生物质闪速热解技术及生物油的应用
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质快速热解是指在高温、短时间内将生物质分解成可燃性气体和液体油的过程。
这种技术可以作为替代传统石化燃料的绿色能源，因为生物质是可再生的，且对环境友好。
生物质快速热解机理主要包括两步，即干燥和热解。
干燥是将生物质中的水份去除，促进生物质分解。
热解是在高温下将分子分解成小分子，同时也有新的分子生成。
热解过程中，生物质的化学成分与温度、反应间隙、反应速度和反应机理等因素密切相关。
生物质的化学成分是热解中的关键因素，其中含有三种主要组分：纤维素、半纤维素和木质素。
纤维素和半纤维素是生物质中的主要成分，直接热解可以得到固体炭、焦油和气体产物。
木质素是一种复杂的天然高分子化合物，难以直接热解。
因此，需要将木质素与纤维素和半纤维素一起热解，以获得最大的产物。
温度是生物质快速热解过程中的另一个重要因素。
在低温下，热解可以通过干馏法将生物质分解成煤焦油、固体炭和气等产物，但是这种方法不适用于生物质。
相反，生物质快速热解需要高温来实现。
研究表明，在500-700°C的温度范围内，生物质的热解效率最高，产物中的液体油和可燃气体的产量也最大。
此外，反应间隙也影响着生物质快速热解的反应速度和产物的组成。
间隙过小会造成局部温度过高，导致产物焦化并降低热解效率。
反之，间隙过大则会降低反应速度，从而影响产物的组成。
因此，合适的反应间隙对于生物质快速热解来说至关重要。
总之，生物质快速热解具有广泛的应用前景，但热解机理的深入研究和掌握对于其实现和优化至关重要。
研究生物质的化学成分、温度和反应间隙等因素对于生物质快速热解的了解不仅有助于提高生物质快速热解的效率，还能为替代传统石化燃料的绿色能源的发展提供可靠的技术支持。
生物质转化的技术和应用
生物质转化的技术和应用随着全球能源需求的不断增长，传统能源的不可持续性成为人们日渐关注的问题。
其中，生物质能源作为一种可再生、低碳、环保的能源，备受研究和发展。
生物质能源是指通过利用植物、动物等生物质转化为能源的过程。
其中，生物质转化技术是将生物质转化为有用产品的关键。
本文将介绍目前主要的生物质转化技术和应用。
一、生物质热化学转化技术生物质热化学转化技术是指利用高温和高压条件下，将生物质转化为液体或气体燃料的技术。
该技术是目前最成熟的生物质能源化利用方式。
1. 液化技术生物质的液化技术主要包括快速热解和流化床热解两种。
其中，快速热解是在高温和高压水蒸气氛围下，使生物质快速裂解成液态产品，包括木质素油、小分子芳香烃和碳酸氢钾等。
而流化床热解则是将生物质在氧化气氛下在流化床内进行高温裂解，获得液态燃料（如生物油）和气态产物（如合成气）。
2. 气化技术生物质的气化技术主要包括直接气化和间接气化两种。
其中，直接气化是将生物质在氧化气氛下在高温和高压下进行气化，产生合成气和焦油等；而间接气化则是在无氧条件下将生物质气化为焦炭和合成气。
二、生物质生物化学转化技术生物质生物化学转化技术是指通过微生物的代谢作用，利用生物质转化成有用的化合物，主要包括酶解和发酵两种。
1. 酶解技术生物质酶解技术是通过微生物的酶解作用将生物质转化为单糖、双糖等简单糖类，再通过后续的发酵过程获得生物质乙醇、生物质生物甲烷等有用产物。
其中，酶解技术主要有酸性酶解和碱性酶解两种。
2. 发酵技术生物质发酵技术是通过微生物的代谢作用将简单糖类或其他有机物质转化为产气、产液或产固体等生物质能源产品。
其中，生物质发酵技术主要包括乙醇发酵、生物质生物甲烷发酵等。
三、生物质催化转化技术生物质催化转化技术是一种比较新颖的生物质转化技术。
该技术是利用催化剂协同生物质分解，以获得高效率的生物质能源转化过程。
目前主要研究生物质催化转化技术的催化剂有贵金属、金属氧化物、酸性材料、纳米材料等。
