生物质热解气化原理与技术-绪论
生物质热解气化原理与技术
第一章绪论
生物质能是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，是重要的可再生能源，也是人类最早主动利用的能源，在人类文明史中起到了重要的作用。至今，生物质能仍然是世界上消费量位居第四的一次能源，在我国农村和发展中国家得到广泛应用。
传统生物质能利用方式主要是家用炉灶中的直接燃烧，是自然经济生活方式的延续。现代生物质能技术包括热化学转换和生物化学转换两大类。其中热化学转换技术与化石燃料技术有很强大的兼容性，在许多方面可以替代化石燃料，实现可持续发展和低碳排放，为人们所重视。
生物质热解气化是热化学转换的重要技术方向，经过科学家和工程师们的长期努力，已经发展成为一个丰富多彩的技术门类，出现了形式多样的装置和工程实例，生产出热力、电力、液体燃料、气体燃料等品位较高的二次能源，还有许多新型技术在开发之中。
生物质热解气化技术的发展
一切有生命的或者曾经有生命的物质都是生物质，这是一个包罗万象的总概念，但是只有那些可以作为燃料的固体生物质才被用作热化学过程。固体生物燃料主要包括：（1）木本原料，即树木和各种采伐、加工残余物；（2）草本原料，即草类、秸秆和各种加工残余物；（3）果壳类原料，如板栗壳、棕榈壳、花生壳等；（4）混杂燃料。[1]
生物质热解气化是通过热化学过程转变固体生物质的品质和形态，使其应用起来更加方便、高效和清洁的技术。
基本技术形式
形形色色的生物质热解气化技术都是从热解和气化两个基本技术形式派生出来的，反应过程中不供应足够的氧气，以获得含有化学能的可燃烧产物为目的。
1．生物质热解
生物质热解是在热作用下生物质中有机物质发生的分解反应。在高温下，构成生物质的大分子碳氢化合物化学键断开，裂解成为较小分子的挥发物质，从固体中释放出来。热解开始温度为200～250℃，随着温度升高，更多的挥发物质释放出来，而挥发物质质也被进一步裂解，最后残留下由碳和灰分组成的固体物质。挥发物质中含有常温下不可凝结的简单气体，如H2、CO、CO2、CH4等，也含有常温下凝结为液体的物质，如水、酸、碳氢化合物和含氧化合物等。因此生物质热解同时得到固体、气体和液体三种形态的产物，三种产物的得率取决于温度、加热速率等工艺参数。
热解发生的唯一条件是较高温度，这也是所有生物质热化学转换工艺的基本条件。在燃烧（氧化）或者气化（部分氧化）工艺中，温度升高后生物燃料首先发生热解，然后才与氧接触，发生反应，因此不能以是否隔绝空气作为热解的条件。即使是独立的热解工艺，有时也需要加入少量空气。生物燃料的挥发分高达70～80%，大部分物质可以通过热解转变为挥
发物质，因此在燃烧和气化过程中，热解也起着重要的作用，这一点与煤炭的燃烧和气化是不同的，因为煤炭的挥发分含量小得多。
生物质热解工艺是以热解为主要反应的工艺，目的是通过有机物质的裂解得到期望的目标产物。为了尽量减少因氧化造成的物质损失，热解工艺通常需要隔绝空气。有时为减少提升温度的能源消耗，也供应少量空气，但整个过程仍以热解为主。根据加热速率，热解工艺可以分为慢速热解、常速热解和快速热解三种。
生物质慢速热解是一种以生成木炭为目的的工艺，也叫做炭化工艺。低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃，高温干馏的温度为900～1100℃[2]。将木材放在干馏窑内，在隔绝空气的情况下加热，或者在初期通入少量空气，使少部分生物燃料燃烧以得到热量，然后封闭。慢速热解的加热速率在1℃/s以下，整个反应时间可能长达数小时至数天。慢速热解可以得到占原料质量30%～35%的木炭，同时得到木醋液、焦油和少量热解气[3]。
生物质快速热解是反应速率非常高的热解工艺，其反应条件为：（1）隔绝空气；（2）非常高的加热速率，通常在100～200℃/s以上，甚至超过1000℃/s（闪速热解）；（3）严格控制的反应温度，一般在500℃左右；（4）急剧冷却，在0.5s内淬冷至350℃以下[4]。快速热解使大分子有机物在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，产生大量可凝性挥发分、部分小分子气体和以及少量焦炭。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，称为生物油或热解油，其比例可达原料质量的40%～70%。热解油为棕黑色黏性液体，热值为20~22 MJ/kg，可直接作为燃料使用，也可以精制成为石油替代物。为获得很高的加热速率，需要将生物燃料磨成细粉，并采用专门设计的反应器。
生物质常速热解的升温速率介于慢速热解和快速热解之间，一般在1～10℃/s之间，通常并不刻意控制升温速率，而是控制反应温度和燃料在反应器中的停留时间。对于不同的工艺目的，反应温度范围为450～900℃，反应时间为1～15min。常速热解需要隔绝空气，得到固体、气体和液体三种形态的产物，随着反应温度升高，气体产物比例明显增加而固体和液体产物减少。常速热解得到低位热值为12～18MJ/Nm3的燃气，比空气气化的燃气热值高得多，可以作为制取高品质燃气的气化方法。常速热解与气化相结合，构成两步法气化工艺，能够获得焦油含量极低的燃气。
2．生物质气化
生物质气化是以空气、富氧空气、氧气、空气和水蒸气、氧气和水蒸汽等作为气化剂，在高温条件下通过热化学反应将生物燃料转化为燃气的过程。气化工艺能够将固体生物燃料转化为使用方便的气体燃料或合成原料气，使燃料的化学能转移到燃气中，转换效率达到70～90%，因此是一种高效率的转换方式。
生物质气化过程是热解、氧化、还原、变换等许多反应的组合，反应路线复杂。总的过程可以概括为：生物燃料遇热后首先发生热解，随后发生热解产物和木炭的燃烧，最后燃烧产物被碳还原，生成以CO、H2、CH4为主要可燃成分的生物质燃气。
气化反应体系中，氧化反应提供着其他反应所需要的热量，是推动过程进行的关键，使整个气化过程成为一个自供热系统。但气化时提供的氧气量总是不足以使生物燃料完全燃烧，气化供氧量与完全燃烧需氧量的比值一般0.2～0.3之间，这个比值称作当量比ER，是气化过程的重要参数。许多人将气化过程叫做部分氧化过程，道理正在于此。
大多数生物质气化工程使用空气为气化剂。空气中含有79%的氮，它不参加反应，却稀释了燃气中的可燃成分。空气气化产生的燃气中，氮气含量在50%左右，只能获取低位热值为5～6 MJ/Nm3的低热值燃气，大致相当于发生炉煤气。热值低固然是一个缺点，但由于空气可以任意取用，因此是最简单易行的气化方式，应用得最为普遍。
使用氧气为气化剂时，避免了氮的稀释，同样的当量比下，反应温度提高，反应速率加
快，转换效率提高，显著地提高了燃气热值。氧气气化得到的燃气中氮气含量很低，燃气热值可以达到12 MJ/Nm3。
在使用氧气和水蒸汽的混合气化工艺中，水蒸汽与碳发生还原反应，与二氧化碳发生变换反应，使燃气品质有了明显改善，特别是氢气含量明显提高。这样的气体经过调制后适合于用作合成原料气。
基于固定床和流化床的反应机理，已经发展了各种生物质气化反应器。固定床气化器中，沿着燃料移动的方向依次进行着热解、氧化和还原反应。流化床气化器提供了一个近乎均相的反应条件，提高了反应强度，更适合于工业化大规模生产。各种规模的固定床和流化床气化器，均有实际运行的装置。近些年来，高反应强度的气流床气化器也在实验室或中试规模上得到了发展。
