規(guī)的電加熱氣化技術(shù)，其在以下幾個(gè)方面有顯著的不同[39]：(1)體積加熱，熱效率更高；(2)氣化產(chǎn)物中CO2的含量降低，H2、CH4等組分的含量提升；(3)微波氣化熱惰性小，響應(yīng)迅速，直接作用反應(yīng)物，易于控制；(4)反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)迅速，飛灰含量大幅降低.生物質(zhì)微波氣化方面的研究相對(duì)較少，氣化過(guò)程中氣化狀態(tài)的調(diào)控以及給料問(wèn)題的解決是氣化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn).因此，生物質(zhì)微波氣化技術(shù)現(xiàn)階段仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)有待解決.

3 展 望

微波技術(shù)的應(yīng)用，給生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn).微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的相關(guān)技術(shù)在提高相應(yīng)的反應(yīng)速率、提升產(chǎn)品品質(zhì)等方面都有顯著的優(yōu)勢(shì).同時(shí)，受到微波發(fā)生裝置的限制，現(xiàn)有的微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)基本處于實(shí)驗(yàn)研究階段.此外，不同的微波轉(zhuǎn)化技術(shù)也存在特有的問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，未來(lái)可行的發(fā)展方向主要包括：

(1)生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理有待進(jìn)一步的深入研究.現(xiàn)有的生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的探究主要集中于反應(yīng)條件的優(yōu)化，即通過(guò)改變反應(yīng)條件實(shí)驗(yàn)分析產(chǎn)物的變化.在微波場(chǎng)中，生物質(zhì)與微波相互作用的機(jī)理以及產(chǎn)物的生成機(jī)理，有待進(jìn)一步的深入；

(2)生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)/裝置有待進(jìn)一步的深入研發(fā).現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究主要以微波爐為微波發(fā)射源，基于此的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置存在體積小、結(jié)構(gòu)受限等缺陷.因此，有必要研發(fā)適合熱化學(xué)反應(yīng)的微波定向發(fā)生裝置以及整體的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)/裝置.

4 結(jié) 論

本文以生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)為重點(diǎn)，著眼于新型的微波加熱技術(shù)，綜述了現(xiàn)有的生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包含干燥、液化、烘焙、炭化、熱解和氣化，并比較了微波轉(zhuǎn)化技術(shù)與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化技術(shù)的不同之處.

微波轉(zhuǎn)化技術(shù)在熱效率、加熱速度、響應(yīng)速度、反應(yīng)時(shí)間和產(chǎn)物品質(zhì)等方面，相較于傳統(tǒng)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì).微波干燥得到的產(chǎn)品水分更低，品質(zhì)更高，材料能較好地保持原色，干燥效率更高；微波液化所得生物油中水分更低，羰基含量較高，同時(shí)轉(zhuǎn)化效率更高，液化殘留物微觀表面更光滑；微波烘焙成品品質(zhì)更加穩(wěn)定均勻，在低溫轉(zhuǎn)化時(shí)，能量效率更高；微波炭化產(chǎn)物熱值更高，產(chǎn)物力學(xué)性能更加優(yōu)良，微觀構(gòu)架更為穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化過(guò)程熱惰性小，易于控制，效率更高；微波熱解反應(yīng)時(shí)間更短，產(chǎn)油率更高，所得產(chǎn)物油中水分減少，熱值增加；微波氣化產(chǎn)物CO2含量降低，熱值提高，飛灰含量大幅減少.

生物質(zhì)微波熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及系統(tǒng)/裝置的研發(fā)，是未來(lái)研究、發(fā)展的重點(diǎn).