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质是一种可再生的能源资源，其快速热解技术在能源利用和环境保护方面具有重要意义。
本文将探讨生物质的快速热解及其热解机理研究。
快速热解是一种高温、短时间内对生物质进行加热分解的过程，通过这一过程可以得到液体燃料、气体燃料和固体炭等有用的产物。
快速热解技术在能源转化和减少碳排放方面具有重要的应用价值。
生物质的热解机理是指生物质在高温下发生化学和物理反应的过程。
热解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等主要成分会发生热解反应，产生液体、气体和固体产物。
热解反应主要包括干馏、裂解、气化和炭化等过程。
干馏是指在缺氧或低氧条件下，生物质中的挥发性物质被释放出来。
这些挥发性物质主要包括水、酸、醛、酮等。
干馏是生物质热解的第一步，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
裂解是指在高温下，生物质中的高分子化合物被断裂为低分子化合物。
裂解过程中，纤维素和半纤维素会分解为糖类、酚类和醇类等低分子化合物。
木质素则会分解为苯酚类和芳香烃类化合物。
裂解反应是生物质热解的关键步骤，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
气化是指生物质在高温下与气体反应生成气体的过程。
气化过程中，生物质中的碳水化合物被分解为一氧化碳和氢气等气体产物。
气化反应是生物质热解的重要环节，产生的气体可用于发电、供热和合成化学品等领域。
炭化是指生物质在高温下失去挥发性物质，生成固体炭的过程。
炭化过程中，生物质中的无机物质也会得以保留，形成矿物质残留物。
炭化反应是生物质热解的最终阶段，产生的固体炭可以用作燃料或其他工业用途。
研究生物质的快速热解及热解机理对于提高生物质能源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。
研究人员通过实验和数值模拟等手段，探索不同反应条件下生物质热解的机理和影响因素。
研究结果表明，反应温度、反应时间、生物质种类和粒径等因素对于热解产物的种类和产率有重要影响。
在实际应用中，快速热解技术可以将农林废弃物、城市固体废弃物和能源作物等生物质资源转化为有用的能源产品。
生物质热解——精选推荐
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。
生物油的制备及其应用研究
生物油的制备及其应用研究一、引言生物油指的是通过生物质材料转化而成的液态燃料，具有低排放、可再生、替代化石能源等优点，因此受到广泛关注。
本文将在介绍生物油的制备方法的同时，探讨其在能源、化工、农业、医药等领域的应用研究。
二、生物油的制备方法1. 热解法热解法是指将生物质材料在高温下加热，使其分解成为可燃性气体和液态燃料。
目前最主要的热解方法是快速热解（pyrolysis），其特点是反应时间短、产物分布广、适用范围广。
优点在于生产设备简单、产品分布可控、产物质量稳定，但对原材料要求高。
2. 生物质气化法气化法是指利用空气、氮气或蒸气将生物质材料分解成一系列气体和液态燃料。
该方法最为广泛使用的是空气气化法（air gasification），该方法易于操作，实施成本低，但产物中含有大量氮气，使燃烧效率低。
3. 生物质液化法液化法是指将生物质材料溶解在溶剂中，形成含有大量氢气的混合物。
常用的液化剂有水、生物质油和有机溶剂。
该方法适用范围广，能使材料得到高度利用，但存在成本高的问题。
三、生物油的应用研究1. 能源领域生物油因其可再生、低排放、代替化石能源等优秀的性能，在能源领域的应用研究十分广泛。
生物油可以用来代替化石油，用于发电、工业蒸汽锅炉燃料、船舶燃料、温室暖气等领域。
根据研究显示，生物油的热值和燃烧效率与石油类似，同时具有更低的硫含量和碳排放量，对环境污染更少。