生物质气化技术的应用方式主要有以下四个方面：（1）为民用炊事或工业装置提供燃气；（2）驱动内燃机或燃气轮机发电；（3）燃烧后为终端用户提供热能；（4）燃气调制后用作合成液体燃料或者化学品。
3．主要技术路线
生物质热解气化已经发展成一个丰富多彩的技术门类，用于生产多种能源产品，图1-1表示了主要的技术路线。
图1-1 生物质热解气化的主要技术路线
图1-1中的多数技术路线与煤炭转化路线类似，这是因为生物质与煤炭都是以碳氢元素为主的燃料，只是各成分的质量比例不同而已。说到底，煤炭正是古代的生物质埋在地下，经过亿万年地质作用充分碳化后形成的。因此在生物质热化学转换方面，可以借鉴煤炭能源化工的丰富技术和工程经验。
在这些技术路线中，慢速热解、常速热解和空气气化技术已经有了成功的工程实例，开发了各种类型的设备。快速热解制取液体燃料，先进气化技术制取合成液体燃料、化工产品的技术正在发展之中。
发展历史和现状
生物质热解气化是上世纪70年代石油危机以后蓬勃发展的可再生能源技术，但是实际上已经有了悠久的历史。
生物质热解技术起源于木炭的制造，古人将木材放置在泥土窑内，点火燃烧一段时间，而后封闭熄火，使挥发物逸出而制取木炭。木炭的主要成分是碳元素，热值约为30MJ/kg，比木材高得多，而且燃烧迅速，是优良的固体燃料。我国商代的青铜器制作和春秋战国时
代的铁器冶炼已经在使用木炭，距今已有三千年以上历史。挥发分析出后的木炭，燃烧时不冒黑烟，达官贵人们用作冬季室内的采暖燃料。唐朝大诗人白居易于公元809年创作的著名诗篇《卖炭翁》，生动地刻画了卖炭翁伐薪烧炭南山中的艰辛生活，也说明了在那个朝代，木炭已经是一种商业化的产品。距今一千多年的隋唐时期，中国人发明了黑色火药，木炭是其中主要成分之一。时光流过几千年，制取木炭的基本方法没有发生太大变化。
活性炭是热解技术的另一重要产品，其制成工艺是通过物理化学过程法除去木炭内的焦油等杂质，使其形成发达的内部孔隙结构。内部的大量微孔使它具有高达300～1500m2/g的比表面积，因此有强大的吸附能力，被称为万能吸附剂。1900年至1901年德国人Raphael von Ostrejko发明了用金属氯化物和植物原料混合和在较高温度下用CO2作用制造活性炭的两项专利，1911年开始进行工业生产。在第一次世界大战中，活性炭防毒面具拯救了许多士兵的生命。20世纪后半叶，环保产业成为活性炭应用的大户。目前全世界活性炭的产量约为100万吨，气体活化工艺逐渐取代氯化锌活化工艺，设备向大型、连续、自动化方向发展[5]。我国自20世纪50年代开始生产活性炭，目前总产量在10万吨以上，而且还在迅速增长，以棉柴等废弃物生产活性炭的技术正在发展中。
生物质气化技术已有近100年历史，它源自于更早的煤气化技术。1843年，瑞典人Gustaf Ekman发表了煤气发生器的论文，1881年运行了第一套用于内燃机的下吸式气化炉。1918年瑞典人Axel Swedlund设计了第一台上吸式木炭气化炉，1924年又制造了第一台下吸式木炭气化炉，从而开创了生物质气化的先河。
第一次世界大战末期，以木炭为燃料的气化炉开始用于驱动汽车、船、火车和小型发电机。1939年第二次世界大战爆发后，德国封锁了欧洲大陆，石油成为紧缺的战略物资，优先供应军事用途，民用车辆不得不寻找替代动力，生物质气化技术的发展达到了顶峰。战争期间，超过100万部汽车、船只和拖拉机等运输工具装备了生物质气化炉（图1-2）。代表性的Imbert型气化炉（图1-3）和各种改进型大批量地生产，主要使用木炭为原料，有时也使用硬质木块[6]。
图1-2 汽车上的气化器图1-3 Imbert型气化器
抗日战争年代，我国的木炭汽车也得到了发展。1931年，郑州市的汤仲明制成中国第一辆木炭汽车。1932年湖南省工业试验所由技师向德领导，先后研制出5种木炭气化器，安装在汽车上获得成功。到1939湖南省50％以上汽车改装成木炭汽车。上海的张登义等人引进法国制造的下吸式气化器，1937年将上海1路公共汽车全部改装为木炭汽车。我国的木炭气化器从研制推行到逐渐淘汰，历时近15年，为保障抗战时的公路交通运输做出了不
可磨灭的贡献。
二战后，中东地区油田的大规模开发使用使世界经济发展获得了廉价优质的能源，发达国家的能源结构转向以石油为主，生物质气化技术在较长时间内陷于停顿状态。
20世纪70年代的石油危机，使各国政府认识到常规能源的不可再生性和资源分布的局域性，为保障能源安全和经济可持续发展，投入大量资金开展新能源技术的研究，生物质热解气化的研究重新活跃起来，学科技术的交叉使这一古老技术发展到新高度。近30年来的发展主要集中在以下方面：（1）生物质热解气化和发电技术；（2）生物质快速热解制取热解油技术；（3）生物质气化合成液体燃料技术；（4）生物质制氢技术。
近代的生物质热解气化技术朝向大型化发展，主要以农林残余物和工业废弃物为原料。瑞典、荷兰、丹麦、芬兰、意大利、德国等国发展了各种类型的固定床、移动床和流化床气化装置。为解决空气气化燃气热值低和燃气中焦油等问题，出现了一些新的气化原理和技术，如丹麦技术大学的两步法气化技术可以获得低焦油含量燃气，美国PNL、荷兰ECN、维也纳技术大学等研究的双循环流化床气化装置可以产生中热值燃气，德国Future Energy公司研究的加压气流床气化装置得到无焦油的中热值燃气[7]。在发电系统方面，小型系统采用固定床气化器与内燃机发电机组的组合，大型系统采用流化床气化炉、燃气轮机、蒸汽轮机组成生物质气化联合循环发电系统。90年代在瑞典Varnamo建成了18MW的大型IGCC发电系统[8]。
国内生物质气化技术在20世纪80年代以后得到了较快发展。80年代初期，研制了由固定床气化炉和内燃机组成的稻壳发电机组，形成了200kW稻壳气化发电机组的产品并且得到推广。同期中国农机院、林科院采用固定床木材气化炉烘干茶叶、木材，并为采暖锅炉供应燃气。90年代中期，山东省科学院能源研究所提出了生物质气化集中供气的技术路线，于1994年建成第一个试点，带动了相关技术的发展，已建成500多个集中供气工程。中科院广州能源研究所对流化床气化炉进行了大量研究，于1998年建成了1MW木屑流化床气化发电示范系统，之后对流化床气化发电技术进行了推广，建成了一批MW规模的示范工程，最大的系统为6MW。
快速热解技术可以将生物质直接转化为液体燃料，引起了在各国科学家的关注，70年代末建成第一个实验系统后，技术迅速发展。为获得极高的加热速率，开发出多种形式、构思巧妙的热解反应器。如英国阿斯顿大学的烧蚀反应器、美国可再生能源国家实验室的漩涡反应器、加拿大Dynamotive Energy Systems的流化床反应器和Ensyn的循环传输床反应器、荷兰BTG公司的旋转锥反应器[4]。上世纪90年代，快速热解技术的研究达到了高峰。加拿大Ensyn公司是最早建立商业化运行系统的公司，自1989年开始生产和销售生物油，在美国和加拿大有七套商业化装置在运行，最大装置日处理量为100吨。传输床热解反应器使用木材废弃物，平均产油率在65～75%，生物油主要用来提取食品添加剂、天然树脂和聚合物，剩余的用于燃烧发电。加拿大Dynamotive公司在安大略省建立了世界上规模最大的快速热解工厂，日处理量在200吨，生物油产率在65～75wt%[9]。目前制取的生物油还是初级产品，热值在20MJ/kg左右，可以用作锅炉燃料，尚不能生产类似汽柴油的纯净产品。各国学者进行了大量热解油精制的实验研究，努力寻找经济可行的精制方法。
