生物质快速热裂解工艺及其影响因素
生物质快速热裂解工艺及其影响因素_潘丽娜
现代农业中的重大问题。
（二）依靠科技进步，加快生态农业的发展进程。
突出科学技术作为第一生产力的重大作用，完善与市场体制相适应的农技推广体系。
积极培养农业各级人才，特别要加快培养发展绿色产业急需的科技创新人才和高层次管理人才。
大力推广资源综合利用、生物防治病虫害、节水灌溉等先进适用技术。
（三）多元筹集资金，完善投入保障机制。
尽快制定有利于筹集农业发展资金的各项政策，鼓励国内外不同经济成份和各类投资主体，以独资、合资、承包、租赁、拍卖、股份制、ＢＯＴ等不同形式参与发展我市的健康农业。
全市已有的农业开发基金、农田基本建设基金、扶贫资金、水利建设资金、基本建设投资等都向生态农业倾斜，优先用于绿色名牌产品扩大生产规模及系列开发。
（四）拓宽开放领域，扩大国际合作与交流。
进一步增强对外开放意识，充分利用我国经济与国际全面接轨的有利时机，围绕生态经济和生态农业的发展在资金、技术、人才等方面全方位开展国际交流与合作。
积极争取国外各类投资，完善配套的优惠政策，为扩大国际交流与合作提供良好的软环境，促进生态农业的发展。
（五）加强环保意识，提高全民生态文化素质。
围绕生态市建设，开展丰富多采、形式多样的宣传教育活动，着力培养人们热爱和保护知识教育。
在全市展开环保教育，组织运用广播、电视、报刊等各种新闻媒体，广泛宣传绿色产业、绿色消费生态城市等有关科普知识。
（六）发挥专家作用，建立科学决策机制。
充分发挥农业专家作用，组建农业专家咨询小组，开展多种形式的咨询活动，为各级政府制定政策进行咨询服务，为政府综合决策提供科学依据。
科技成果显著。
农业科技贡献率达到４８％，普及率达到９６％。
［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。
生物质热解分解过程的研究及其机理探讨
生物质热解分解过程的研究及其机理探讨生物质热解是一种将生物质转化为有用化学品和能源的重要方法。
在热解过程中，生物质被加热至高温，产生大量气体和液体产物。
这些产物可以被用作工业原料、燃料和肥料等，因此生物质热解具有重要的经济和环境价值。
热解过程的基本原理是将生物质的聚合物分子加热至高温时断裂成小分子产物，同时释放出大量的热能。
这个过程可以分为三个阶段：干燥、脱挥和热分解。
干燥阶段是热解过程的第一步，也是最为简单的步骤。
在干燥阶段，水分从生物质中被蒸发出来，使生物质变得更加脆性。
在这个过程中，生物质的温度升高但还没有达到热分解的温度。
在脱挥阶段，生物质优先在低温下失去挥发性成分，如酸、醇等小分子。
随着温度的升高，更高分子量和更不稳定的化合物也会分解。
在这个阶段结束时，生物质的温度升高到达热分解的温度，开始热分解过程。
热分解阶段是热解过程的关键阶段。
当生物质的温度升高到一定程度时，主要聚合物开始分解成小分子产物。
这个过程是非常复杂的，并涉及到很多不同的反应机理。
由于生物质组成非常复杂，并且不同种类的生物质有不同的结构和成分，因此它们的热分解过程也会有所不同。
据研究，生物质热分解产物主要包括气体、液体和固体三种。
固体产物是一种炭化产物，类似于木炭。
液体产物是一种复杂的混合物，包括酚类、醛类、酮类和糖类化合物等。
气体产物主要是CO、CO2、H2、CH4等。
这些产物可以被用于生产各种化工品和燃料。
生物质热解的反应机理非常复杂，但通常可以分为两种类型的反应：裂解和重组。
裂解是将聚合物分解成小分子化合物的反应，重组是将小分子化合物重新组合成更大分子化合物的反应。
裂解过程包括热解、炭化和气化。
在热解过程中，高温下聚合物首先产生裂解反应，产生大量的低分子量的挥发性物质。
炭化是一种连续的过程，其中聚合物被分解成固体炭化物，由于分解的温度高，其产物中也含有一些气体。
气化是指气体的产生和排放，它是由于生物质在高温下分解产生的气体蒸汽冷却形成的。
生物质热裂解 PPT
要点
1.生物质热裂解概念
2.生物质热裂解反应机理
3.影响生物质热裂解过程 及产物组成的因素
4.生物质热裂解工艺类型
1.生物质热裂解概念
生物质热裂解是指生物质在完全没有氧气或缺氧条件下热降 解，最终生成生物油、木炭和可燃气体的过程。三种产物的 比例取决于热裂解工艺和反应条件。
低温慢速裂解（<500℃）——木炭为主 中温快速热裂解（500~650℃）——生物油 高温闪速裂解（700~1100℃）——可燃气体
200~280℃
纤维素 （吸热）
“脱水纤维素”+水
280~340℃
（放热）
经一些有序的 竞争反应
炭+水+CO+CO2等
气
Kilzer提出的纤维素热分解途径
从物质、能量的传递分析
气体
热量
生物质
颗粒边界层 生物油
生物油
炭
气体
生物质 一次裂解
一次气体 二次裂解
一次生物油
生物质炭
一次生物油 二次气体
生物质热裂解过程示意
升温速率
Kilzer 和 Broido （1965）在研究纤维素热裂解机理时指出，低 升温速率有利于炭的形成，而不利于焦油的产生。
4.生物质热裂解工艺类型
根据工艺操作条件，生物质热裂解工艺分为慢速、快速和反应性热裂 解三种类型。在慢速热裂解工艺中又可分为炭化和常规裂解。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
