生物质热解技术研究现状及其进展
能源研究与信息
第17卷第4期 Energy Research and Information Vol. 17 No. 4 2001 文章编号 1008－8857（2001）04－0210－07
生物质热解技术研究现状及其进展
李伍刚，李瑞阳，郁鸿凌，徐开义
（上海理工大学上海 200093）
摘要生物质热解技术是把低能量密度生物质转化为高能量密度气、液、固产物的
一种新型生物质能利用技术。其中液体产物具有便于运输、储存等优点，可替代燃料
油用于发电、供暖系统以及可代替矿物油提炼某些重要的化学物质。介绍了国内外对
这一技术的各种研究及其进展，并简要介绍了上海理工大学独立研制开发的生物质闪
速液化实验装置。
关键词生物质热解； 生物油
中图法分类号 TK6文献标识码A
1 引言
能源是人类生存与发展的前提和基础，从远古时代原始人钻木取火到近代以蒸汽机为代表的工业革命，人类文明的每一跨越和进步都与所用能源种类及其利用方式紧密相连。目前人类赖以生存和进行经济建设的一次能源主要是矿物能源（煤、石油、天然气、核能等）。矿物能源的使用隐藏着两个严重问题，其一：根据目前的全球能耗量和矿物能源已探明的储量，煤、石油、天然气、核燃料可使用年限分别为220、40、60和260年[1]，从长远来看人类必将面临能源危机。其二：矿物能源对环境有巨大破坏作用，矿物能源燃烧产生大量CO2、SO x、NO x等气体。CO2属温室效应气体，会造成全球变暖及臭氧层破坏。NO x、SO x等有害气体会直接对环境、设备和人体健康构成危害。故此，作为有重要长远意义和战略意义的技术储备，寻求清洁的可再生能源及其利用技术，已成为全球有识之士的共识，受到各国政府和研究机构的广泛关注。
生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物、碳氢化合物的分子键，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体（生物油）、气体（可燃气）、固体（焦碳）三种产物的生物质热降解过程。
收稿日期：2001－6－10
基金项目：上海市重点学科建设资助项目
作者简介：李伍刚（1974－），男，上海理工大学热能工程专业硕士研究生。
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2 热解技术的研究概况
2.1 热解工艺简介
按温度、升温速率、固体停留时间（反应时间）和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化（慢热解）、快速热解和气化。由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。所以，化学反应、传热传质以及相变现象都起重要作用。关键问题是使生物质颗粒只在极短时间内处于较低温度（此种低温利于生成焦碳），然后一直处于热解过程最优温度。要达到此目的一种方法是使用小生物质颗粒（应用于流化床反应器中），另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面接触达到快速传热（这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中）。由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间有利于碳的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利[2]。
2.2 热解装置
生物质热解技术常用装置类型有：固定床、流化床、夹带流、多炉装置、旋转炉、旋转锥反应器、分批处理装置等。其中，流化床装置因能很好地满足快速热解对温度和升温速率的要求而被广泛采用。下面介绍可操作性强的几种典型热解装置。
（1）气流床热解[2]
佐治亚技术研究公司开发出一种气流床。其流程如下图。床直径为15 cm，高4.4 m。能保证停留时间1 s ~2 s。木材粉末（粒径0.3 mm~0.42 mm）被燃烧废气带入反应器。热解所需热量由载气提供。载气温度低于745℃。和生物质的重量比为8，以保证所提供的热量能获得最大的液体收率。该系统进料速率为15 kg?h-1。可生成58%的生物油（干基）和12%的焦碳（无水无灰基）。
图1 生物质气流床热解系统
Fig. 1 Schematic of the biomass-pyrolysis system using a fluid-bed reactor
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（2）真空热解[3]
生物质在一个高2 m、直径0.7 m的真空多级炉缸内进行热解，该反应器可实现水与油组分的分离、回收。反应温度为350℃~450℃。在炉的每一段收集液体组分。收率可达50%（分析基）。整个过程的热效率为82%。实验原料包括木材、树皮、农业渣料、泥炭和城市垃圾，进料量为0.8 kg?h-1~35 kg?h-1。
（3）旋转锥反应器[4,5]
旋转锥反应器由Twente 大学开发。它通过离心力输送生物质，150 kg?h-1加工能力的装置业已运行。最近宣布了达到10 t?天-1加工能力的计划。旋转锥技术的主要特色如下：旋转的加热锥产生离心力驱动热砂和生物质;碳在第二个鼓泡流化床燃烧室中燃烧，砂子再循环到热解反应器中；热解反应器中的载气需要量比流化床和传输床系统要少,然而需要增加用于碳燃烧和砂子输送的气体量；旋转锥热解反应器、鼓泡床碳燃烧器和砂子再循环管道三个子系统统一操作比较复杂；典型液体产物收率：60%~70%重量（干基）。
图2 BTG旋转锥实验工厂
Fig. 2 Schematic of the BTG pilot plant using the rotating-cone technique （4）快速热解[6,7]
热解反应器为常压、450℃~500℃的砂浴流化床，在15 g?h-1~100 g?h-1的实验装置和2 kg?h-1~3 kg?h-1的中试装置上开展了大量的研究，对温度在快速热解中的作用也进行了研究。结果表明，对任何类型的反应器。如果让生物质颗粒加热到500℃所需的时间远小于颗粒的停留时间。则对于给定的进料速度和停留时间，反应器温度是决定焦碳、生物油和气体收率的唯一变量。
（5）部分燃烧的热解[8]
由生物质生产液体燃料的热解工厂（500 kg?h-1）从1985年起就已在意大利投入运
行。原料包括木条橄榄壳、稻草和藤枝。原料经筛分、复切，在进入反应器前先到回转
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干燥器中干燥，反应过程中，通入空气，进行部分燃烧，以提供反应所需热量。操作条件为常压和500℃。副产物焦碳在旋风分离器中收集。气体通过冷却器由循环产物水直接冷却。油水混合物在重力分离器中分离。粗油产率为20%~25%，与焦碳产率相近。粗油为黑色，粘度55 cP。含氧量31%、含水量15%，还悬浮着10%焦碳。粗油密度为1.195 g?mL-1。