我国快速热解技术的研究开始于20世纪90年代，中国科技大学、沈阳农业大学、上海理工大学、山东理工大学等开展了实验研究工作。2007年中国科技大学在合肥蜀山工业园建成了一套年产3000吨生物油的流化床快速热解示范装置，所产生物油用于锅炉燃烧。
生物质气化合成液体燃料技术可以得到纯净的车用燃料油，技术关键是获得高品质的合成原料气。德国Choren公司于90年代末建成了Carbo-V气化工艺合成燃料油的示范系统，采用热解和气流床结合的技术，生产出高质量的合成气[10]。美国可再生能源国家实验室研究了纯氧为介质的加压流化床气化来提供乙醇合成气。日本国家畜牧和草地科学研究所发展了
纯氧和水蒸汽为介质的流化床气化器，产生的原料气用来合成甲醇。欧盟第七框架中的CHRISGAS项目由隆德大学、ECN、瓦克舍大学等合作，采用纯氧和水蒸汽为介质的加压流化床，产生富氢合成气，目标是合成甲醇、二甲醚、柴油等液体燃料。
我国也开始了生物质气化合成液体燃料的探索，山东省科学院能源研究所与中科院广州能源所合作，于2008年建立了一套年产100吨二甲醚的中试装置，用富氧为介质的两步法气化技术获得了很好的合成原料气，制取了二甲醚样品。
氢是转换效率最高而且洁净的二次能源，1981以后，许多学者进行了生物质热解气化制氢的研究。美国能源环境研究中心（EERC）比较了热解和蒸汽气化二个工艺以预测适合于生物质制氢的最好方式，认为它们是商业化制氢的潜在技术[11]。美国太平洋西北国家实验室研究了生物质气化制氢的SepRx工艺[12]，西班牙Complutense大学和Saragossa大学对生物质催化气化制取氢的过程进行了广泛和细致的研究。美国Brookhaven国家实验室提出了名为Hydrocarb的生物质高温热解制氢工艺，美国可再生能源国家实验室进行了生物油制氢的研究[14]。
我国也在进行生物质热解气化制氢方面的探索。中科院广州能源所以流化床为反应器, 对生物质空气和水蒸汽气化制取富氢燃气的特性进行了一系列实验研究，探讨了一些主要参数对氢产率的影响[14]。笔者和同事们开展了二次热裂解制取富氢气体的研究工作，得到的气体中氢浓度达到60%以上。
近30年来的研究拓展了生物质热解气化应用领域，积累了丰富的技术和工程经验，展现了生物质替代化石燃料的发展潜力。
生物质热解气化技术的意义
生物质热解气化技术能够高效率利用生物质资源，具有良好的原料适应性和产品多样性。发展生物质热解气化技术，对于改善能源结构，减少温室气体排放，发展绿色低碳经济有着重要意义。
生物质能源的意义
生物质资源是分布广泛、数量巨大的可再生资源，又是环境友好的低碳能源，在人类社会持续发展中具有不可替代的作用。
１. 生物质是资源丰富的可再生能源。
生物质是植物通过光合作用产生的有机物，而光合作用是地球上最重要、最大规模的太阳能转换和利用过程，只要太阳辐射能存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质也就生生不息、永不枯竭。
事实上，所有的化石能源都来自生物质。由于地壳变动，远古的生物质被沉积在地下，通过地质作用演变成煤炭和石油。这种演变需要严酷条件，形成矿藏的时间非常漫长，数量非常有限，丰富的矿藏只在少数地区被发现。现代大量开采使用的化石能源是亿万年前形成的，其消耗速度早已远远超过了它们的形成速度。2010年世界一次能源消费量为120亿吨油当量，其中石油为40.28亿吨，天然气28.58亿吨，煤炭35.55亿吨，化石能源消费量总计104.3亿吨，占到一次能源消费总量的87%。现在每天化石能源的消耗量超过了20世纪以前人类全部消耗量的总和。近年来，化石能源消费量一直随着世界经济的发展而持续增长，到2030年预计增长到134亿吨油当量（图1-3）[15]。
图1-3 世界化石能源消费量, Mtoe
1973年石油危机以来，人们每年都在计算化石能源还能用多少年。按照2010年的储产比数据，石油可以用46.2年，天然气可以用58.6年，煤炭可以用118年。我国的形势更为严峻，石油可以用9.9年，天然气可以用29.0年，煤炭可以用35年[16]。尽管随着技术的发展，在更偏远地区、更深的地下和海洋中发现了新矿藏，但化石能源不可再生是公认的事实，全世界都面临未来能源供应的巨大挑战。
100多年的工业化过程过度消耗了化石能源，使人们认识到只有可再生能源才能支持人类的可持续发展，其中包括以绿色植物为来源的生物质能源。生物质能源是人类利用最早、最多和最直接的一种能源，迄今仍有15 亿以上的人口以生物质作为主要生活能源。地球上每年生长的生物质总量为1400～1800亿吨干物质，相当于目前世界总能耗的10倍，而作为能源利用的还不到其总量的1%。以科学的方法高效率地利用生物质，将成为支持可持续发展的重要途径之一。
2．生物质是洁净的低碳能源
在能源转化过程中，生物燃料被消耗，同时排放二氧化碳。但是生物质的生长过程又从空气中吸收等量的二氧化碳，使碳返回到土壤，从而保持了大气中二氧化碳的基本平衡。图1-4为以绿色植物为纽带的碳循环过程，空气中的碳在太阳能作用下进入到植物体内，一部分又通过食物链进入动物体内，然后通过三个主要途径即燃烧、腐烂降解和动物呼吸回到大气中，从而构成碳的循环链，理论上这个循环过程是二氧化碳零排放的。
图1-4 以绿色植物为纽带的碳循环过程
二氧化碳和
太阳能
光合作用
绿色植物 动物
燃烧 降解 呼吸
人类活动引起的温室气体排放和气候变化已经威胁到我们的生存环境。过去40万年间大气中二氧化碳浓度一直在180～290ppm之间变动，而2000年增加到370ppm，2010年又增加到450 ppm。20世纪以来全球平均气温升高了0.6摄氏度，导致了冰川消融和一系列极端气象事件的出现。大量使用化石燃料把原先固定在地下的碳释放出来，是二氧化碳排放增加的主要原因之一，能源活动的碳排放占到总排放70%以上。
大气中碳元素是否能够保持总量平衡，取决于人类的活动。无节制地使用化石燃料或者毁林开荒，将加速温室效应，导致全球性环境灾难。反之，如果大力保护和营造森林，种植绿色植物形成碳汇，用更多的生物质能源来替代化石燃料，则大气中二氧化碳浓度不仅不会继续增加，反而还会减少，因为有越来越多的碳储存在绿色植物之中。
以生物质能源代替化石燃料，还可以减少化石燃料排放的SO2、NO x等污染物。例如，每利用1000吨秸秆来替代煤炭，在减少1400吨CO2排放的同时，还可减少4吨SO2和10吨烟尘的排放。
3．生物质是分布广泛的资源
生物质资源分布广泛，较少受地域限制，哪里有阳光、土壤、空气和水分，哪里就有绿色植物，开发利用生物质能源有利于改善国家的能源安全。
我国最迫切的能源安全问题是石油供需矛盾。随着经济发展，中国石油消费量迅速增加，1993年从石油净出口国变成石油净进口国。2010年我国石油消费量达到4.28亿吨，而国内产量仅为2.03亿吨，石油对外依存度达到了52.6%，是世界第二大石油进口国。中国石油进口的大部分来自中东、西非、南美，漫长的运输线使能源供应链十分脆弱。围绕石油资源的争夺严重影响了世界格局，作为新兴经济体国家，我国在这场争夺战中处于明显的劣势。
生物质可以转化为气体、液体燃料，具有大规模替代石油、天然气的潜在能力，可能在改善我国能源结构，提高能源安全方面发挥重要作用。
4．生物质是唯一可再生的碳源
与其他可再生能源相比，生物质的突出优势在于它是一种物质能源，是唯一可再生的碳源，可以直接提炼液体燃料，或者通过各种技术途径转化为液体燃料和化学品，实现对化石能源的全面替代。
太阳能、风能和水能是可再生的过程能源，太阳辐射能、空气动能和水的位能能够转化为电能或热能，但不能转化为液体燃料和化学产品。目前液体燃料和化学产品主要来自于石油化工和煤炭化工，是现代经济不可或缺的基础原料。随着化石燃料的消耗，液体燃料和化学产品短缺将是困扰人类发展的重大问题。
生物质与化石燃料同属碳氢化合物，其物质属性越来越为人们所重视。一部分果实类生物质本身就含有植物油，例如大豆、油菜、麻风树、黄连木、光皮树等的籽实，可以通过脂交换方法生产生物柴油；另一部分生物质富含糖分和淀粉，例如甘蔗、甜菜、玉米、木薯等，可以通过发酵和精制获取燃料乙醇；更大量的木质纤维素类原料，如木材、秸秆等，可以通过生物化学的方法将纤维素水解为单糖，然后发酵成乙醇，或者通过快速热解直接转换成液体燃料，或者通过气化和合成方法生产液体燃料和化学产品。多种技术路线展现了以可再生生物碳源取代化石能源的潜力。
生物质热解气化技术的特点
近年来，各个学科的相互交叉和渗透，推动了生物质能源转换技术的迅速发展，除了本书重点讨论的生物质热解气化技术以外，还发展了直接燃烧技术、生物转换技术和生物柴油技术等。
直接燃烧是生物质发生完全氧化反应的放热过程，将生物质的化学能转变为热能。直接
燃烧使用各种固体生物燃料，燃烧设备有各种炉灶、锅炉和工业炉。小型燃烧设备提供家庭炊事、采暖的热量，大型生物质锅炉用于发电和集中供热。大型生物质锅炉燃烧效率高达95～97%，实现了生物质能源高效率直接应用。
生物转换通过微生物发酵将生物质原料转化为气体和液体，如沼气和乙醇。沼气是有机物质在厌氧条件下经微生物发酵形成的富甲烷气体，热值为20～22MJ/m3，是品质较高的民用燃气和发电燃气，除去二氧化碳后可作为天然气使用。厌氧发酵可以利用禽畜粪便、有机废水、污泥等，也可以转化秸秆类原料，但转化率偏低。由糖类物质发酵产生的乙醇，热值为29.68MJ/kg，与汽油混合后可作为车用燃料。生产乙醇的原料，一类是甘蔗、甜菜、甜高粱等含糖原料，另一类是玉米、甘薯、木薯等淀粉类原料。木质纤维素类原料经水解后变成单糖来生产乙醇是未来很有希望的技术。
通过生物油料与甲醇的脂交换工艺，制成脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯，其燃料特性与柴油近似，称为生物柴油。生物柴油的原料包括各种油料作物籽实、微藻等植物性油脂和餐饮废油、禽畜产品加工废油等动物性油脂。木质纤维素类原料水解后变成单糖，然后转化成油脂，进一步转化成生物柴油的技术正在发展中。
直接燃烧、生物转换和生物柴油都是目前发展的主流生物质能源技术，分别具有突出的特点和优势。从原料和能源产品两个角度看，热解气化技术与它们有相当多的重合，那么热解气化技术有哪些特点和优势，使得它能够成为生物质能源转换技术中一个重要门类呢？归纳起来有如下几点。
1．良好的原料适应性
生物质热解气化适用于固体生物燃料，包括林业和农业残余物、加工废弃物，而固体生物燃料是资源量最大的生物质原料。理论上生物转换和生物柴油技术也可以利用这些原料，但存在着许多技术障碍，目前还不具备经济上的可行性。
热解气化对原料的预处理只有最低限度的水分和颗粒度两项要求。一般要求水分在20%以下，自然干燥就可以满足。固定床反应器要求颗粒度小于50mm，流化床反应器要求颗粒度小于10mm，快速热解要求颗粒度小于1mm，简单的粉碎不难达到这些要求。因此热解气化原料的预处理成本较低。
固体生物燃料的品种繁多、形态各异，但其主要成分是碳氢化合物。如果扣除灰分的影响，各种化学元素的含量和热值没有明显差别，在热解气化中的反应过程、反应温度、反应速率等也没有明显差别，因此大多数热解气化设备都具有良好的原料适应性，原料变更对设备运行不会造成太大的影响，因此生物质热解气化技术有良好的原料适应性。
2．能源产品的多样性
图1-1描述了生物质热解气化的主要技术路线和终端产品，可以看出，热解气化的产品种类很多，而直接燃烧、生物转换和生物柴油技术分别生产相对单纯的能源产品。
实际上，热解气化只是能源产品的中间平台，需要与下游技术结合来生产终端产品，而下游技术多源自于石油和煤炭工业的成熟经验。
慢速热解是林产化工的技术平台，其制取的木炭是传统的固体燃料，进一步加工可以得到高品质活性炭，其副产品木醋液经加工可以得到醋酸、丙酸、丁酸、甲醇和有机溶剂等产品。快速热解获取的液体燃料可以直接用于锅炉，或者精制制取车用燃料油，也可以分离和提纯，获得众多的化学产品。生物质气化建立了一个可燃气体的中间平台，由此出发可以直接提供生活和工业燃气，通过内燃机和燃气轮机产生电力，更进一步地合成碳氢液体燃料和各种化学产品。
产品的多样性，使生物质热解气化能够满足国民经济对主要能源产品的需求。
3．高的转化效率
热解气化过程中生物质含有的所有可燃物质都参与了反应，将化学能迁移到下游产物中。相比之下，生物转换只能利用生物质中的一部分物质，例如沼气技术转化了部分纤维素和半纤维素，剩余了大量的沼渣；纤维素燃料乙醇技术主要利用了六碳糖，生物质中其余部分没有很好利用。
目前固定床气化器的气化效率为70～78%，流化床气化器可以达到85%，用内燃机发电时的发电效率为25～30%，联合循环气化发电系统发电效率达到40%。有报道称德国的气流床气化器，碳转化率达到99%。快速热解技术的液体燃料得率达到了70～75%。因此生物质热解气化是高效率的能源转换方式。
4．高的反应速度
热解气化遵循阿累尼乌斯定律，其反应速度随着反应温度呈指数增长。热解工艺的工作温度一般为450～800℃，固定床气化器内的最高温度可达1200℃，流化床气化器的工作温度为650～900℃。在这样的温度下，热解和气化的反应在一瞬间就完成了。因此热解气化反应器中的反应强度很高，装置体积很小。过去的木炭气化炉可以随车运载，瑞典的18MW 联合循环发电系统的加压流化床气化炉每小时产气30000m3，其直径不过1.2m。
生物转换过程属于生命科学的领域，微生物生长和繁殖需要一个温和的环境，所有的生物反应器都工作在低温下，反应过程长达数日。因此规模化的生物反应器都是体积庞大的容器。
5．适宜于分布式能源系统
生物质热解气化系统的规模灵活，从数十千瓦到数十兆瓦都有成功的工程实例。但总起来说，热解气化装置和工程更适合于分布式能源系统。
分布式能源系统是直接面向用户的小型终端系统，它避免了远距离输电损耗和载能工质的输送能耗，易于实现能量梯级利用，达到更高的能源利用率，特别是它可以就地高效利用用户周边的分散资源，补充商品能源的不足。在分布式能源系统概念提出后的20多年中，以小规模发电、热电联供以及冷热电联供等多种形式得到了快速发展。
分布式生物质热解气化供能系统可以就近收集固体生物燃料，避免低密度原料长距离运输的能源消耗和费用，发挥产品多样性的优点，同时满足终端用户对气热电冷等多种能源的需求，实现能量梯级利用，从而达到高的转化效率。我国农村以村镇为单位的居住形式和生产组织形式，自然地构成了分布式能源系统的单元，生物质热解气化装置适合于这样的规模。