2. 化工领域生物油在化工领域的应用主要体现在生产润滑油、塑料、化妆品等方面。
研究发现，生物油可以用来生产生物基润滑油，具有可再生性和低污染性，同时可以降低石油对环境的影响。
生物油还可以被用来替代石油在合成塑料的生产中。
由于生物油的含氧量高，故可以在合成过程中减少酸值，并且生物塑料的在环保方面具有优势。
3. 农业领域生物油在农业领域的应用主要体现在作为农业燃料和农业化肥等方面。
生物油可以应用于农业种植中，作为农业燃料可以代替柴油，减少大气污染；作为生物肥料，生物油的氮素和磷酸盐成分可以为作物提供良好的养分，对于农作物的生长有积极的作用。
生物质快速热解制取生物质油
对于给定的某地区的生物质来说 ,其主要成分 和次要成分的含量基本固定 ,但水分含量的变化较 大 (这主要受所在环境的影响) [4] 。因此在试验中可 以只测定生物质的含水量 ,在 108 ℃的温度下干燥 4h ,根据重量差计算其水分含量 。本文以黑龙江地 区的白桦木屑 (使用植物粉碎机将白桦木屑粉碎成 颗粒质量均在 10mg 以下) 为例 , 其含水量测定为 1105 %。尽管生物质快速热解制取生物质油的影响 因素众多 ,本文着重研究温度和流化气流速对热解 产物 ———固 、气 、液的影响规律 。热解产物产量的确 定是试验研究中的一个重点部分 ,固体产量由过滤 器前后 (过滤器中截留的生物质油在马弗炉中加热 去除) 重量差值确定 ;不凝气体用集气袋收集 ,用排 水方法测量重量 ;由于生物质油的收集不完全 ,因此 油的产率采用差减法[4] :生物质油产率 = 1 - 气体产 物的产率 - 固体产物的产率 。
min ,气氛为氮气 ,流量设定为 40mLΠmin 。热失重曲
线见图 5 。
图 4 生物质裂解油的总离子流图 Fig14 Total ion current diagram of biomass pyrolysis oil
5 生物质油的热重分析
生物质直接热解得到的生物质油油品较差 、粘 度高 、挥发性低 、含氧量高 、热值低 、具有腐蚀性 ,并 且稳定性差 、接触到空气很容易变硬[6] 。如果要使 生物质油成为高品质的燃料油就必须通过精制来降 低氧含量 ,提高稳定性和挥发性 。用热分析手段研 究生物质油的热稳定性和分解反应过程 ,可以为生 物质油的精制提供可靠的数据 。这里采用综合热分 析仪来研究生物质油的热失重曲线 。
1) 自行研制的定量给料浅床层鼓泡流化床反应 器能够比较准确地研究产物 (固 、液 、气) 组成比例的 分析 ;
生物质快速热解与生物油精制研究进展
生 物 质 快 速 热 解 与 生 物 油 精 制 研 究 进 展
王 予 ，马文超 ，朱 哲 ，陈冠益
（ ． 津大学 环境 科学与工程学 院 内燃机燃 烧学 国家重点 实验 室，天津 ３０ ７ ； １天 ０ ０ ２
２ 中国科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 ，广 东 广 州 ５０ ４ ） ． １６０ 摘 要 ： 文 综 述 了生 物 质 快 速 热 解 与 生物 油精 制 工 艺 。 阐 述 了快 速 热 解 的 机 理 、 艺 以 及 影 响 因素 ； 绍 了生 物 油 的 本 工 介
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｂ ｏ ｓ ａ ｔ ｙ ｏｙ ｉ ｎ ｐ ｇａ ｉｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｉ－ ｉ ｗ ｒ ｅ ｉｗ ｄ ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｃｉ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｓｒ ｃ ： ｈ ｉｍａ ｓｆ ｓ ｐ ｒ ｌｓｓａ ｄ ｕ —ｒ ｄ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｆ ｒ ｏ ｏｌ ｅ ｅ ｒ ｖｅ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｅｒ ａ ｔ ｃ ａ ｉｍ， ｙ ｂ ｏ ｏ ｅ ａｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓ ｎ ｎ ｕ ｎ ｉｇ ｆ ｃｏ ｓｗｅ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｐ ｒ ｔ ａ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｉ ｆ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｒ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ａ ｅ１ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔ ｓ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓｏ ｉ — ｉ ｗ ｒ ｕ ｏ ｐ ｌ ｓｗ ｌ ．Ｔ ｅｃ ａａ ｔ ｒ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆｂ ｏ ｏｌ ｅ ｅ ｓ ｍｍｅ ｓｃ ｄ ｕ ．Ｔ ｒ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｉｃ ｕ ｉ ｇ ｈ ｄ ｏ ｅ ａ ｉｎ，ｃ ｔｌ ｔ ｙ ｏｙ ｉ ａ ｄ ｅ ｌｉ ｃ ｔ ｎ， ａ ｄ ｔ ｅｒ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ，ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｐ ｈ ｅ ｒ ｃ ｓｅ ， ｎ ｌ ｄ ｎ ｙ ｒ ｇ ｎ ｔ ｏ ａａ ｙｉ ｐ ｒ ｌｓｓ ｎ ｍｕ ｓｆ ａｉ ｃ ｉ ｏ ｎ ｈ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｗ ｒ ｌ ｓｒｔ ｄ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｅ ｅ ｉ ｕ ｔａｅ ．Ｆ ｎ ｌ ｌ ｉ ａｌ ｈ ｅ ｏ ｃｕ ｉ ｇ ｒｍａ ｋ ｏ ｈ ｏ ｎ ｔ ｒ ｒ ｎ ｉａ ｅ ｎ ｅ ｏ ｙ，ｔ ｒｅ ｃ ｎ ｌｄ ｎ ｅ ｒ ｓｆ ｒｔ ｅ ｃ ｍｉ ｇ ｆ ｕ ｅ ｗｅ ｅ ｉ ｄｃ ｔｄ ａ ｄ ｒ ｃ ｍｍｅ ｄ ｄ ｕ ｎ ｅ． Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｏ ｓ ；ａ ｔｐ ｒ ｌ ｓ ； ｉ— ｉ； ｐ ｒ ｄ ｎ ｂ ｏ ｅ ｅ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｍａ ｓ ｆｓ ｙ ｏｙ ｉ ｂ ｏ ｏ ｌ ｕ ｇ ａ ｉｇ； ｉ － ｎ ｒｙ ｓ
《生物质热解技术》课件
生物质热解技术的优势
01
质热解技术利用可再生的 生物质资源，如农业废弃物、 木材废弃物等，符合可持续发 展的要求。
高效转化
生物质热解技术能够将生物质 高效转化为高品位燃料和化学 品，提高了能源利用效率。
减少污染
与传统的燃烧方式相比，生物 质热解技术能够减少废气、废 水和固体废物的排放，降低环 境污染。
加强政策支持
政府应加强政策支持，鼓励生 物质热解技术的研发和应用。
04
生物质热解技术的实际应用案例
生物质热解技术在能源生产中的应用
生物质热解技术可以用于生产生物油，替代化石燃料，如柴油、 汽油等。生物油的热值较高，可以用于燃烧发电或直接用于工业 燃烧设备。