（6）低温热解[8]
这种热解的反应温度不超过350℃，反应时间不超过60 min。目的是生产低氧含量的油。在实验室规模上同时进行了间歇和连续热解的研究。在间歇实验中，脱水污泥或其他生物质在厌氧环境下于20 min内被缓慢加热到300℃~350℃。液体产物在冰浴中收集。连续装置是基于一个间接加热的螺旋式火炉。因为污泥中的硅、硅酸盐和重金属可以充当催化剂,所以反应中无需任何添加剂。低温热解的油收率为18%~27%，焦碳收率为50%~60%，油的H/C?1.7。由生物质得到的油，氧含量为15%，而由污泥得到的油的氧含量则低于5%。
（7）涡流式烧蚀热解[9]
同其他热解方法相比，烧蚀热解在原理上有实质性的不同。在所有其他热解方法中，生物质颗粒的传热速率限制了反应速率，因而要求较小的生物质颗粒。在烧蚀热解过程中，热量通过热反应器壁面来“融化”与其接触的处于压力下的生物质（就好象在煎锅上融化黄油，通过加压和在煎锅上移动可显著增加黄油的融化速率）。这样，热解前锋通过生物质颗粒单向地向前移动。生物质被机械装置移走后，残留的油膜可以给后继的生物质提供润滑，蒸发后即成为可凝结的生物质热解蒸汽。反应速率的影响因素有压力、反应器表面温度和生物质在换热表面的相对速率。
图3为NREL（National Renewable Energy Lab, USA）开发的烧蚀旋转反应器，装置中的生物质被加速到超音速来获得加热筒体内的切向高压。未反应的生物质颗粒继续循环，反应生成的蒸汽和细小的碳粒沿轴向离开反应器进入下一工序。典型的液体收率为60%~65%（干基）。
图3 NREL涡旋式烧蚀反应器
Fig. 3 Schematic of the NREL vortex ablative reactor
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2.3 5 kg·h-1闪速液化实验台建设
本装置由流化床热解反应器、进料装置、非标准电加热器、气—气换热器、气—水换热器、风机、集油器、水过滤器、旋风分离器和数据采集控制系统构成。反应器本体是内径为φ125 mm、φ150 mm的不锈钢管和中间过渡大小头焊接成的一个整体，这样反应器内床料可构成内循环，改善了换热条件。设计工作温度600℃左右。反应器外有加热器件及保温材料，确保反应器内温度达到工艺要求。由于生物质颗粒流动性差，颗粒之间容易搭桥，易造成给料过程中料仓和进料螺杆之间产生空隙，进料螺杆空转而无生物质颗粒进入反应器本体，影响连续进料。为达到连续生产要求，料仓内装有搅拌器，以确保给料连续。进料装置采用变频电机驱动，通过实验找到约5 kg?h-1进料量的频率范围。采用两级换热器方式。气—气换热器的采用是为了充分利用热量，以提高整个装置的效率。通过控制风机风量来调整进入气—水换热器的风速，以达到快速冷却的目的。
图4 USST生物质热解实验台系统
Fig. 4 Schematic of the biomass-pyrolysis system using a fluidized-bed reactor at USST
3 目前存在问题及建议
液体生物油具有易存储、易运输和能提供某些有价值的化工原料等诸多优点。但涉及到产品、技术和应用诸方面，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高10%~100%；生物油同传统燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；广大用户不熟悉这种产品；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，阻碍其广泛应用。因此，需要做大量工作对生物油分类及制定标准，并寻求更广泛的应用。
由于上述问题，所以对快速热解研究还需要做如下工作：建造更大的生产装置，降低生物油成本；提高产物品质，包括为生产者和用户制定规范和标准；生物油的储存、
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运输和加工过程要符合环保要求；加大宣传力度，鼓励开发商生产及用户使用生物油。对热解过程进一步研究和优化还有很大潜力，而我国在这一方面的研究起步较晚，更须加倍努力，缩小与欧美发达国家间的差距。
4 结束语
我国是农业大国，生物质资源非常丰富，而且价格极其便宜。因此，生物质能转化技术的深入研究、开发和应用，不但可以充分利用我国现有的生物质资源开发替代能源，变废为宝，而且可以优化农村能源消费结构，减少温室气体排放，维持农村地区生态平衡，为我国经济快速可持续发展做出贡献。
参考文献
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Status quo and advances in biomass-pyrolysis technologies
LI Wu-gang, LI Rui-yang, YU Hong-ling, XU Kai-yi
(University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)
Abstract: Biomass-pyrolysis has proved itself to be a new type of biomass-energy utilization technique which transforms biomass materials of low energy density into liquid products of high energy density. The liquid pyrolysis products are easy to store and transport, and can be used as alternative fuels for power generation and heating. In addition, some valuable chemicals can be extracted from the liquid products. Great importance has therefore been attached to the investigation and development of the fast pyrolysis technique, which presents a relatively higher output rate of bio-oil. This paper described the status quo and advances in biomass-pyrolysis technologies at home and abroad. A biomass-pyrolysis system using a fluidized-bed reactor developed and erected at USST was presented briefly.