发展中存在的问题
生物质热解气化是发展中的技术，也存在着如下一些发展中的问题。
（1）系统大型化的障碍
现代工业系统都是大型化的系统，可以降低成本，发挥规模效益。技术上生物质热解气化系统的大型化是可能的，但是由于生物质属于面源资源，而且密度较低，其收集、运输和储存的成本较高，生物质转换系统的经济规模受到了限制。即使是比较容易大型化的直接燃烧发电站，单机也只有12.5MW，比之燃煤电站小了1～2个数量级。
（2）产品品位偏低
生物质热解气化的产品品位，受到了生物燃料特性的限制。固体生物燃料中氧含量为40%左右，不但降低了燃料的热值，而且迁移到产物中，降低了产品品位。对于气化工艺，燃气中二氧化碳含量在12～20%的范围内，降低了燃气热值，用作合成原料气时增加了惰性气体的含量。对于快速热解工艺，燃料中的氧迁移到热解油中，使其主要成分是含氧化合物，增加了精制的难度。
（3）存在着一些技术难点
经过多年研究和发展，生物质热解气化技术取得了长足的进步，但存在着一些尚待继续研究的技术难点。例如：（1）气流床、加压流化床等制备中高热值燃气的现代气化技术；（2）燃气中焦油的完全脱除和净化技术；（3）生物质热解油的分离、提纯和精制技术；（4）定向气化制备高品质合成原料气的技术；（5）生物质热解气化制氢技术。这些技术的突破将推动生物质热解气化技术的升级和推广应用。
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。
城市垃圾热解气化方案
城市垃圾热解气化案 前言： 垃圾无时无刻不伴随着人类社会生活而存在，垃圾处理也是一个随之不断变革、持续发展的行业。从另一个角度讲，在技术条件足够完善的情况下，垃圾是一种永不枯竭的可利用型资源。本文着重介绍一种新型垃圾处理技术，该技术不仅能有效克服目前国垃圾处理技术的环保缺陷，还能够同时获得几倍于前者的经济效益，真正实现变废为宝，引领未来垃圾处理行业发展向。 一、国垃圾现状与亟待解决的问题 1.伴随着城市化进程加快，全国各地垃圾产生量急剧增加。根据2009年中国城 市建设统计年鉴报告，全国655个设市城市生活垃圾清运量由1980年的3132万吨增加到2008年底的1.52亿吨，平均每年增长速度约为9%。我国目前的垃圾年产量占全球比重已经超过30%，中国已经成为“垃圾围城”最重的。 2.城市垃圾的处理水平偏低。很多地采取露天堆放、自然填沟和填坑等原始式消 纳城市垃圾,部分河流沿岸成为天然垃圾堆放场。该种处理式对土壤、河流、地下水、大气等都造成了重的影响和危害。 3.国城市垃圾无害化处理设施极度缺乏,已建成的垃圾处理设施又有相当部分达 不到环保标准，大多数城市的垃圾对环境的污染日趋重。5亿多平米的城市地面被垃圾侵占，每天向大气释放多达100多种有害、致癌气体。 以北京市为例，目前全市日产垃圾18400吨，其中90%为填埋处理，每年约占用土地五百亩。在这种处理式单一、有效的垃圾分类又较难实现的情况下，没有高效能技术和设施的建设应用，四年后北京就将面临垃圾无法处理的局面。上海市全市日产垃圾近2万吨，在全市垃圾处理厂超负荷运行的情况下，按目前现有的处理
能力，到2020年，全市混合垃圾处理能力及资源化处理能力缺口总计将扩大到约11700吨/日。可见，对城市垃圾实施有效处理,改善城市卫生环境，实现垃圾减量化、无害化、资源化已成为保障国计民生的重大问题。日前住房和城乡建设部、环保部等15部委联合制定的“关于推进城市生活垃圾处理工作的意见”（以下简称“意见”）已报国务院审批，于2011年初下发。“意见”出台后，将大力推动城市生活垃圾处理工作，同时城市生活垃圾处理也将成为地政府城市管理考核的重要容。二、国垃圾处理技术简介 目前国垃圾处理主要使用以下几种技术： 1.卫生填埋处理：这种法是大量消纳城市垃圾的有效措施。但占地面积大，使用 年限短，垃圾分解速度慢（10-20年），填埋区易产生沼气、含毒污水，对空气、土壤和地下、地表水产生污染。大城市边由于土地资源紧，更限制了此类法的应用。 2.堆肥处理：该法通过微生物的生化作用，将垃圾中的有机质分解腐烂，转换成 肥料。但该法对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长。堆肥法对塑料、金属等减量程度不高，后续处理量大，运行费及垃圾转运费用高。由于国未能实现有效垃圾分拣，垃圾中含有重金属和有毒化合物等污染物，导致此种肥料不能进入食物链，因此堆肥产品尚面临销路问题。 3.垃圾焚烧发电：该法是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃 烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电式。直接焚烧法可实现城市生活垃圾的减容化和资源化。但其致命缺陷是其焚烧产物中的SOX、NOX、HCl、粉尘和残渣中的重金属。特别是氧化反应产生
生物质热解与煤热解气化比较与现状
生物质热解与煤热解气化比较与现状 关键词：生物质煤热解 研究表明[1]，生物质与煤的热解特性差异很大；生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高。 现今单一煤种的热解在各方面都已经得到广泛的研究，而生物热解方面也正在取得巨大的研究成果。煤热解的气体产物以一氧化碳、甲烷和氢气为主，其中固体产物为固体焦和焦油。生物质热解气化产物主要是不饱和烃类气体和大量的氢气，还有不饱和烃类液体例如苯等。但是相比之下，由于大量水分的存在，生物质热解气化失重率比较大，而由于硫的掺杂，煤气化热解的产物中含有大量含硫氮化合物，使之燃烧会造成严重的环境污染。 为了提高脱硫脱氮的效率和改善煤单独热解产物不饱和度较高的问题，科学各界开始对生物质同煤共热解进行了研究和探索。研究结果[2]表明，生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结，得到粒状焦炭;生物质热解生成较多的H2，有利于煤中硫和氮的脱除;同时随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低，热解脱硫和脱氮率增大。 根据研究[2]可知，生物质热解的最大热解峰（低于400摄氏度）和煤的最大热解峰（高于400摄氏度）不重合，而且差值有的在100摄氏度以上。由此可知，生物质与煤共同热解没有明显的协同作用。为了解决不同步热解的问题，科学界提出了两步法煤与生物热解、利用煤的黑度比生物质高的特点以辐射的加热方式进行同步加热、两段管式炉分步控温进行热解等。这些方法的核心都在于利用生物质的富氢产物为煤脱硫脱氮提供天然低廉的氢来源，同时也提高了煤的轻质液相产率，气体中的不饱和烃含量降低，将富裕的生物氢转移到了缺氢的煤焦中。 鉴于生物质与聚合物及生物质与煤的共热解或两步法热解具有很大的优势，加强生物质与聚合物的共热解和生物质与煤的共热解及两步法热解的研究显得很有必要。深入研究生物质与聚合物共热解的协同作用的机理，加强研究生物质与煤共热解中脱硫、脱氮及固体焦具有较强吸附能力的机理，同时，进一步研究改进生物质与煤两步法热解的工艺，为实现生物质中富裕的氢向煤的转移提供可能。 参考文献 [1] 尚琳琳，程世庆，张海清。生物质与煤共热解特性研究 [2] 马光路。生物质与聚合物、煤供热解研究进展