生物质热解技术还可以用于生产生物燃气，如沼气等。生物燃气 的主要成分是甲烷，可以用于家庭和工业燃气。
生物质热解技术可以用于处理农业废弃物、城市垃圾等废物 ，将其转化为有用的能源和化学品。这不仅可以减少废物的 环境污染，还可以实现废物资源化利用。
生物质热解技术还可以用于处理工业废弃物，如废油、废溶 剂等。通过生物质热解技术可以将这些废弃物转化为有用的 能源和化学品，实现废弃物的资源化利用。
05
结论
生物质热解技术在化学品生产中的应用
01
生物质热解技术可以用于生产各 种化学品，如酚类、芳香烃类、 醇类等。这些化学品在化工、医 药、农药等领域有广泛的应用。
02
生物质热解技术还可以用于生产 高分子材料，如聚合物、树脂等 。这些高分子材料可以用于制造 塑料、纤维等产品。
生物质热解技术在废物处理中的应用
未来生物质热解技术的国际合作与交流将 进一步加强，促进技术传播和经验分享， 推动全球范围内的技术进步和应用推广。
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第19卷第1期林业劳动安全Vol119,No11 2006年2月F OREST RY LABOUR SAFETY Feb,2006文章编号:1006-5091(2006)01-0029-05研究与技术生物质闪速热解技术及生物油的应用刘世锋,王述洋,白雪双(东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040)摘要:目前可利用的石油资源在日益耗竭,许多国家纷纷开始寻找石油的替代品,其中生物质热解液化制油技术已被认为是最具有发展潜力的技术之一。
本文介绍了国内外的主要热解反应器研制情况,并阐述了生物油的应用。
关键词:生物质;闪速热解;生物油中图分类号:TK6文献标识码:AThe Technology of Biomass Flash Pyrolysisand the Application of Bio2oilLIU Shi2feng,WANG Shu2yang,BAI Xue2shuang(Northeast Forestry University,H arbin150040,China)Abstr act:At present,because of the increasing exhaustion of available petroleum resources,many coun2 tries have begun to seek petroleum substitutes.Flash pyrolysis of biomass into liquid has been consid2 ered one of the most potential technologies.In addition,the research&development of pyrolysis-re2 actors at home and abroad and the application of bio2oil are introduced in the article.Key words:biomass;flash pyrolysis;bio2oil1引言能源在当今世界中具有重大的战略意义,它不仅是人类赖以生存和发展的基础,也是制约国民经济发展的重要因素,而地球上可利用的石油资源在日益耗竭。
因此,许多国家纷纷开始寻找石油的替代品。
生物质能作为可转化为液体燃料的可再生资源,且其储量巨大,它仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源总量的第四位。
所以,生物质热解液化制取燃油将成为本世纪最有发展潜力的技术之一。
2生物质闪速热解液化原理生物质热解是指生物质在完全缺氧或有限氧供应条件下的热降解,最终生成炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体(不可冷凝)的过程,三种产物的比例取决于热解工艺的类型和反应条件。