Key words: biomass pyrolysis; bio-oil
加利福尼亚投建微燃气轮机和吸收制冷联合系统
一个投资180万美元的中央供能站6月底在南加州燃气公司的Pico Rivera 破土动工。该站配备一台75 kW微燃气轮机和一台吸收式制冷机组，后者用于提供空调冷水和采暖的热水。预计该系统在2001年10月投入运行。南加州燃气公司一直致力于减少自己的能源消耗，其设备用电量在过去一年下降了12%。
尽管吸收式制冷机和微燃气轮机本身都可产生显著的费用节约和环境效益，能源部新规划更加强调这两种机组联合运行能够产生更大的效益。Honeywell的燃气微气轮机需要冷却其入口空气来实现高效率运行，它将全年接受由吸收式制冷机提供的冷空气。名义制冷量330 t的吸收式制冷机将由微燃气轮机的余热提供部分热量，以此提高总供能效率。
该中央供能站将替代已运行了25年的冷水机组、冷却塔和锅炉系统，它现在为Pico Rivera处包括公司工程分析中心、仪表维修车间的三栋建筑提供空调和采暖。
（刘道平）
生物质热解技术研究现状及其进展
能源研究与信息 第17卷第4期 Energy Research and Information Vol. 17 No. 4 2001 文章编号 1008－8857（2001）04－0210－07 生物质热解技术研究现状及其进展 李伍刚，李瑞阳，郁鸿凌，徐开义 （上海理工大学上海 200093） 摘要生物质热解技术是把低能量密度生物质转化为高能量密度气、液、固产物的 一种新型生物质能利用技术。其中液体产物具有便于运输、储存等优点，可替代燃料 油用于发电、供暖系统以及可代替矿物油提炼某些重要的化学物质。介绍了国内外对 这一技术的各种研究及其进展，并简要介绍了上海理工大学独立研制开发的生物质闪 速液化实验装置。 关键词生物质热解； 生物油 中图法分类号 TK6文献标识码A 1 引言 能源是人类生存与发展的前提和基础，从远古时代原始人钻木取火到近代以蒸汽机为代表的工业革命，人类文明的每一跨越和进步都与所用能源种类及其利用方式紧密相连。目前人类赖以生存和进行经济建设的一次能源主要是矿物能源（煤、石油、天然气、核能等）。矿物能源的使用隐藏着两个严重问题，其一：根据目前的全球能耗量和矿物能源已探明的储量，煤、石油、天然气、核燃料可使用年限分别为220、40、60和260年[1]，从长远来看人类必将面临能源危机。其二：矿物能源对环境有巨大破坏作用，矿物能源燃烧产生大量CO2、SO x、NO x等气体。CO2属温室效应气体，会造成全球变暖及臭氧层破坏。NO x、SO x等有害气体会直接对环境、设备和人体健康构成危害。故此，作为有重要长远意义和战略意义的技术储备，寻求清洁的可再生能源及其利用技术，已成为全球有识之士的共识，受到各国政府和研究机构的广泛关注。 生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物、碳氢化合物的分子键，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体（生物油）、气体（可燃气）、固体（焦碳）三种产物的生物质热降解过程。 收稿日期：2001－6－10 基金项目：上海市重点学科建设资助项目 作者简介：李伍刚（1974－），男，上海理工大学热能工程专业硕士研究生。
生物质热解技术的研究及应用展望
生物质热解技术应用及展望 摘要：概述了生物质热解技术的原理及反应过程，介绍了热解工艺类型及热解产物类型，并对对生物质热解技术的发展前景进行了展望。 关键词：生物质；热解；热解工艺；热解产物 Application and prospects of biomass pyrolysis technology Zhao Shibin (Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang ,050043,China) Abstract: This article mainly discusses the principle of biomass pyrolysis technology and reaction process, pyrolysis types and analysis the products of it, and the rightness of biomass pyrolysis technology development foreground is prospected. Key words: biomass; pyrolysis; pyrolysis process; pyrolysis products 0 前言 人类世界正在面临着前所未有的能源危机。当前，人类社会所需要的能源主要来自矿物燃料，包括煤炭、石油、天然气等，但是这些资源正在逐步日益耗尽，其储量已难以在满足未来的发展需要。因此，开发和找寻新的可替代能源的任务迫在眉睫。生物质能源属于一种可再生能源，而且来源丰富，可以作为满足未来发展的一种重要的可再生能源。通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，且其开发转化技术较容易实现，既可利用生物质能的热能效应又可以将简单的热效应充分转化为化学能等高品位的能源，生物质热解技术便为这种转换提供了技术保障。 生物质热解技术是指在无氧或低氧的条件下，将由高分子组成的生物质在高温下加热，通过热化学反应使之裂解为低分子化合物的技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，从而物尽其用，同时，热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段。 1 热解技术原理及反应过程 1.1 生物质热解原理 生物质在热解过程是一系列复杂的化学、物理反应，包括一系列的能量传递和物质传递。生物质通常是木材、竹材、灌木、野草、秸秆等天然有机材料的统称，其主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素。研究表明，3种组份常被假设独立进行热分解，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物；半纤维素结构上带有支链，主要在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似；木质素是具有芳香族特性的、非结晶性的、具有三维空间 结构的高聚物，主要在200～325℃分解[]1 。 在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发 分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应[]2 。生物 质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质。
生物质快速热解技术