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：
加拿大ENERKEM气化热解法生物质酒精技术简介
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ENERKEM气化热解技术与气化焚烧的区别?ENERKEM气化热解技术的要点是通过控制空气或者氧气的供给，使得很小部分的原材料燃烧，产生的热能供给剩余的大部分原材料的热解，是一个自动的热化学反应过程，整个气化热解过程只有10秒钟； ?热解又称干馏、热分解或炭化，是指有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体/液体/固体的过程； ?热解和焚烧的相似之处：两者都是热化学转化过程； ?热解和焚烧的主要区别： （1）焚烧的产物主要是CO2和H2O, 而热解产物主要是可燃的低分子化合物, 气态的有H2、CO、CH4和CxHy等； （2）焚烧是固体废物中的主要可燃物质碳和氢的氧化反应, 是一个放热过程，而热解则是一个吸热过程，需要吸收大量的热量来使有机化合物分解。 （3）焚烧只能将产生的热量用来即时发电或供热，而热解的产物是燃料气及燃料油可再生利用，且易于贮存和运输。
ENERKEM技术的工艺路线
ENERKEM技术的环保优势 ?非粮作物为原材料--来源广泛--第二代生物质能源； ?原材料预处理脱水阶段可以产出饮用级别的水，生产工艺不耗水；?非发酵法工艺--节省大量水资源--亦无大量污水产生； ?可控有限燃烧为热解供热，节省能源，亦无有机物焚烧时产生的酸性气体如HCI,HF,NOx的二次污染；从而也没有酸性气体对设备的腐蚀；?热解式气化--低温缺氧热解(700度/3个大气压以下)，碳源转化充分(95%)，不产生如二恶英，呋喃等含氯高分子剧毒气体(700-850度)；?有限燃烧--无直火焚烧炉搅拌作用--极少产生含Hg,Ph,As,Pb的飞尘；?气化后可燃气体纯度高，H2/CO/CO2比例精确，氯/硫/重金属含量低，便于液化成甲醇乙醇，分离的不纯气体可再回用提纯，增加产量；?固态废渣数量少(15%)，无公害可直接填埋，亦可用于生产建材；?绿色生产体系，满足严格的北美环保排放标准。 ?出色的节能减排项目。
生物质热裂解
生物质热裂解制取液体燃料技术的发展 摘要:对生物质热裂解技术进行了系统的研究,阐述了其基本技术要求和发展现状,并将现有的生物质热裂解反应器进行分类,分析了相应的优势与不足。最后评估了生物质热裂解制取液体燃料技术的经济和社会效益,结果表明它具有广泛的应用前景。 关键词:生物质;热裂解;生物油;反应器 1生物质热裂解制取液体燃料的意义 当今社会面临着环境与发展的双重压力,面对常规能源资源的有限性和人类对能源需求的不断扩大[1],能源格局的更新、新能源的开发和利用越来越值得人们的关注。同时石油以其便于运输、加工和利用,且单位热值高和污染相对煤炭少等优点成为常规商业用能中的重要一员,油气在商业用能中的比重在一定程度上也反映出某个国家的能源利用效率水平及环境保护程度。随着我国经济的迅速发展,油气等高品质能源在我国的消费将逐渐增加,而我国的石油资源人均拥有量却相对很少。另外随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切,传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,尤其是对柴油的需求,因此积极开发代用液体燃料是一种行之有效的措施。 化石燃料的过度开采和大量使用导致了环境污染指数的增长,20世纪以来化石燃料燃烧利用过程中排放的大量SO2、NOx和氯氟烃等污染物破坏了生态环境,由于CO2排放造成的“温室效应”也逐渐显露出对气候和生态的负面效应。 生物质是一种清洁的低碳燃料,其含硫和含氮量均较低,同时灰分份额也很小,所以燃烧后SO2、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得多,是一种清洁燃料。生物质的利用过程中没有增加大气中CO2的含量,这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。为了兼顾经济增长和环境保护,生物质能的开发和利用已越来越受到重视和关注。 生物质能的利用目前在工业化的发达国家仅占能源消耗的3%,广大发展中国家中生物质能占了35%,从而使得生物质能在世界能源消耗中仅占了14%。联合国环境发展会议指出到2050年,生物质能有潜力可以供给当时世界能源消耗中的50%。然而目前大部分生物质被直接作为燃料燃烧,利用水平低,浪费严重,且污染环境,所以充分合理开发使用生物质这种资源丰富的能源,改善我国尤其农村的能源利用环境,加大生物质能源的高品位利用具有重要意义。 生物质快速热裂解制取生物油是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术,该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等林业加工废弃物为主的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的液体燃料—生物油,其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧,而且可通过进一步加工改性为柴油或汽油而用作动力燃料,此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品,目前已经商业化的应用有提取食物添加剂[2],当然通过一些加工还可能提取一些特殊的化学成分用于调药剂和农业化肥等当前石油资源匮乏及油价飞升,而木屑等林业加工废弃物得不到高品位利用,同时速生林培植技术又较为成熟,因此开展生物质快速热裂解制取生物油技术的研究在21世纪具有特别重要的意义。上世纪末,该技术研究在欧美国家即得到了高度重视,已开发出了不同类型的热裂解技术,而我国由于在该技术领域的研究涉及较少使得这一工作尚处于起步阶段。 2生物质热裂解制取液体燃料的技术 2.1生物质热解制油的一般原则 生物质热裂解生成的液体产物通常被称为生物油、热裂解油或生物原油,其可分为快速热裂解工艺产生的一次生物油或通过常规热裂解及气化工艺产生的二次油,两者在一些方面
垃圾热解气化焚烧技术介绍
