我国的板栗壳资源丰富,但是已有的处理方式一般为焚烧或者随意丢弃,在造成资源浪费的同时,也造成环境的严重污染。热解是目前常用的板栗壳处理方式,裂解产物有很好的经济、利用价值,但是其处理效率低。因此,为进一步提升板栗壳的裂解处理效率,实现其高效裂解,本研究旨在设计一套板栗壳的快速热裂解装置,通过对板栗壳进行成分和热重分析,并对其热裂解的产物特性进行研究,相关结论可为板栗壳的工业化应用提供指导。主要研究结果如下:(1)自行研制的快速热裂解装置包括:下料体系、反应体系、过滤体系、冷凝体系、加热体系、制氮体系和控制体系,各部件的电源由计算机进行自动控制,安全方便。下料速度可达到1 kg/h,最高热裂解温度可达800°C,热解气冷却温度为4°C。该快速热裂解装置同时可以实现生物质的慢速热裂解,单次处理量为2 kg板栗壳粉末,最高热裂解温度为800°C。(2)板栗壳表征分析结果表明:其成分组成为N(1.09%)、C(44.53%)、S(0.91%)、H(5.58%)、水分(11.63%)、挥发分(75.58%)、灰分(1.61%)及固定碳(25.81%)。其热裂解过程主要分4个阶段:温度<130°C时的低温段,主要是板栗壳样品中水分的蒸发;180-320°C时,主要是半纤维素热裂解;320-450°C主要为纤维素热裂解;260-600°C,主要是木质素的裂解。在420°C时板栗壳已基本裂解完全,之后主要为碳化阶段。(3)采用Py-GC/MS技术对板栗壳热裂解后的生成物进行分析,研究结果表明:温度越高,单级热裂解产物得率越高;双级快速热裂解时,第一级热裂解温度对产物得率影响不大,且与单级热裂解温度为450°C时得率相当。最优产物得率裂解方式为单级热裂解,且热裂解温度高于450°C。板栗壳热裂解产物中主要是含氮类、糖类和酸类化合物,其中D-阿洛糖和醋酸含量最高,单级快速热裂解温度为500°C时,D-阿洛糖占比最高达到17.0%;双级快速热裂解第一级热裂解温度为450°C、第二级热裂解温度为600°C时醋酸占比最高可达15.9%。(4)快速热裂解实验表明:当热裂解温度升高时,产物总量随之降低,产物含水率随温度的升高而增加。最优产物得率裂解温度为450°C,产物为糖类、酸类、酚类和酮类物质;低温有利于得到酸类、酚类、酯类占比高的生物油,高温使得氮类、酮类和烷烃类的占比明显增加,更容易得到各类物质均匀占比的生物油。裂解生成物的总种类数在反应温度升高时呈现出先减小后增长的趋势。含氮类化合物在快速热裂解中随温度的升高逐步裂解成小分子化合物;糖类、酯类、苯类物质在450°C时基本裂解完全,升高温度基本不改变产量以及种类数。酸类物质最高可占49.7%,酚类最高可占9.7%,烷烃类最高可占10.6%,酯类最高可占16.5%。(5)慢速热裂解实验表明:单级慢速热裂解时,500°C时产物产量最大,主要是含氮类、糖类、酮类、苯类、烷烃类物质,600°C时总得率偏低,但能得到更多的酸类、酯类物质。糖类、酸类、酚类酮类等物质最高占比分比为25.7%、39.8%、21.6%、12.1%。当温度为400°C和700°C时,裂解生成物中酸类、酚类和酮类占绝大多数;温度为500°C和600°C时裂解生成物中含糖类、酸类、酚类和酮类占绝大多数。最优糖得率裂解温度为500°C。(6)分段慢速热裂解时停留时间对总产量的影响并不显著,随停留时间的延长,总产物种数增加,不同停留时间各阶段产物的分布规律相似。停留时间在45 min时更容易得到高产量的糖类、烷烃类、酯类;停留时间在60 min时更容易得到高产量的含氮类、酚类化合物;停留时间在75 min时更容易得到酸类、酮类、苯类。