生物质快速热解技术 摘要：生物质能源是可再生能源的重要组成部分，有丰富的资源和低污染的特点，它的开发与利用已成为2l世纪研究的重要课题。本文概述了生物质转化利用的方法，并重点阐述了生物质热化学转化法中的快速热解技术，同时综述了国内外快速热解反应器的现状，以度其产物——生物油的收集与特征分析，并提出了我国在快速热解研究方面应采取的有关措施。 生物质是地球上绿色植物通过光合作用获得的各种有机物质，它是以化学方式储存太阳能，也是以可再生形式储存在生物圈的碳。主要包括林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源作物、城市垃圾、有机废水和人、畜粪便等。 据统计，世界每年生物质产量约l460亿吨，其中农村每年的生物质产量就有300亿吨，而生物质的利用却仅占世界能源消耗总量的l4％，发达国家占3％，发展中国家占35％，是继石油、煤炭、天然气等化石能源之后，当今全球第四大能源。但随着化石能源利用中产生诸如“酸雨”、“温室效应”等环境问题的日益突出，以及化石燃料本身可开采量的逐渐减少，生物质能源凭借其是一种环境友好型能源，及其利用中较低的SO、NO产出和CO净排放量为零等优点，引起了越来越多人的关注。 不言而喻，生物质能源将是未来可持续发展能源体系的重要组成部分，无论是从环境，还是从资源方面考虑，研究生物质能源的转化与利用都是一项迫在眉睫的重大课题。 1生物质转化利用方法 1.1生物法或称为微生物法 生物质(主要是农作物秸秆、粪便、有机废水等)在厌氧条件下发酵制得沼气，主要成分是甲烷；糖类、淀粉类原料水解发酵制取酒精。 1.2化学处理法 生物质中的半纤维素在酸l生条件下加热水解获得重要的化工原料糠醛；利用稻壳生产白炭黑等。 1.3热化学转化法 1.3.1热解生物质在隔绝或少量氧气的条件下，热解反应获得气体、固体、液体3类产品。近几十年来国外研究开发了快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，其得率高达70％以上，是一种很有开发前景的生物质应用技术。 1.3.2液化分直接液化和间接液化两类，直接液化是生物质在高压设备中，添加适宜的催化剂，反应制得液化油，作为汽车用燃料，或者分离加工成化工用品，这是近年来生物质能利用研究的热点。间接液化是把生物质先气化成气体后，再进一步合成液体产品；或者把生物质中的纤维素、半纤维素水解，然后再发酵制取酒精。 1.3.3气化生物质在较高的温度(700—900℃)下，与气化剂(如空气、氧气或水蒸气)反应得到小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是空气作气化剂，产生的气体主要作为燃料使用，可用于锅炉、民用炉灶、发电等场合，也可作为合成甲醇、氨的化工原料。气化技术在国外已实现大规模工业化，主要有气化发电技术，目前我国在此方面已基本完成中试与小规模生产，现正走向大型产业化生产阶段。 1.3.4直接燃烧生物质在充足氧气的环境下直接燃烧，把化学能转变为热能。近年来还出现了生物质固化成型技术，通过机械加压的方法将分散、无定形生物质转化为一定形状和密度的固体燃料，然后再燃烧。 热化学转化法可用图1表示：
智能视频技术的现状及发展趋势探析
智能视频技术的现状及发展趋势探析 智能视频技术（IVT，Intelligent Video Technology），属于计算机视觉（CV，Com puter Vision）与人工智能（AI，Artificial Intelligent）领域研究的一个分支，融合了图像处理技术、计算机视觉技术、计算机图形学、人工智能、图像分析等多项技术，其发展目标在于在监视场景与事件描述之间建立一种映射关系。同大部分计算机系统一样，智能视频系统可以被分为构成智能视频监控的硬件，以及智能视频软件两个部分。 硬件设备主要包括：采集视频数据的摄像机、支撑摄像机以及整个系统运行的电力系统、用于存放拍摄到的视频数据的存储设备、承载智能视频分析软件的高性能计算机、能够高速传输视频以及分析结果等数据的网络接口。 智能视频软件是指通过硬件提供的输入信息，自动地提取并理解视频源的关键信息。智能视频软件具有其独特性，即专用性、多样性等。而不同的商业环境和用户对监控的功能需求大相径庭，对于不同的应用系统软件实现的算法也完全不同，甚至智能视频软件的实现平台也是可选的：既可以在X86的服务器上实施，也可以在基于DSP的嵌入式系统上实施。这一特点，也正是智能视频行业探讨的热点所在。 智能视频的发展现状 智能视频软件市场是一个成长非常快速的市场，根据IMS的市场研究分析，在未来3 年内有关视频技术的软件市场会成长到8亿美元的份额。注意，仅仅是在软件部分就有这么大的一个份额。 在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下，国外提供视频智能分析软件产品的厂商已经有许多：Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、V istascape、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等，他们都能提供视频智能分析产品，大部分厂商提供的视频智能分析产品，都基于ObjectVid eo公司的图像分析技术，采用Object Video OnBoard平台来设计并创建自己品牌的OEM产品，这是大部分视频智能分析产品商以最小的投资成本及最快的时间来赢得市场的好办法。 在解决方案的提供上，国外也有许多成功的案例，比如旧金山国际机场采用了由Vidie nt公司提供的智能视频分析系统Smart Catch。Smart Catch与机场现有的闭路电视(CCTV)系统协同检测异常或可疑行为（如图1）。当智能视频分析软件识别出一个异常情况时，就立即将视频片段通过呼机、手提电脑、移动电话或其它通讯设备发送给响应者前来进行现场调查。 国内的众多企业也开始了对智能视频分析软件的尝试。比如上海世平伟业公司开发的I vbox智能视频分析系统，上海皓维推出的智能视频分析预警系统等等。
生物质热解制取生物油的研究进展
生物质热解制取生物油的研究进展 生物质热解制取生物油的研究进展 摘要：文章介绍了国内外生物质热解的发展现状与趋势，概述了我国生物质热解制取生物油的潜力。文章对生物质热解制取生物油进行了展望，并指出了生物质热解制取生物油的发展战略。 关键词：生物质热解生物油 一、引言 维持现代文明社会正常运转的主要能源来自石油、煤和天然气。然而，这些化石燃料的广泛使用造成了严重环境污染和温室效应。为了保护环境，实现温室气体减排，缓解能源供需的紧张状况，世界各国均在加紧开发包括生物质能在内的各种可再生能源。 我国农林废弃资源丰富，直接燃烧对环境污染大。利用生物质热解技术原理可以将麦秸秆、玉米杆、谷壳等废气生物质转化为生物油。生物油是一种褐色液体，热值约为15MJ/kg，能够用于工业锅炉或窑炉燃烧供热，也可用于涡轮机或透平中燃烧发电。生物油经过品质提升后（如催化加氢、催化裂解和气化-费托合成），可以转化为汽油或柴油。该文主要对生物质热解液化研究进展进行介绍，综述了这类可再生资源的利用现状、潜力及今后发展的方向。 二、国内外生物质热解研究现状 20 世纪70年代的石油危机，世界各国纷纷寻求可替代化石能源的可再生能源，“生物质”渐渐引起人们的注意，因此对生物质的研究由此开始，尤其是对生物质热解的研究更是引起广大研究者的重视。上世纪80年代早期，北美首先开展了热解技术的研究工作。此后，世界各国先后建立了多种热解装置和相关工艺路线，力图实现热解技术的产业化。 生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，许多研究者用闪解来增加热解的液体产物和气体产物。任铮伟等[1]在最大进料速率为5kg/h的快速裂解流化床内进行了快速热解生物质制取液体燃料 的研究。反应在常压和420～525℃温度范围内进行，以木屑为原料，
生物质热解技术