如今环境问题越来越成为人们关注的话题，近日，郑州紧跟北上广全面实施“垃圾分类”，更让平日里随处可见的垃圾也成为人们口中的热词，“今天的垃圾你丢对了吗”也成为人们寒暄的话语，这种现象也暴露出全民对于垃圾的关注，更是国家对于生活垃圾无处可放的担忧。 随着“蓝天保卫战”“无废城市”的提出，国家层面也越来越重视固体废弃物带来的新的环境问题，垃圾围城的现象日益凸显，固体废弃物的减量化、资源化、无害化、稳定化处理亟需寻找一条新的出路。 据相关部门公开资料显示，目前我国生活垃圾无害化处理方式主要以焚烧为主，占80%，厌氧消化、卫生填埋、回收利用、堆肥等只占20%左右。生活垃圾焚烧产生的二恶英类物质（PCDDs）是已知的毒性最大的物质之一，焚烧产生的飞灰中含有大量重金属，因此焚烧对大气环境造成比较严重的二次污染。而厌氧消化、卫生填埋不仅需要占用大量宝贵的土地资源，并且渗滤液等有毒有害物质也造成土壤、地下水的严重污染。 塑料垃圾热解气化技术很好的解决了以往塑料垃圾处理中存在的各种环境污染问题。采用塑料垃圾破碎→干化→热解气化的工艺将废塑料热解气化，在此系统中，废塑料经撕碎机撕碎成2 ~ 5公分的碎块（图2），然后经过滚筒干化机（图3）干化后在热解气化装置（图4）中经过高温加热热解气化，产生CO、H2、CH4 等可燃气体，这些可燃气体经过净化系统（图5）冷却净化后直接通入燃烧室进行燃烧，燃烧后的气体通入余热锅炉产生蒸汽提供给附近纸厂使用，余热气体又引入滚筒干化机，使撕碎后的塑料干燥到含水率15%~20%,最后气体脱硫后排入大气中，在这个系统中，整个反应处在贫氧、高温、密闭的条件下，因此杜绝了二恶英类物质的生成，也杜绝飞灰泄露进入大气环境中，此外气化焚
生物质热裂解液化技术
第六章生物质热裂解液化技术 第1节生物质热裂解原理 1.1 概念 ⑴生物质热裂解 生物质通过热化学转换，生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3类物质的过程。 控制热裂解条件（反应温度、升温速率、添加助剂等）可以得到不同热裂解产品。 ⑵生物质热裂解液化 是在中温（500～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热解，产物再迅速淬冷（通常在0.5s内急冷到350℃以下），使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到液态的生物油。 生物油产率可高达70%～80%（质量分数）。气体产率随温度和加热速率的升高及停留时间的延长而增加；较低的温度和加热速率导致物料炭化，生物质炭产率增加。 生物质热裂解液化技术最大的优点在于生物油易于存储和运输，不存在产品就地消费的问题。 1.3生物质热裂解原理分析 （一）反应进程分析 生物质的热裂解（慢速）大致分为4个阶段： ⑴脱水阶段（室温~150℃）：物料中水分子受热蒸发，物料化学组分几乎不变 ⑵预热裂解阶段（150~300℃）：物料热分解反应比较明显，化学组成开始发生变化。半纤维素等不稳定成分分解成CO、CO2和少量醋酸等物质。
⑶固化分解阶段（300~600℃）：物料发生复杂的物理、化学反应，是热裂解的主要阶段。物料中的各种物质相应析出，生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇，气体产物中有CO、CO2、H2、CH4等。物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰. ⑷炭化阶段：C—H、C—O键进一步断裂，排出残留在木炭中的挥发物质，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。 以上几个阶段是连续的，不能截然分开。快速裂解的反应过程与此基本相同，只是所有反应在极短的时间内完成，原料快速产生热裂解产物，因为迅速淬冷，使初始产物来不及进一步降解成不冷凝的小分子气体，从而增加了液态产物生物油。 （二）热解过程中生物质成分分析 ⑴生物质中主要成分及其分解产物 生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物，及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物。3种组份常被假设独立进行热分解，半纤维素主要在225~350℃分解，纤维素主要在325~375℃分解，木质素在250~500℃分解。 纤维素是β-D-葡萄糖通过C1—C4苷键连接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℃，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量炭； 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。木质素隔绝空气高温分解可得到木炭、焦油、木醋酸和气体产物。产品的得率取决于木质素的化学组成、反应最终温度、加热速度和设备结构等。木质素的稳定性较高，热分解温度是350～450℃，而木材开始强烈热分解的温度是280～290℃。木质素中的芳香族成分受热时分解比较慢，主要形成炭。 热分解时形成的主要气体成分为：CO29.6%，CO50.9%，甲烷37.5%，乙烯和其它饱和碳氢化合物2.0%；液体提取物主要有萜烯、脂肪酸、芳香物和挥发性油组成。 ⑵纤维素分解过程与途径 纤维素是多数生物质最主要的组成物（在木材中平均占43%）同时组成相对简单，因此被广泛用作生物质热裂解基础研究的实验原料。 ①纤维素受热分解，聚合度下降，甚至发生炭化反应或石墨化反应，这个过程大致分为4个阶段： 第1阶段：25~150℃，纤维素的物理吸附水解吸； 第2阶段：150~240℃，纤维素大分子中某些葡萄糖开始脱水； 第3阶段：240~400℃，葡萄糖苷键开始断裂，一些碳氧和碳碳键也开始断裂，并产生一些新的产物和低分子的挥发性化合物； 第4阶段：400℃以上，纤维素大分子的残余部分进行芳环化，逐步形成石墨结构。 纤维素的石墨化可用于制备耐高温的石墨纤维材料。 ②纤维素分解途径 最广泛接受的纤维素热分解反应途径模式见图1：
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
【创新案例】生物质热解气化技术
【创新案例】生物质热解气化技术 1背景 随着日益严峻的环境污染问题，各国政府都越发重视可再生能源的开发与应用。生物质气化技术作为新一代生物质利用技术，具有能源转化效率高、设备简单、投资少、易操作、占地面积小、不受地区、燃料类型和气候限制等特点，在为工业生产提供生产必须的电和热(热水/蒸汽)的同时，副产品可被用于制备炭基肥、活性炭及冶金行业保温材料等。项目环保性能和经济性能俱佳，对于降低工业生产用能成本，促进我国能源利用朝着绿色可持续方向迈进具有重要意义。 2解决方案 费曼能源采用国际领先的全新一代生物质气化技术，该技术通过精准控制热解可以将生物质转化为高品质合成气，合成气可用于燃烧生产工业生产必须的电能及热能(热水/蒸汽)，副产品生物炭具有较高的商业利用价值。由于副产品的高效利用可显著降低电能及热能的生产制备成本，在帮助工业企业实现低碳化绿色生产的同时，显著降低工业企业用能成本。目前，可利用的生物质原料包括:稻壳、竹屑、木屑、烟叶梗、山核桃壳、棕榈壳、椰子壳、玉米芯渣、甘蔗渣、柚子壳、酒糟、制药残渣、造纸剩余物、干化污泥、高聚物废弃物等。3生物质热解气化反应原理4设备示意图5技术对比与其他
