生物质致密成型技术研究进展

摘要 从生物质原料成分、含水率、粒径、成型压力、温度以及辅助工艺（添加黏结剂、振动辅助压缩、超声波辅助制粒、蒸气爆破预处理和焙烧预处理）等方面，综述了国内外生物质致密成型技术的研究现状，并进行了相应分析。指出应从成型影响因素交互作用的角度出发，探索致密成型机理，进一步改进成型工艺，减小成型能耗，提高成型产品品质。结合国情，提出“因地制宜”发展各地区特色生物质成型技术；通过建立典型生物质原料组分和成型工艺参数数据库的方式加快研究进展和行业发展。

关键词 生物质；致密成型；影响因素；进展

中图分类号 S216.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）01-0032-05

Abstract The present research situation of biomass compacting technology at home and abroad was reviewed and analyzed in terms of biomass composition moisture content， particle size， molding pressure， temperature as well as other auxiliary technology（using binder，vibration-assisted compaction，ultrasonic vibration-assisted pelleting，steam explosion pretreatment，torrefaction pretreatment）. It was pointed out that the mechanism of densification should be explored from the perspective of the interaction of forming factors in order to further ameliorate the upgrading process， energy consumption reduction and product quality improvement. Combined with national conditions it put forward that to develop regional-characteristic biomass compressing technologies accoeding to the local conditions. It was suggested that the research progress and industry development should be accelerated by establishing the database of typical biomass raw material components and upgrading process parameters.

Key words Biomass；Densification；Influencing factors；Progress

在世界能源日益匮乏的情况下，生物质作为一种主要的可再生能源可以提供相当数量的能源支持。由于生物质密度小、体积大、松散不成型等特点，在利用之前先进行致密成型尤为重要。生物质致密成型产品既可为生物质气化、液化产业提供相应的原料供应，又可直接用作固体燃料。目前，针对生物质致密成型技术的研究主要包括：关注成型产品密度、耐久性等物理特性，进一步提高成型产品品质；在保证成型产品品质的前提下，降低成型能耗，提高成型技术的经济性。为达到以上2个目标，国内外学者主要从影响生物质致密成型过程和效果的因素出发，探究其本质上的作用机理，不断改进和优化最佳工艺方法，为生物质致密成型技术的发

展提供理論和技术支持。笔者从致密成型影响因素角度出发，综述国内外近年来的研究进展，并针对我国国情提出相应的改进建议。

1 致密成型影响因素

1.1 生物质成分

用于致密成型的原料主要是纤维素类生物质，如农林废弃物（秸秆、树叶、木屑）、农产品加工废料（甘蔗渣、果壳）、草场资源和水生植物资源。纤维素类生物质的主要组成成分为纤维素、半纤维素、木质素及少量果胶、淀粉、蛋白质、脂肪。不同的生物质其成分含量有所不同，表1为几种典型生物质的主要成分含量。

蒋恩臣等[6]试验发现，纤维素单独成型的微观结构表现为物料纤维素间相互镶嵌和缠绕，随温度和成型压力升高该现象更加明显，成型颗粒的密度和强度也进一步提高。Sun等[7]研究指出，纤维素在成型时可以起到强化结构的作用，但其含量越高，需要的成型压力也相应增大。Lam等[8]研究发现，单糖成分可以起到黏结剂的作用，有助于增强成型颗粒的硬度和稳定性，但该种成分同时会导致成型颗粒的挤出能耗增加。Tumuluru等[9]研究指出，蛋白质在成型过程中受热变性并具有胶凝作用，可以增强成型颗粒的耐久性。Kaliyan等[10]研究表明，在成型过程中淀粉糊化，起到黏结剂的作用，可以提高成型颗粒的硬度和耐久性。Stelte等[11]提出，由于木质素在秸秆生物质中的含量低于在木质生物质中的含量，在相同条件下，前者制得的成型颗粒的抗压强度低于后者。Lee等[12]试验测得不同的生物质中木质素含量不同，导致在相同成型条件下成型颗粒的耐久性有所差别。Stelte等[13]研究发现，秸秆类生物质表面的蜡状角质层在成型过程中可以作为润滑剂，成型时减小摩擦，降低挤出能耗，但会影响到成型颗粒的机械性能。Kaliyan等[10]研究指出，脂肪在成型过程中起到润滑作用，可以降低原料与模具之间的摩擦，减小成型能耗，但是脂肪含量多会影响成型颗粒的耐久性。