生物质压缩成型技术 1 压缩成型原理 生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。在冷却以后强度增加，成为成型燃料。压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。 对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。 2 压缩成型生产工艺 压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。 生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料 主要操作步骤如下： （1）干燥 生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料
的含水率降低至8%-10%。如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。 （2）粉碎 木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。 （3）调湿 加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。 （4）成型 生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。生物质压缩成型的设备一般分为螺旋挤压式、活塞冲压式和换模滚压成型。 螺旋挤压机源于日本，是目前国内比较常见的技术，生产的成型燃料为棒状，直径50-70mm。将已经粉碎的生物质通过螺旋推进器连续不断推向锥形成型筒的前端，挤压成型。因为生产过程是连续进行的，所以成型燃料的质量比较均匀，外表面在挤压过程中发生炭化，容易点燃。但是，由于螺杆处在较高温度和压力下工作，螺杆与物料始终处于摩擦状态，导致压缩区螺纹的磨损非常严重。当螺杆磨损到一定程度，螺杆与出料筒失去尺寸配合，原料就无法完成成型。因此，压缩区螺纹的磨损决定了螺杆的使用寿命，螺杆使用寿命成为生物质压缩成型技术实用化决定性因素。对螺杆磨损，由于受工艺技术的制约，目前没有从根本上解决问题，平均寿命仅为60-80h。
生物质快速热裂解工艺及其影响因素
Ξ 生物质快速热裂解工艺及其影响因素 黑龙江省人民政府农村能源办公室 潘丽娜 摘 要 介绍了目前生物质快速热裂解的工艺及其影响因素,表明了生物质快速热裂解工艺及技术是目前生物质能利用各种方式中很有前途的利用方式。以小型流化床为例着重介绍了生物质快速裂解装置组成及设备工作原理,并分析了影响生物质快速热裂解过程及产物的主要因素,分析表明,温度是影响热裂解过程中最主要因素。 关键词 生物质快速热裂解 应用 工艺类型 装置组成 影响因素 中图分类号:Q941 文献标识码:A 文章编号:1009—3230(2004)02—0007—02 0 前言 生物质是一种潜在的能源资源,是人类未来能源和化学原料的重要来源,生物质资源包括:农作物秸秆,柴薪、水生植物、油料作物和各种有机废弃物。在我国农村能源消费中生物质占70%。而在我国生物质能利用技术的研究和开发较晚,农村能源中的生物质的很大部分都以直接燃烧的形式利用,这种利用方式不仅能源利用率低,平均热效率不到25%,而且燃烧带来的大量烟雾给空气造成严重的污染。 1 生物质热裂解概念及其基本原理 111 生物质热裂解的概念 生物质热裂解(热分解)是指在隔绝空气或只通入少量空气的条件下,使生物质受热而发生分解的过程。生物质发生热裂解时将生物质分解成3种产物:气体(不可冷凝的挥分份)、液体(可冷凝的挥发份)和固体(炭)。 2 生物质热裂解的工艺 流化床快速热裂解的工艺流程较为简单,结合图1所示流程图对其工艺流程加以分析:上线为生物质颗粒一定的速率进入流化床反应器,在反应器内与高温的砂子流化充分接触,高温发生热裂解反应,反应生成的固体小颗粒随气流向上流入旋转分离器,在旋风分离器中因离心力,器壁摩擦力,以及小颗粒自身的重力作用下落入旋风分离器底部的集炭箱中,并收集。下线为气相流,空气经压缩机打入贫氧发生器,再经反应得贫氧气体充当载气,在压力的作用下,载气先通入螺旋进料器以保持进料器系统有一个足够的送风压力以保证预料顺利进入反应器,两路气体在床内一起流化砂子和原料混合物,经热裂解之后生成的气体与载气一起通过旋风分离器分离,从旋风分离器流出的气体在金属冷凝器,球型玻璃管冷凝可液化的气体,之后,剩余的气体由转子流量计再经过滤器进入收集装置。 3 生物质快速热裂解工艺主要影响因素分析 不同的工艺类型对产物及产物的比例有着重要的影响,不同的反应条件对热裂解的过程和产物亦有不同的影响。就目前的研究而言,总的讲来,影响热裂解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次化学反应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。在具体的操作方面表现为:温度、升温速率、物料特征以及反应的滞留时间和压力等等。 311 滞留时间的影响 滞留时间在生物质快速热裂解反应中有生物质颗粒的固相滞留时间和气相滞留时间之分,而 7 2004年第2期(总第86期) 应用能源技术 Ξ收稿日期:2004—01— 21
浅析垃圾热解气化技术
浅析垃圾热解气化技术 垃圾处理方式随着技术的更新和发展逐渐优化，从一开始的填埋，到生物质利用，再到现在减量化效果最好的焚烧，每一步的技术更新都引领着行业的发展方向。和垃圾焚烧一样，能做到真正3R原则的处理方式，是垃圾热解法。但据统计，国垃圾主要以填埋、焚烧和堆肥为主。填埋是目前的主要处理方式，占比近一半，焚烧占12%左右，堆肥不到10%，仍有30%的生活垃圾未能处理。 那么为什么和垃圾焚烧一样能达到3R原则的垃圾热解技术却没能占得市场先机呢？我们先来了解什么是垃圾热解技术。 定义及作用原理：热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等。固态的主要是焦炭和炭黑。
热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。热解产率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度与速度。 热分解过程由于供热方式、产品形态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异。 按热解温度不同，1000oC以上称为高温热解，600-700oC称为中温热解，600oC以下称为低温热解。按供热方式不同，分为直接加热法和间接加热法。直接加热法指垃圾部分直接燃烧，或向热解反应器提供空气、富氧或纯氧作为补充燃料。纯氧作催化剂会产生CO2、H2O等气体，其混在热解可燃气中，稀释了可燃气，会降低热解气的热效应。采用空气作催化剂则含大量N2，更稀释了可燃气，使热解可燃气的
生活垃圾热解技术国内技术现状与发展趋势
