生物质热解液化及其应用(之二)
生物质能工程 6生物质液化燃料技术
5
1.2 生物质热裂解的工艺类型及主要运行参数
热裂解工艺类型
慢速热裂解 300～600℃
快速热裂解 400～650℃
闪速热裂解 800～1000℃
反应性 热裂解
• 钾离子能促进CO，CO2的生成，但几乎不影响水的生
成。
氯化钠能促进纤维素反应生成水、CO和CO2。
• 氢氧化钠可提高油产量，抑制焦炭的产生，特别是
增加了可抽提物质的含量，其中以极性化合物为主；
• 加氢裂解能增加生物油产量，并使油的分子量变小；
• 活性氧化铝、天然硅酸盐催化剂的作用下，油产量
均能提闪速 极速 加氢 甲烷
物料尺寸 /mm
5～50 5～50
＜1
＜1
粉状 粉状 粉状 ＜1 ＜1
滞留期
升温速率 ℃/s
最高温度 /℃
主要产物
nh～nd 5～30min
2～30s
非常低 低（0.5～1） 中（10～100）
400
炭
600 气、油、炭
400
油
0.5～5s 较高（100～200） 650
油
＜1s ＜1s ＜0.5s ＜10s 0.5～10s
高（＞1000） 高（＞1000） 非常高（＞1000）
高 高
＜650 ＞650 1000
500 1050
油 气 气 油 化学品
6
热裂解技术与气化技术的差异
项目
气化
热裂解
气化剂 需要
一般不加，尤其是不加氧
目标产物 可燃性气体
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。
生物质液化的基本原理
生物质液化的基本原理
生物质液化是一种将生物质分解成液体燃料的技术。
其基本原理是通过热解、气化、液化等化学反应将生物质中的复杂有机物质（如纤维素、半纤维素和木质素）分解成较为简单的液态烃类或气态烃类物质。
这些液态烃类或气态烃类物质可以作为生物柴油、乙醇、丁醇等液体燃料。
生物质液化的具体过程包括：生物质热解、气化、催化、升华和脱水等步骤。
其中，生物质热解是指将生物质在高温下进行热分解，产生液体和气体。
气化是指将生物质在加压和高温条件下进行气化反应，产生合成气。
催化是利用催化剂促进生物质分解反应的进行。
升华是指通过加热使生物质中的水分汽化，脱离生物质。
脱水是指去除生物质中的水分。
通过生物质液化技术，可以将生物质制成高能量密度、易于储存、易于运输的液态燃料，可广泛应用于能源、化工、交通等领域。
同时，生物质液化也是一种有效的生物质能利用方式，可以提高能源利用效率，减少对化石能源的依赖，具有重要的经济和环保意义。
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 热解
生物质热解
生物质热解是一种热化学转化技术方法，它指的是在没有氧化剂存在或只提供有限氧的条件下，将生物质加热到超过500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（如木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（如固态炭、可燃气、生物油）。
生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。
同时，还能从生物油中提取高附加值的化学品。
生物质热解气化技术以其规模适度、启动灵活、原料收集半径小等优点，可与大型直燃发电优势互补，建设形成10 MW以下规模的生物质气化发电项目，完成生物质发电的规模与空间布局。
总的来说，生物质热解是一种有效的生物质能源利用技术，它不仅可以提高能源的利用效率，还可以帮助减少环境污染。
生物质热解气化技术应用领域
生物质热解气化技术应用领域生物质热解气化技术是一种将生物质原料转化为可再生能源的技术。
它通过加热生物质，在无氧或低氧条件下使其分解产生可燃气体，如合成气和油烟等。
这项技术具有广泛的应用领域，下面将从能源领域、环境保护和农业利用等方面进行介绍。
在能源领域，生物质热解气化技术可以用于生产可再生能源，如生物质气体和生物燃料。
生物质气体可以作为替代天然气的能源供应，广泛应用于发电、供暖和工业生产等领域。
生物燃料可以用作替代传统石油燃料的能源，用于汽车和船舶等交通工具，减少对化石能源的依赖，降低碳排放。
在环境保护方面，生物质热解气化技术可以有效处理生物质废弃物，如农作物秸秆、木屑和食品残渣等。