当温度一般控制在500~650e之间时,称为中温闪速热解,其产物以可冷凝气体为主,冷凝后变成生物油。
图1是生物质闪速热解的过程示意图,热量传递到生物质颗粒表面,并由表面传递到颗粒的内部,生物质颗粒被加热后迅速分解为炭和热解蒸气(一次裂解),其中,热解蒸气由可冷凝气体和不可冷凝气体收稿日期:2006-01-19第一作者简介:刘世锋(1980)),男,汉族,辽宁省庄河市人,东北林业大学在读硕士研究生。
组成;随着热解过程的继续,在多孔生物质颗粒内部的热解蒸气将进一步热解(二次裂解),使一部分可冷凝气体转变成不可冷凝气体,可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油。
图1 生物质热解过程示意图要使生物质充分热解液化,必须满足以下三个条件:(1)保证热解温度控制在500e ~650e ,使生物质热解后产生的热解蒸气尽可能多的为可冷凝气体。
(2)生物质颗粒必须粉碎到一定的粒度,以确保生物质颗粒的温度迅速提高,使其达到热解状态。
(3)将热解产生的气体需尽快导出,进行冷凝,以防止可冷凝气体发生二次热解而变成不可冷凝气体。
3 国内外生物质闪速热解反应器研发概况国外在生物质热解方面作了大量工作,特别是欧、美等发达国家,在进行全面理论研究的基础上,已建立了相应的实验装置。
由于实验装置具有热解工艺过程简单、投资低、液体产物收率高、产品可以储存等原因,北美和欧洲一些国家纷纷加快了研究进度,并研制出了多种快速热解反应器,有的已经达到商业化阶段。
与欧美一些国家相比,亚洲及我国对生物质快速热解的研究起步较晚,但是发展速度很快。
近几年,国内一些高等院校和科研院所在生物质热解等方面做了大量应用研究,取得了一定的成果。
国内外所使用的热解反应器大致相同,以下对其中的五种主要反应器作简单介绍:3.1 旋转锥反应器荷兰Twente(乔特)大学及BTG 集团于1989年开始研制闪速旋转锥,它是Van Swaaij 和W Prins 等人提出来的,到1995年取得初步成功。
我国沈阳农业大学在20世纪90年代中期引进了荷兰研制的第一代闪速旋转锥反应器;近年来设计了三锥组合式热解反应器,初步实验已取得成功,该研究得到了国家/863项目0和/948项目0的支持,目前正在此基础上开展深层的技术研究和推广,图2是东北林业大学生物质能工程中心设计的第三代转锥式生物质热解制油设备。
图2 第三代转锥式生物质裂解制油设备Twente 旋转锥反应器工作原理见图3,生物质颗粒与过量的惰性载热体一道喂入反应器转锥的底部,当生物质颗粒和热载体构成的混合物沿着炽热的锥壁螺旋向上传送时,生物质与热载体充分混合并快速热解,热解后产生的热解蒸气经冷凝后得到生物油。
其特点是升温速率高,固相滞留期短,整个反应过程不需要载气体,从而减少了装置体积和成本,但整套装置运行与维护较复杂。
30林 业 劳 动 安 全 第19卷第1期图3Twente旋转锥反应器工艺流程3.2流化床反应器加拿大Waterloo(滑铁卢)大学在20世纪80年代开始开发流化床热解液化技术,目前,加拿大达茂公司的设备最大日处理能力200t,美国一些工厂使用它们生产食物调味料和相关的产品,生产量达到1~2t/h。
我国浙江大学近年来也开展了小型流化床闪速热解制油试验装置的研究,此外,中科院广州能源所、华东理工大学等科研单位也对流化床技术进行了研究探讨。
Waterloo流化床反应器的工作原理见图4,风干的生物质锤磨后筛分出小于595L m的颗粒,生物质颗粒被循环的产物气体吹扫并被输送进反应器,利用反应器底部的常规沸腾床内物料燃烧获得的热量加热沙子,加热的沙子随着高温燃烧的气体向上进入反应器与生物质混合,生物质获得热量后发生热解反应,热解蒸气被导到两个冷凝器中进行冷凝,得到生物油。
其特点是设备小巧,气相停留时间很短,可以防止热解蒸气的二次裂解,但要求原料颗粒尺寸较小。