生活垃圾热解技术国内技术现状与发展趋势 实验室研究现状 国内在生物质和生活垃圾热解方面的研究起步较晚。中国科技大学、沈阳农业大学、中国科学院、广州能源研究所、上海交通大学、山东理工大学等单位在热解方面都展开了很多研究。 沈阳农业大学从1993年起与荷兰合作，1995年从荷兰吞特大学生物质能技术集团引进一套旋转锥反应器，生物质进料量为50kg/h。1998年，在对流态化现象及流态化质量影响因素的深入研究后，设计并制造了一套小型流化床生物质热裂解装置，并以松木木屑为原料在流化床中进行了生物质热裂解的试验研究（牛卫生，2000）。 东北林业大学于近年完成设计制作了加工干生物质能力分别为50kg/h、200kg/h的两代转锥式生物质闪速热解装置，其中200kg/h的装置已通过了小试阶段。 山东理工大学于2002年设计制作了两代工业示范装置，加工能力分别为30kg/h，50kg/h（易维明，2003）。 我国生物质热解技术的研究情况参见表3（刘荣厚，2004；王黎明，2006；Bridgwater, 2012）。可以看出，国内对热解的研究以流化床为主。
表 1 国内实验室热解反应器应用 反应器类型主持研究机构规模/kg/h 文献发表时 间 流化床沈阳农业大学 1.0 2000 哈尔滨工业大学直径32mm，高度 600mm 1997 浙江大学 5.0 2002 广州能源研究 所 10 2001 上海理工大学 5.0 2001 华东理工大学 5.0 2002 山东理工大学50 2003 东南大学 1.0 / 中国科技大学650 / 旋转锥沈阳农业大学50 1997 上海理工大学10 2002 东北林业大学200 2005 回转窑浙江大学 4.5L/次2000 固定床浙江大学 直径75mm，高度 200mm 1999 热解釜浙江农业大学/ 1997
国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势
浅析：国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势 国外虚拟现实技术及产品有Google Earth, Microsoft Map Live, Intel Shockwave3D, Cult3D, ViewPoint, Quest3D，Virtools，WEBMAX等…… 一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比VRML1.0增加了近30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO 批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JA V A、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下：Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。 其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件，Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash 动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.360docs.net/doc/064348960.html, , https://www.360docs.net/doc/064348960.html, 应用的画面：慕尼黑机场（电子商务）
生物质热解技术
生物质热解技术 按温度，升温速率，固定停留时间（反应时间）和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化（慢热解），快速热解和气化。由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。所以，化学反应，传热传质以及相变现象都起重要作用。关键问题是使生物质颗粒只在极短的时间内处于较低温度（此种低温利于生成焦炭），然后一直处于热解过程最优温度。要达到此目的的一种方法是使用小生物质颗粒（应用于流化床反应器），另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面接触达到快速传热（这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中）。由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间会有利于炭的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利。 秸秆发电商品化前景分析 解决浪费性生物质能资源的唯一出路在于商品化。生物质能秸秆发电技术，不仅为农村提供更多电力，更有意义的是将使生物质能资源的商品化成为可能，一方面农民可通过出售秸秆获得更多的收入；另一方面过去农村使用直接燃烧秸秆的方式进行炊事，要为秸秆的收集、运输、储存以及在直接燃烧时花费大量的时间和劳力。如果能使用秸秆发电，农村使用更多的商品能源，农民将获得更多的时间从事生产性劳动，以尽早脱贫致富。因此，将秸秆发电进行能源方式转化，是一件利国利民的好事。 1 生物质能秸秆发电的工艺流程 农作物秸秆在很久以前就开始作为燃料，直至1973年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料。在这个领域丹麦BWE公司是世界领先者，第一家秸秆燃烧发电厂于1998年投入运行(Haslev，5Mw)。此后，BWE公司在西欧设计并建造了大量的生物发电厂，其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂，装机容量为38Mw。 1.1 秸秆的处理、输送和燃烧 发电厂内建设两个独立的秸秆仓库。每个仓库都有大门，运输货车可从大门驶入，然后停在地磅上称重，秸秆同时要测试含水量。任何一包秸秆的含水量超过25％，则为不合格。在欧洲的发电厂中，这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现。在国内，可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分，该探测器能存储99组测量值，测量完所有秸秆捆之后，测量结果可以存入连接至地磅的计算机。然后使用叉车卸货，并将运输货车的空车重量输入计算机。计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重。 货车卸货时，叉车将秸秆包放入预先确定的位置；在仓库的另一端，叉车将秸秆包放在进料输送机上；进料输送机有一个缓冲台，可保艚崭?分钟；秸秆从进料台通过带密封闸门(防火)的进料输送机传送至进料系统；秸秆包被推压到两个立式螺杆上，通过螺杆的旋转扯碎秸秆，然后将秸秆传
油泥热解技术进展讲解
沈阳航空航天大学 课程设计 说明书 题目：油泥热解技术进展 班级/学号 学生姓名 指导教师 沈阳航空航天大学
油泥热解技术进展 课程设计任务书 课程名称固体废物处理与处置 院（系）能源与环境学院专业环境工程 班级学号姓名 课程设计题目油泥热解技术进展 课程设计时间: 2016 年 1 月4 日至2016 年 1 月15 日 课程设计的内容及要求： 1、内容：调查和分析国内外油泥热解技术的进展，了解这些技术的现状和特点，进而对含油污泥的热解技术做出分析和讨论。 2、要求：对题目充分理解，查阅相关资料，运用所学知识，完成课程设计内容。其中检索并阅读不少于10篇相关文献资料，至少有一篇英文文献。希望学生通过课程加强文献检索、阅读以及综合运用的能力。 指导教师年月日 负责教师年月日学生签字年月日 沈阳航空航天大学