固体和气相滞留期
Wagannar研究表明，在给定颗粒粒径和反应温度条件下，为 使生物质彻底转换，需要很小的固相滞留期。
生物质物料特性的影响
生物质种类、粒径、形状及粒径分布等特性对生物质热裂解行 为及产物分布有着重要影响。
第四章生物质热裂解技术
＜1s ＜0.5s 2-30s
＜10s 0.5~10s
高 非常高
中
高 高
＞650 1000 400
500 1050
气 气 油
油 化学品
根据热裂解条件和产物的不同，生物质热裂解工艺主 要分为： 炭化、干馏、热裂解气化、热裂解液化等
?炭化
生物质放置在炭化设备中，通入少量空气进行热分解制取木炭的方法。
?热裂解液化
以制取液态生物油为主要目的的方法。
生物质热裂解技术的优点：
?生物质热裂解产物为燃气、焦油或半焦油，可以根据不同的 需要加以利用。 ?热裂解可以简化污染控制，生物质在无氧的或缺氧的条件下 热裂解时，NOx、SOx、HCl等污染物排放少，而且热裂解烟气 中灰分量小。 ?生物质中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中， 可以从中回收金属，进一步减少环境污染。 ?热裂解可以处理不适于焚烧的生物质，如有毒有害医疗垃圾。
（4）液体生物油的收集
液体的收集一直以来都是整个热解过程中运行最困难的部分， 目前几乎所有的收集装置都不能很有效的收集。
这是因为裂解气产物中挥发分在冷却过程中与非冷凝性气体 形成了烟雾状的气溶胶形态，是一种由蒸汽、微米级的小颗 粒、带有极性分子的水蒸气分子组成的混合物，这种结构给 液体的收集带来困难。
?煅烧阶段（ 450~500 oC）
木炭中的挥发质减少，固定碳含量增加
6.2 生物质热裂解的工艺类型
生物质热裂解制炭工艺
生物质热裂解液化工艺
制油
生物质热裂解制炭工艺
在有限制地供给少量氧气条件下，使木材在炭化装置中进行 热分解，制取木炭。
常用的炭化装置：炭窑64、移动式炭化炉65、果壳炭化炉66、 立式多槽炭化炉67、回转炉、流态化炉、多层炭化炉。
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。
热裂解仪的基本原理_概述说明以及解释
热裂解仪的基本原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述热裂解仪是一种用于研究材料的热分解过程的实验设备。
它通过将样品加热至高温，并在一定条件下进行分析，以获取关于样品组分及其特性的信息。
热裂解仪广泛应用于能源、化学和材料科学领域，并且在科学研究和工业生产中发挥着重要作用。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对热裂解仪的基本原理进行概述和说明。
首先，我们将介绍热裂解仪的定义和背景，包括其发展历史和主要应用领域。
然后，我们将详细讨论热裂解过程，包括反应机理和相关参数的影响因素。
接下来，我们将介绍热裂解仪的仪器构成及其工作原理，包括样品处理装置、加热系统和检测器等部件。
在最后的章节中，我们将进行热裂解仪在能源、化学和材料科学领域中的应用领域进行探讨，并进行优缺点分析。
1.3 目的本文旨在提供读者对热裂解仪的基本原理有一个清晰的了解。
通过阅读本文，读者将能够了解热裂解仪的定义、背景和发展历史，掌握热裂解过程的基本概念和机理，并了解热裂解仪在能源、化学和材料科学领域中的应用领域。
此外，我们还将进行对热裂解仪的优缺点进行分析，为读者提供全面的视角评估该技术在实践中的价值和限制。
这样可以详细清晰地撰写文章“1. 引言”部分内容。
2. 热裂解仪的基本原理:2.1 定义和背景:热裂解仪是一种用于分析有机材料组成和结构的实验设备。
它通过将样品加热到高温，使其分解成气体和液体产物，并利用不同的技术对产物进行分析和检测。
热裂解仪主要应用于能源领域、化学领域以及材料科学领域等多个领域。
2.2 热裂解过程:热裂解过程是指将样品在高温下进行加热处理，使其发生分解反应。
一般来说，热裂解仪使用高温加热器或者电阻加热器将样品加热至所需温度。
随着温度的升高，样品中的化合物会逐渐分解为气体和液体产物。
这些产物可以通过排放管道排出，并传送至接口处与其他装置相连。
2.3 仪器构成与工作原理:热裂解仪通常由以下几个主要部件组成：样品槽、加热器、气流控制系统、检测模块以及数据记录系统。
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
生物质热解通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。
目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。
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，物尽其用，而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1.1 热解原理从化学反应的角度对其进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。