3.3烧蚀反应器美国太阳能研究所1984年开发了漩涡烧蚀反应器,后来英国阿斯顿大学又做了进一步的研究,加工能力为3kg/h。
其工作原理见图5,利用筒状加热器把圆筒形壁面加热到7000e左右,生物质颗粒高速进入后在圆壁面上沿螺旋线滑行,颗粒与壁面间的滑动接触产生了极大的传热速率,生物质获得热量后发生热解反应,热解气经冷凝后得到生物油。
其特点是相对于其他的系统,它可以用粒径为2~ 6.35mm的大颗粒生物质作为原料,但生产的油中氧的含量比较高,而且工艺实现起来比较困难。
图4Waterloo大学流化床反应器工艺流程图5漩涡烧蚀反应器工艺流程3.4真空移动床反应器Christian Roy博士和他的研究小组1981年在de Sherbrooke大学进行真空移动床的工艺研究,后来在加拿大的Laval大学进行了深入研究,1996年被Pyrovac国际公司投入商业化运行,2000年在加拿大的Jonquiere建立规模为3.5t/h的示范工厂。
它的工作原理见图6,物料干燥和破碎后进入反应器,物料送到两个水平的金属板,金属板被混合的熔盐加热且温度控制在530e左右,熔盐是通过一个靠在热解反应中产生的不可凝气体燃烧提供热源的炉子来加热,生物质在反应器中被加热热解,所产生的蒸气直接输入到两个冷凝系统,得到生物油。
其特点是热解蒸气停留时间很短,大大减少了二次裂解,但反应器的真空度需要性能良好的真空泵以及很好的密封性来保证,这就加大了制造成本和运行难度。
312006年2月生物质闪速热解技术及生物油的应用图6 真空移动床反应器工艺流程3.5 引流床反应器美国Georgia(佐治亚)工学院1980年开发了引流床反应器,但直到1989年左右,这个反应器才成功运行,但从没有扩大生产规模。
其工作原理见图7,将丙烷和空气按照化学计量比引入反应管下部的燃烧区,高温燃烧气进入反应器,将生物质快速加热分解,当进料量为15kg/h 、反应温度745e 时,可得到58%的液体产物。
反应过程中需要大量高温燃烧气,并产生大量低热值的不凝气,这一缺点限制了其使用。
图7 引流床反应器工艺流程结合这五种反应器的特点,给出了它们的特性评价,见表1。
4 生物油的特性与应用我们以秸秆原料生产的生物油为例,对其进行工业分析和元素分析,从工业分析结果可以看出,不同工况下产生的生物油都具有约85%的高挥发分含量,生物油灰分、挥发分和固定碳含量相对稳定。
生物油中的氧含量较高,约35%~40%,这给生物油直接作为高品位能源的应用带来了一些问题,如热稳定性差等,必须经过进一步的改性将氧去除。
从分析结果看,温度对生物油热值没有显著影响,秸秆产生的生物油具有较高的干基热值和较高的碳含量,但氢含量较低。
生物油中含有很大比例的水,这些水来自于原料本身具有的水分和热解反应过程生成的反应水,水分含量随温度增加有轻微增加的趋势,生物油中的水分对生物油性质的影响较大,如降低生物油的热值,改变了pH 值等。
表1 五种闪速热解反应器的特性评价反应器类型喂入颗粒尺寸设备复杂程度惰性气体需要量设备尺寸扩大规模流化床小中等高中易烧蚀反应器大复杂低小难引流床小复杂高大难旋转锥小复杂低小难真空移动床大复杂低大难通过GC-MS 分析,不同的生物油的成分有所不同,但在主要的组成成分相对含量上大都表现出相同趋势。
如乙酸乙酯、乙酸、二乙氧基甲烷、1-羟基-2丙酮、2-呋喃甲醛等在每种生物油中都占有很大的比例;在所鉴别出的化合物中种类最多的是带有酮、醛取代基的苯酚类,几乎所有含氧官能团的存在反映出生物油具有高的含氧量。
生物质液化燃油可在一定程度上替代石油。
生物原油可直接用作各种工业燃油锅炉、透平的燃料,也可通过对现有内燃机供油系统进行简单改装,直接作为各种内燃机、引擎的燃料,并且不含硫,不会造成酸雨,其它排放物均在可接受的范围内。
另外,由于生物燃油中含有许多常规化工合成路线难以得到的有价值成分,它还是用途广泛的化工原料和精细日化原料,如可用生物原油为原料生产高质量的粘合剂和化妆品;也可用它来生产柴油、汽油的降排放添加剂。