课程设计成绩评定单 课程名称固体废物处理与处置 院（系）能源与环境学院专业环境工程 课程设计题目城市生活垃圾气化处理技术 学号姓名辩日期2016 年1 月15 日 指导教师（答辩组）评语： 课程设计成绩 指导教师（答辩组）签字 年月日
摘要 油田在开采、储存、集输、加工等过程中产生大量油泥，会对环境造成严重影响和威胁。目前对于油泥的处理方式有多种，其中油泥热解是一种处理结果较理想的处理方法。因此研究油泥热解发展趋势，便于找寻此技术的优缺点，对于环境的治理也有深刻的意义。 本文主要研究油泥热解技术的发展。通过查阅油泥的产因、类型、特性、危害及处理的必要性等，了解油泥的主要处理技术，和国内外油泥热解技术的现状及特点，对目前油泥热解技术及未来发展前景做出分析，较全面地对此技术做出总结。 关键词：油泥；热解处理；现状特点；发展前景
流媒体技术的原理、应用及发展
摘要：Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正日益普及，流媒体技术广泛应用于互联网信息服务的方方面面。首先介绍了流媒体技术的基础、基本原理以及流式传输的基本过程，接着重点介绍了流媒体技术在视频点播、远程教育、视频会议和Internet直播方面的应用，最后介绍了流媒体技术的发展现状和展望。 关键词：多媒体通信，多媒体业务，流媒体，流式传输，原理，应用，发展 随着现代网络技术的发展，网络开始带给人们形式多样的信息。从在网络上出现第一张图片到现在各种形式的网络视频、三维动画，人们的视听觉在网络上得到了很大的满足。但人们又面临着另外一种不可避免的尴尬：在网络上看到生动清晰的媒体演示的同时，不得不为等待传输文件而花费大量时间。为了解决这个矛盾，一种新的媒体技术应运而生，这就是流媒体技术。 流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件。而流式传输技术就是把连续的声音和图像信息经过压缩处理后放到网站服务器上，让用户一边下载一边收听观看，而不需要等待整个文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。 目前，在网络上传输音视频（A/V）等多媒体信息主要有下载和流式传输两种方案。一方面，由于音视频文件一般都较大，所以需要的存储容量也较大；同时由于受网络带宽的限制，下载这样的文件常常需要几分钟甚至几小时，所以采用下载方法的时延也就很大。而采用流式传输时，声音、图像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机连续、实时传送，用户只需经过几秒或数十秒的启动时延而不必等到整个文件全部下载完毕即可观看。当声音、图像等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器上继续下载。流式传输不仅使启动时延大大缩短，而且不需要太大的缓存容量。流式传输避免了用户必须等待整个文件全部下载完毕之后才能观看的缺点。一、流媒体技术基础 实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real-time streaming transport）和顺序流式传输（progressive streaming transport）。一般来说，如为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用实时流协议（RTSP）等，即为实时流式传输。如使用超文本传输协议（HTTP）服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法可以根据需要进行选择。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。 1.实时流式传输 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场广播，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看后面或前面的内容。但实时流式传输必须保证媒体信号带宽与网络连接匹配，以便传输的内容可被实时观看。这意味着在以调制解调器速度连接网络时图像质量较差。而且，如果因为网络拥塞或出现问题而导致出错和丢失的信息都被忽略掉，那么图像质量将很差。实时流式传输需要专用的流媒体服务器与传输协议。 2.顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线内容，在给定时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还未下载的部分。由于标准的HTTP服务器可发送顺序流式传输的文件，也不需要其他特殊协议，所以顺序流式传输经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于这种传输方式观看的部分是无损下载的，所以能够保证播放的最终质量。但这也意味着用户在观看前必须经历时延。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的情况，如讲座、演说与演示；也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。
生物质热解总结
一、热解分类 根据反应温度和加热速率的不同，生物质热解工艺可分成慢速、常规、快速或闪速几种。慢速裂解工艺已经具有了几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程川，低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1-1℃)的常规热 裂解可制成相同比例的气体、液体和固体产品: 快速热裂解大致在10-200℃/S的升温速率，小于5秒的气相停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气相停留时间通常小于1秒，升温速率要求大于1护'C/S.并以102-1护Vs的冷却速率对产物进行快速冷却。但是闪速热裂解和快速热裂解的操作条件并没有严格的区分，有些学者将闪速热裂解也归纳到快速热裂解一类中，两者都是以获得最大化液体产物收率为目的而开发。 事实上，现在人们在考虑生物质的热解机理时，常常假设生物质的三种主要组成物独立进行裂解。纤维素主要在325℃-375℃之间裂解，半纤维素主要在225℃-325℃之间发生裂解，而木质素则在250℃-500℃之间发生裂解(大多数木质素裂解发生在310℃-400℃之间)(shafizadch和Chin. 1977)。纤维素和半纤维素的裂解产生大多数的挥发物，而木质素裂解产生大多数的碳。 二、纤维素热解机理 1、纤维素结构 纤维素是由D-葡萄糖通过β(1-4)一糖苷键相连形成的高分子聚合物。不同的分子通过氢键形成大的聚集结构。目前的研究表明纤维素存在五种结晶变体，即纤维素I，Ⅱ，Ⅲ, IV和V。其中纤维素I是纤维素的天然存在形式。 纤维素是自然界中大量存在的天然高分子物质，是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由吡喃葡萄糖普通过0-1, 4-搪昔联结成的线性大分子，一般可用通式(C6HioO5)n表示, n称为聚合度，通常情况下在104左右. 纤维素是由β-D-葡萄糖为聚合单元构成的直状高聚物, 分子通式为(C6H10O5)n。它是具有饱和糖结构的典型碳水化合物，为生物质细胞壁的主组成部分。