生物质供热应用方式相比，生物质热解气化的优势如下:6案例根据国家及江苏省政府清洁能源替代燃煤锅炉的相关政策，江苏泰兴化工园区内的多家化工企业，急需淘汰燃煤锅炉。费曼能源作为项目所有者及实施方，以“生物质天然气”多能互补方式，以稻壳为原料，为园区企业提供热蒸汽等清洁能源，副产物稻壳炭作为保温材料销售给钢厂或有机肥公司。 项目地点：江苏泰兴项目规模：18t/h(15t/h 备用)原料用量：2.66万吨/年蒸汽产量：6.45万吨/年稻壳碳/灰分量：0.63 万吨/年客户类型：食品、化工、印染、电池等所有生产用热企业解决问题：(1)降低企业用能成本，吨蒸汽使用成本降低20元/吨以上(2)降低企业清洁化改造成本，蒸汽管网直接连通各用热企业 (3)帮助企业实现绿色生产，彻底杜绝自备锅炉环保不达标而造成的非生产性停产。技术创新：“生物质天然气”多能互补方式该项目的产品分为能源产品(热蒸汽)和副产品(稻壳炭)。其中能源产品是客户主要的需求，副产品销往附近钢厂用于熔炼工艺保温材料，为项目创造另一部分收益。稻壳炭还可进一步深加工，做成炭基肥等，真正实现(农业能源环保)循环经济生态圈。
热解气化
3.2 热解气化处理技术 废水污泥在热解气化过程中将经历一系列的物理和化学变化，在缺氧性、有蒸汽参与的还原性气氛条件下污泥将发生一系列化学反应（如表4所示）。 表4: 污泥在热解气化过程中的主要化学反应 化学反应式 处理过程中的热行为 C（燃料中的碳）+ O2 →CO2 + 热量 放热 C + H2O（蒸汽）→CO + H2 吸热 C + CO2 →2CO 吸热 C + 2H2 →CH4 放热 CO + H2O →CO2 + H2 放热 CO + 3H2 →CH4 + H2O 放热 污泥的热解过程可分为三个阶段：一，干燥期；二，热解期；三，需热（气化反应）期。在干燥阶段，污泥中的水分以蒸汽形态脱离污泥相，根据所采用的热解气化装置类型的不同，在干燥阶段干污泥的产率从85%到93%（占绝干污泥的比率）不等（资料来源：Furness and Hoggett, 2000），干燥阶段的操作温度约为150℃（302℉）；污泥干燥完成后，其温度即被提高到400℃（752℉），进入到热解反应阶段；在最后一个阶段，热解产生的可冷凝气相产物和不凝性气相产物以及热解焦产物发生气化反应（需热阶段），热解产物被氧化、然后再被还原，并被转化为焦渣块、蒸汽、焦油及气体产物。污泥的氧化反应剂为二次送入炉中的、经过化学式量计算并计量过的氧气。在气化阶段，炉膛的操作温度范围在800到1400℃（1472至2552℉）之间，为了维持气化反应所需的温度，需补充
加入煤炭或石油焦做为辅助燃料。 需热期之后，从炉中引出的高温合成原料气体可采用水、泥浆和/或冷的循环合成气进行急冷降温处理，在进行除尘处理之前也许还需要对合成原料气再进行一次冷却处理，此时可采用热交换器（安装于合成气冷却装置系统内）。当采用水喷淋法除尘方式时，颗粒物被水捕集，然后对含尘水进行过滤处理；也可以采用干式滤尘器或热气体过滤器来除去合成气中的颗粒物。合成气在被冷却的过程中，若温度降到水的露点以下时，合成气中的水分即会发生凝结；洗涤器和合成气冷却装置中排出的水中肯定含有一定量的可溶性气体成分（如氨、氰氢酸、氯化氢、硫化氢等）。此时的合成气是否还需要进一步精制处理则取决于其最终的用途，但不论最终用途如何，通常都会对其进行脱除硫化物（主要为硫化氢）处理并回收可进行市售的商品级高纯硫产品。从合成气冷却和净化处理装置中排出的水经过脱除固体颗粒物处理之后，一般被输送回热解气化炉或洗气器中循环使用；循环使用时，必须对其中一定比例的水流进行净化脱盐处理以避免水中可溶性盐类的累积，脱盐处理后的水可继续循环使用，也可将其中的一部分排放到常规污水处理装置。合成气冷凝水还应当采取蒸馏法来脱除其中的氨、二氧化碳和硫化氢成分。污泥热解气化的三个阶段均在同一台气化反应器中进行，反应器的运行工艺参数变化范围则与其型式有关。 最为常用的气化装置有固定床反应器、流化床反应器和循环（移动）床反应器三种类型。固定床和流化床气化装置通常设置有耐火材料内衬或水冷壁以防止高温对反应腔室的损害，这两类气化装置常采用旋转式或固定式炉排设计。移动床气化装置不常见，一般采取在金属材质的反应腔室中设置间接加热系统的方式来确保反应的温度。近年来新开发的废水污泥热解气化工艺中，最引人关注的是“Lurgi -Rhurgas工艺”，这是一种基于循环流化床技术的新工艺，该技术系采取强化污泥颗粒与循环流态化热媒之间的接触几率，从而使产出的合成气热值高达23MJ/m3。 与废水污泥热解气化装置污染物排放方面有关的数据非常少，这可能与污染物排放情况变化多端、难以获得稳定数据有关。对污泥热解气化过程污染物排放情况有重要影响的因素有：装置类型、污泥特性、操作工艺条件（温度及压力）、以及气相氛围操作条件等。法律规定必须大幅降低排量的废水污泥热处理过程的
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。
垃圾热解气化项目报告书
垃圾热解气化项目报告书 一、垃圾热解气处理技术简介 垃圾热解气是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在对其进行加热蒸馏，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。在运行过程中所生成的气体含有大量甲烷、一氧化碳和氢气，可以用于工业燃气，具有良好的经济效益。 垃圾热解气技术的环保特点在于：能从根本上解决二噁英的生成，同时减少空气中有毒物质的排放量，将重金属固化并有效回收利用，有利于城市环境的发展。 北京宝能科技有限公司垃圾热解气化技术是针对城市垃圾差异性较大所提出的一套低成本、适合中国国情的城市生活垃圾清洁综合利用技术，主要是让城市生活垃圾在还原性气氛下发生反应，从源头上避免二噁英的生成。 根据垃圾处理过程，可日处理100—2000吨生活垃圾，每吨生活垃圾（干基）最低可产生约1500立方米的燃气，热值约1500大卡/立方米，能够满足一般工业燃气的需要。而垃圾处理后产生5%―8%体积的固体无机物，可作为生产建筑砌块。酸性气体作为气化剂在气化炉中得到处理。清洁处理后的合成气可作为燃料供给锅炉，也可经过高效燃气轮机发电机系统发电。 1.1开发垃圾热解项目的市场背景 1.1.1.我国垃圾资源概况 垃圾是一种可再生资源，如果能够有效的资源整合利用，能够创造巨大的经济效益，目前政府部门也越来越重视垃圾资源的回收问题。随着城镇化工业化进程加快，未来我国生活垃圾处理设施的建设力度将大幅增加。 垃圾处理行业拥有着庞大的市场容量，据统计，全球每年排放各类垃圾近5亿吨，中国主要城市年产生活垃圾1.5亿吨，并且还在以每年8%—10%的速度攀升。建设部2010年调查结果显示，全国600多座城市中，有1/3以上正在陷入垃圾重
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
浅论垃圾热解气化技术
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，国内垃圾主要以填埋、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注右，堆肥不到10%仍有30%勺生活垃圾未能处理。 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 -700 oC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