木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。
热重分析结果表明，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，其热解过程为：(C6H10O5)n→nC6H10O5C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHOCH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OHCH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，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。
从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，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。
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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—
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通常所指的是气相滞留时间,气相滞留时间它近似的等于反应器容积与气体体积流量之比。
当生物质热裂解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中,生物油就会发生进一步的裂化反应,在炽热的反应器,其气态产物的滞留时间越长,生物油的二次裂解发生的就越严重。
而固相滞留时间,目前没有一个明确意义与概念,但在一般的情况下是指生物质固体颗粒在反应器中接触与滞留的时间。
而且固相滞留时间会随着反应器的类型不同而有所不同,但是总结起来生物质颗料的固相滞留时间对热裂解及其产物的影响有以下的规律:在加热温度和升温速率一定的条件下,颗粒的滞留时间越长生物质热裂解的转化率就越高,对于某种正常运行的反应器,生物质的转化应该是近于完全的,但生物质颗粒大小和反应器的温度已给定时,要求使生物质完全转化所需的颗粒滞留期最小。
综上,滞留时间与反应产物有着直接的关系,滞留时间越短,热裂解的固态产物所占的比例就越小,总的产物量越大,裂解越完全。
见表1。
表1 加热温度、速度、滞留时间对热裂解产物及其组成的影响
原 料加热速率
(kcalΠcm2)
最高温度
(℃)
在高温
停留时间
有机物重量(%)
炭焦油气体C O C O2H2O其它挥发性气体
α-纤维素+2%炭黑1.5-30010s33194839323 11.0>6004s351461311166 3000>6000.5μs10991742850
312 生物质物料特征的影响
生物质物料特征是影响生物质快速热裂解的物理因素之一。
控制生物质热裂解过程的物理现象重要的是传质与传热,而生物质颗粒大小特征方面起着重要的作用。
生物质粒径的大小是影响热裂解速率的决定性因素,随着颗粒的粒径的增大,热裂解产物中固相炭的产量增大,Aarsen的研究结果也表明随着生物质粒径的减小,炭的产量减小。
313 压力的影响
压力的大小对生物质热裂解及其产物的影响。
目前尚没有明确的确定,但压力的大小将影响热裂解过程中的气相滞留期,从而影响二次裂解,最终将影响热裂解产物的分布。
较低的压力有利于生物油的生成,较高的压力导致了较长的气相滞留时间,使固相产物的量增加。
4 结论
(1)生物质热裂解尤其使生物质快速热裂解可以产生高达70%的液体生物油产物,经精制后燃料油比生物原料更具有更高的能量密度和便于运输的特点,而且无污染,世界各国都在积极的研究和开发此过程,并取得了可喜的成果,但仍存在有些有待解决的问题:
①缺乏描述快速热裂解过程具有普遍意义的热裂解动力模型。
②对精制产品油的分析测试还不完善。
③分离化学产品的手段有待进一步改进。
④对副产品利用途径的开发以及更广范围内的生物质原料进行热裂解的研究。
(2)生物质快速热裂解有三种工艺类型,采用不同的工艺类型对热裂解产物的分布有重要的影响可以在实际实验及生产中为获得目标产物,而选取工艺类型时提供参考性的指标。
(3)在总结各种文献的基础上,得知温度是影响热裂解过程中最主要的因素,随温度的升高固相产物的量将减少但最终趋于一定值,气相产物恰与之相反随温度的升高产量增加最终也趋于一定值,而液态产物随温度的升高产量增加并在450℃～550℃之间出现一产量的峰值,随温度继续的升高液相产物的量将减小。
升温速率也是热裂解产物分布的一个决定性因素,较高的升温速率可以最大限度抑制二次裂解反应,最大量的获得液态产物;与升温速率密切相关的时反应滞留时间的影响,会使在给定的温度和升温速率的条件下,越短滞留时间,反应的转化产物中的固相产物越少气相产物的量越大。
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应用能源技术 2004年第2期(总第86期)。