在高温作用下, 纤维素会发生一系列复杂的脱水、解聚、脱挥发分和结构重整等变化。纤素热解动力学涉及这一系列复杂变化中包含的各反应机理。但是, 由于热解过程中并行或者顺序发生的反应数目众多，实际上不可能、对工程应用来说没有必要建立一个考虑了所有这些反应的详尽的动力学模型. 因此, 该领域内的研究者关注的大多是谓的“准机理模型(pseudo－mechanistic model) ”, 在这一类模型中, 热解产物被笼统地划分为挥发分、固定碳等几大类. 总体上, 准机理模型有两种：单步全局模型和半全局动力学模型[]。 [ 7 ]余春江, 骆仲泱, 方梦祥, 廖燕芬, 王树荣, 岑可法；一种改进的纤维素热解动力学模型；浙江大学学报（工学板），2002：36，509-515 2、纤维素热解机理 由于纤维素在生物质原料中占据了几乎一半的含量，其热裂解行为在很大程度上体现出生物质整体的热裂解规律，纤维素具有最为简单的结构且在不同的材质中其结构和化学特性变化最小，因而当前研究基本上都从纤维素的热解行为入手开展工作。 纤维素热解动力学模型体现了纤维素热解化学反应的本征过程，是整个热解模型的核心部分。动力学模型的可靠性对于颗粒热解模型是否能正确反映真实过程至关重要。 2.1源于对纤维素燃烧过程的研究 纤维素热裂解机理的探索，最早源于对纤维素燃烧过程的研究，通过纤维素燃烧试验，Broido发现纤维素在低温加热条件下，经由吸热反应一部分纤维素转化为脱水纤维素。热裂解
第十章 生物质热解技术
第十章生物质热解技术 1 概述 热化学转化技术包括燃烧、气化、热解以及直接液化，转化技术与产物的相互关系见图10-1。热化学转化技术初级产物可以是某种形式的能量携带物，如，木炭（固态）、生物油（液态）或生物质燃气（气态），或者是能量。这些产物可以被不同的实用技术所使用，也可通过附加过程将其转化为二次能源加以利用。 图10-1 热化学转化技术与产物的相互关系 生物质热解、气化和直接液化技术都是以获得高品位的液体或者气体燃料以及化工制品为目的，由于生物质与煤炭具有相似性，它们最初来源于煤化工（包括煤的干馏、气化和液化）。本章中主要围绕热解展开。 1.1生物质热解概念 热解（Pyrolysis又称裂解或者热裂解）是指在隔绝空气或者通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变成为低分子物质的过程。可用于热解的生物质的种类非常广泛，包括农业生产废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴和城市固体废物等。 关于热解最经典的定义源于斯坦福研究所的J. Jones提出的，他的热解定义为“在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热使寒潭有机物发生热化学分解，生成燃料（气体、液体和固体）的过程”。他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供热解所需热量的情况，严格地讲不应该称为部分燃烧或缺氧燃烧。他还提出将严格意义上的热解和部分燃烧或缺氧燃烧引起的气化、液化等热化学过程统称为PTGL（Pyrolysis，Thermal Gasification or Liquification）过程。 生物质由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分组成，纤维素是β-D-葡萄糖通过C1-C4苷键联结起来的链状高分子化合物，半纤维素是脱水糖基的聚合物，当温度高于500℃时，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量的炭。木质素是具有芳香族特性的，非结晶性的，具有三度空间结构的高聚物。由于木质素中的芳香族成分受热时分解较慢，因而主要形成炭。此外，生物质还含有提取物，主要由萜烯、脂肪酸、芳香物和挥发性油组成，这些提取物在有机和无机溶剂中是可溶的。三种成分的含量茚生物质原料的不同而变化，生物质热裂解产
生物质热解
生物质热解分慢速热解和快速热解。 快速热解为生物质在常压中等温度(约500℃)，较高的升温速率103一104℃/s，蒸汽停留时间1s以内，据文献报道液体生物油的产率最高可达85％，并仅有少量可燃的不凝性气体和炭产生。 生物质快速热解技术始于20世纪70年代，是一种新型的生物质能源转化技术。它在隔绝空气或少量空气的条件下，采用中等反应温度，很短的蒸汽停留时间，对生物质进行快速的热解过程，再经过骤冷和浓缩，最后得到深棕色的生物油。 众所周知，目前生物质气化法是大规模集中处理生物质的主要方式，但也存在气体热值低，不易存贮、输送，小规模设备发电成本高以及上电网困难等问题；而固体燃料直接燃烧存在燃烧不完全，热利用率低，使用场合受限制等缺点。鉴于上述情形，生物质快速热解技术作为一项资源高效利用的新技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。因为生物油易于储存和运输，热值约为传统燃料油的一半以上，又可以作为合成化学品的原料，同时产生的少量气、固体产物可以在生产中回收利用。 2.1国外快速热解现状 国际能源署(IEA)组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作，重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调，并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论。欧美从20世纪70年代第一次进行生物质快速热解实验以来，已经形成比较完备的技术设备和工业化系统，表1较详细列出了欧美地区快速热解技术正常运行的反应器。
其中加拿大的Dyna Motive Energy Systems是目前利用生物质快速热解技术实行商业化生产规模最大的企业，其处理量为1500kg／h，生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料，在隔绝氧气450～500℃条件下，采用鼓泡循环流化床反应器，生物油的产率为60％一75％，炭15％一20％，不凝性气体10％～20％以上均为质量产率。生物油和炭可以作为商业产品出售，而不凝性气体则为循环气体燃烧使用，整个过程无废弃物产生，从而达到原料100％的利用率。 2.2国内快速热解现状 我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、蔗渣、芦苇、竹子等非木材纤维年产就超过10亿吨，加上大量的木材加工剩余物，都是取之不尽的能源仓库。 目前我国生物质的利用形式还是以直接燃烧为主，快速热解技术研究在国内尚处于起步阶段，主要的研究情况如下：沈阳农业大学开展了国家科委“八五”重点攻关项目“生物质热裂解液化技术”的研究工作，并与荷兰Twente大学合作，引进生产能力50kg／h的旋转锥型热解反应器，他们在生物质热解过程的实验研究和理论分析方面都做了很有成效的工作；浙江大学、中科院化工冶金研究所、河北环境科学院等近年来也进行了生物质流化床实验的研究，并取得了一定的成果；其中浙江大学于20世纪90年代中期，在国内率先开展了相关的原理性试验研究，最早使用GC—MS联用技术定量分析了生物油的主要组分，得到了各个运行参数对生物油产率及组成的影响程度；山东工程学院于1999年成功开发了等离子体快速加热生物质热解技术，并首次在国内利用实验室设备热解玉米秸粉，制出了生物油加。