这些废弃物通常会被焚烧或填埋，造成环境污染和资源浪费。
通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有用的能源，减少对自然资源的开采，同时还能减少二氧化碳等有害气体的排放，有利于环境保护。
在农业利用方面，生物质热解气化技术可以将农作物秸秆等农业废弃物转化为有机肥料。
传统的农作物秸秆通常会被焚烧或直接丢弃，造成了资源的浪费。
而通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有机肥料，用于土壤改良和农作物生长，提高农田的产量和质量。
生物质热解气化技术还可以应用于木材加工、生物医药和生物化工等领域。
在木材加工方面，生物质热解气化技术可以将木材废弃物转化为有用的能源和化工原料。
在生物医药和生物化工领域，生物质热解气化技术可以利用生物质原料提取药物和生物活性物质，开发新型的生物医药和化工产品。
生物质热解气化技术具有广泛的应用领域。
它可以为能源领域提供可持续发展的能源供应，同时也可以解决环境污染和资源浪费等问题。
随着技术的进一步发展和创新，相信生物质热解气化技术将在更多领域发挥重要作用。
生物质的液化技术和应用
生物质的液化技术和应用随着环保理念在人们的日常生活中得到越来越广泛的关注，生物质作为一种可再生能源越来越受到重视。
而生物质的液化技术是其中较为重要的一项科技，它可以将固体的生物质转化为液态的能源，为实现能源的可持续利用提供了广阔的空间。
一、生物质液化技术的基本原理生物质液化是利用热力学的方法将生物质高温快速分解，获得液态气体和液体化合物。
生物质液化的基本原理是：在高温的条件下，生物质分子内部的化学键开始断裂，并在高温下快速分解成多种气体和液态化合物，比如甲醇、醚、酮、烯烃等。
这些液态产品可以作为一种清洁的燃料，应用于热力发电、燃料电池等领域，能够有效地减少有害气体排放，使生物质资源得到更加充分的利用。
二、生物质液化技术的应用领域生物质液化技术的应用领域非常广泛，其中，液态燃料的应用是其中的重要方向，可以替代传统的石油燃料。
生物质液化可以生产多种化学品，比如生物质甲醇、它可以被用于制药、染料、涂料等行业。
此外，生物质液化还可以生产生物质炭，可应用于工业、农业、牧业中。
①生产液态燃料生物质液化技术可以转化多种生物质废弃物成为液态燃料，因此可以应用于热电厂等工业生产领域。
生物质液化技术不仅具有清洁能源的特性，而且还可以充分利用废弃物，具有可持续性等优点。
②生产生物质甲醇生物质液化可以生产甲醇，而生物质甲醇是与石油甲醇同样的特性，用途非常广泛，比如可以用于制造化肥、染料、涂料等等。
③生产生物质炭生物质液化技术可以生产生物质炭，这种炭是在高温下被热解而成的，可以用于工业、农业、牧业中，比如可以作为土壤改良剂、床上填料、除臭材料等。
三、生物质液化技术的未来前景随着能源危机的日益严重，越来越多的国家在积极研发生物质液化技术，以实现对可持续能源的依赖和生产。
因此，生物质液化技术的未来前景是十分广阔的。
目前，生物质液化技术在国外已经得到了广泛的应用，特别是在欧洲和日本等发达国家，相应的产业链、配套设备和管理系统已经比较完善。
热解液化反应
生物质热解液化生物质热解液化定义生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况下受热后讲解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程，影响生物质热解液化最重要的四个参数是：10^4-10^5度/秒的加热速率，500度左右的反应温度不超过2s的气相滞留时间和生物油的快速冷凝与收集。
气体产量随着温度和气相滞留时间的延长而增加，反之较低的温度和较低的加热速率又会导致物料更易炭化，使固体生物质炭的产量增加，三种热解产物的产率很大程度上由热解过程的工艺参数所决定，液体产物生物油的价值非常大，它通过精制可以成为柴油、汽油的替代物，也可以通过高压催化加氢或者利用沸石做催化剂处理成为高辛烷提升剂。
在最佳反应条件下，秸秆热解生物油的产率一般不低于50％，木屑热解生物油的产率一般不低于60％，生物油的热值均为16～17 MJ／kg，约为柴油热值的2/5。
生物质的热解已经有很长的历史，如古埃及人将热解得到的液体用作防腐剂，古希腊人和古罗马人将这种液体用于填充和连接木船上的细缝和接口，在石化工业发展以前，木材热解是得到化学物质如丙酮、乙酸和甲醇的主要渠道，随着20世纪70年代石油危机和新能源技术的发展，对生物质这一可再生能源的研究又重新得到了关注。
生物质能是唯一可再生的碳源，是一种清洁能源，是唯一可提供液体有机物（可作为燃料，精炼提质制成化工品等）的可再生能源，是其他新能源或可再生能源所不具有的优势[7-8]，另外，生物质与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，与基于化石能源的现代工业和现代化生活具有最大的兼容性[9]。
生物质快速热解液化是生物质原料在无氧或缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，使生物质中的有机高聚物分子迅速断裂为短链分子，产生小分子不可凝气体，可凝性挥发份及少量焦炭产物，可凝性挥发份被快速冷却为高品质液体产物的技术。
生物质转化为液体产物后，能量密度提高5倍以上[7]，而且过程中对生物质原料的适用性广泛，主要为农林生物质废弃物，例如秸秆、木屑、果壳等，避免了粮食和土地占用引起的问题，另外与采用生化方法液化生物质相比，热解液化生产过程在常压、中温下进行，具有工艺流程简单，反应速度快等优点，热解液体产物能量密度高，更易储存和运输，除可以直接燃烧提供动力能量外，还可通过进一步分离和精制制成燃料油和化工原料。
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3．第三阶段――气流输送
气流流速继续增加，当气流速度大于固体
颗粒的沉降速度，这时，床层高度大于容器高
度，固体颗粒被气流带走，空隙度增加，床层
压力减少。这种当流速增大到某一数值，使流
速对物料的阻力和物料的实际重量相平衡的流
速，称为“悬浮速度”、“最大流化速度”、“带出
速度”，当气流速度稍高于“带出速度”，被干燥
湿物料进入床层，先落在设备底部设有金属制的 多孔板（又分布板）上，在热气流未足以使其运动时， 物料颗粒层虽与气流接触，但固体颗粒不发生相对位 置的变动，称之固定床。
流体空塔速度v0
容积流量 v0 空床横截面积
生物质热解液化及其应用（之二）
2.第二阶段－－流化床阶段
当通入的气流速度进一步增大，增大到足以 把物料颗粒吹起，使颗粒悬浮在气流中自由运动， 物料颗粒间相互碰撞、混合，床层高度上升，整 个床层呈现出类似液体般的流态，这时，再增加 流速，压力降亦保持不变。
生物质热解液化 及其应用
（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
第四节 生物质热解液化典型技术
一、液化技术分类与比较
生物质热解液化机组一般应包括原 料破碎和烘干用的预处理设备、生物质 进料装置、液化反应器、气固分离装置、 快速冷却装置和气体输送设备等，其中 液化反应器是核心部件，它的运行方式 决定了液化技术的种类。
生物质热解液化及其应用（之二）
热解液化
流化床
有气体载体
循环流化床
喷动流化床
无气体载体
旋转锥式 真空移动床式
生物质热解液化及其应用（之二）
烧蚀式
根据生物质颗粒与热载体(如石英砂)运动方式 的不同，可以将热解液化反应器分为两大类：
流化床式反应器 非流化床式的反应器
生物质热解液ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及其应用（之二）
流化床式反应器
生物质热解液化及其应用（之二）
流化介质进入床内时的温度不能过高，一般应控 制在600℃以内，否则部分生物质物料将会受到过 热热解，不利于提高生物油的产率。但生物质热 解过程又是一个不断吸热的过程，因此，仅靠电 加热器预热后的流化介质的热焓难以连续为进入 床内的生物质提供热解所需要的全部热源，同时 也为了避免床身壁面温度梯度过大而导致可冷凝 气体在反应床内壁凝结，所以，在流化床反应器 的床身、联结管道和旋风分离器的外壁均需敷设 一定功率的电加热元件。
G:颗粒的平均重量； A:床层横截面的 面积。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床阶段的特征
1、流化床层有一个不太稳定的上界面，界面以 每秒钟数次的频率上下波动。
2、床层中出现一部分气体以鼓泡的形式高速流 过床层，另一部分则以渗流的形式流过颗粒较 为密集的乳化相。
3、床层中固体颗粒相互之间作剧烈的相对运动， 发生强烈的混合和搅拌。
生物质热解液化及其应用（之二）
在这类反应器中生物质颗粒和热载体主要依靠气 体运动所产生的曳力进行碰撞和混合，以实现动 量和热量的交换；
优点主要是不含运动部件，结构较为简单，工作 可靠性大，运行寿命长等；
缺点是流化气体的引入提高了系统的运行能耗， 因为这部分外加气体也会经历加热和冷却的工艺 过程，此外，流化气体还稀释了热解产生的不可 冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来了 困难。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床概念
流化床是指在一个设备中，将颗粒物料 堆放在分布板上，当气流由设备下部通 入床层，随着气流速度加大到某种程度， 固体颗粒在床内会产生沸腾状态，这种 床层称为流化床。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化过程及原理
生物质热解液化及其应用（之二）
1．第一阶段――固定床
生物质热解液化及其应用（之二）
反应产物流经旋风分离器首先分离掉炭， 剩下的气体产物被送入冷凝器进行强制冷 凝，其中可冷凝的气体则被冷凝为生物油 而储集在冷凝器的下部，至一定程度后用 专门的容器进行收集和储藏，而不可冷凝 的气体则通过过滤器过滤后，一部分送入 循环气体压缩机中用作流化床反应器的流 化介质，另一部分或用作生物质原料烘干 用的气体燃料，或作他用。
4、整个床层具有象流体一样的特性：
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床类似液体的特性
（1） 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面。 （2） 床层倾斜，床层表面仍能保持水平； （3） 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示 （△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度） （4） 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出； （5） 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡。
缺点是反应器含有运动构件(如旋转锥等)，而运 动构件一般又都需要在高温和高粉尘环境下作悬 臂旋转，故而对材料和轴承的耐热性、耐磨性、 密封性等要求相当高。
生物质热解液化及其应用（之二）
二、热解液化典型技术介绍
1.流化床式
如图所示为采用 外部电加热提供 热解热源的一种 流化床式生物质 热解液化装置的 工艺流程。
物料则被气流带走，这一阶段称之为气流输送
阶段。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
非流化床式的反应器 ：
在这类反应器中生物质颗粒和加热载体主要依靠 自身的位移运动进行碰撞和混合，以实现动量和 热量的交换；
优点是极少或不需要外加气体，因而降低了系统 的运行能耗，避免了可燃气体的稀释；
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床动力学设计的关键是要将反应器中热解生 成的炭吹走，而热载体沙子则要保留在反应床内， 以减少反应床内的热量损失．这就需要仔细选择 和匹配固体颗粒(沙子和生物质)的粒径、流化速 度和床层结构参数。流化床内的反应温度由热电 偶进行多点测量，并控制在最佳反应温度之内(如 450 ～ 550℃)，反应压力为微正压(如1.0～5.0 kPa)。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质经风干、磨碎、筛分预处理后成为 粒径小于一定值（如1mm）的颗粒物料， 然后通过可调速的螺旋进料器送入液化反 应器，物料喂入点一般要伸入反应床的内 部。流化床反应器的床料兼热载体是沙子， 流化介质为热解生成的气体 (启闭阶段需要 用氮气代替)，它由空气压缩机泵入可控的 电加热器，经过预热后再均匀分布地吹入 床内。