生物质成型燃料热解焦油性能及成分研究
生物质焦油处理方法研究进展
2017年第36卷第7期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·2407·化 工 进展生物质焦油处理方法研究进展李乐豪，闻光东，杨启炜，张铭，邢华斌，苏宝根，任其龙（浙江大学化学工程与生物工程学院，生物质化工教育部重点实验室，浙江 杭州 310027）摘要：生物质气化技术是目前常见的生物质能转化技术，其过程中产生的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道、造成二次污染等危害，而且会降低生物质气化效率。
文章介绍了生物质焦油的组成、危害及其处理方法，重点介绍了最近几年里催化裂解法和等离子体法处理焦油的研究进展，并比较了不同方法的优缺点。
物理法具有设备和操作流程简单的优点，但存在焦油自身能量得不到利用和二次污染等问题。
热裂解法可将焦油转化为气体，具有增加产品气能量含量的优点，但对操作温度的要求高，耗费较大。
催化裂解法的温度低于热裂解法，是目前研究最活跃的领域，但仍普遍存在催化剂稳定性差、易失活、价格高等难题。
等离子体法是近年来新兴的焦油处理方法，包括冷等离子体法和热等离子体法。
其中，热等离子体法具有高温、高焓、高电子密度的特点，为生物质焦油处理技术的发展提供了新的可能。
关键词：生物质；焦油；合成气；热解；等离子体中图分类号：S216.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）07–2407–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2292Advance in the treatment methods of biomass tarLI Lehao ，WEN Guangdong ，YANG Qiwei ，ZHANG Ming ，XING Huabin ，SU Baogen ，REN Qilong（Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education ，Department of Chemical and BiologicalEngineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，Zhejiang ，China ）Abstract ：Biomass gasification is a common technology of converting biomass into energy. The tarproduced in the process of biomass gasification not only leads to equipment corrosion ，pipeline blockage and secondary pollution ，but also reduces the efficiency of biomass gasification. The classification ，potential hazard and treatment methods of biomass tar are reviewed in this paper ，with a focus on the recent research progress of catalytic cracking and plasma treatment methods. The advantages and disadvantages of different methods were compared. Physical method has the advantages of simple devices and easy operation ，but the energy is not fully utilized and the secondary pollution exists. Thermal cracking can convert tar into gas and increase the energy of the produced gas ，however ，the process needs high temperature and cost. Having the lower temperature than thermal cracking ，the catalytic cracking is the most active field in tar treatment ，but the catalysts have the disadvantages of poor stability ，easy deactivation ，high cost etc . Plasma methods include cold plasma method and thermal plasma method ，which are newly developed treatment methods of biomass tar in recent years. Possessing the characteristics of high temperature ，high enthalpy and high electron density ，the thermal plasma method provides new opportunity for the development of biomass tar processing technology. Key words ：biomass ；tar ；syngas ；pyrolysis ；plasma第一作者：李乐豪（1991—），男，硕士研究生。
生物质焦油的特性及其去除方法的研究现状
生物质焦油的特性及其去除方法的研究现状袁惠新;王宁;付双成;单振红【摘要】Biomass tar is the bottleneck which impedes the biomass hot chemical technology development.Only through a complete and exact understanding of features and characteristics of tar,can researchers choose the appropriate removal methods.This thesis first introduces the features of biomass tar,secondly classifies the tar and finally presents the removal methods of tar at home and abroad,which provides reference for further research.%生物质焦油是阻碍生物质热化学转化技术发展的瓶颈问题。
只有全面正确的了解焦油的性质和特点,才能选择最合适的去除方法。
介绍生物质焦油的特性,并将焦油的成分分类,最后介绍了目前国内外去除焦油的方法,为进一步研究提供参考。
【期刊名称】《过滤与分离》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】4页(P45-48)【关键词】生物质能;焦油;特性;去除方法【作者】袁惠新;王宁;付双成;单振红【作者单位】常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016【正文语种】中文【中图分类】TQ028.2随着社会对能源需求的日益增长，作为主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，因此，开发和利用可持续的替代能源已成为一项全球性的重大课题，生物质能源作为相对稳定的可再生能源已日渐成为世界各国重视的焦点[1]。
生物质热解制备生物油燃烧性能实验报告
生物质热解制备生物油燃烧性能实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长和传统化石能源的日益枯竭，开发可再生能源成为了当今世界能源领域的重要研究方向。
生物质作为一种丰富的可再生资源，通过热解技术可以转化为生物油，具有替代传统燃油的潜力。
然而，生物油的燃烧性能对于其实际应用至关重要，因此有必要对其进行深入的实验研究。
二、实验目的本实验旨在研究生物质热解制备的生物油的燃烧性能，包括燃烧热值、燃烧稳定性、燃烧产物等方面，为生物油的进一步应用提供数据支持和理论依据。
三、实验材料与设备（一）实验材料1、生物质原料：选取了_____等常见的生物质材料。
2、热解设备：采用了_____型热解炉。
（二）实验设备1、量热仪：用于测量生物油的燃烧热值。
2、燃烧实验台：包括燃烧器、温度传感器、压力传感器等，用于模拟生物油的燃烧过程。
3、气体分析仪：用于分析燃烧产物中的气体成分。
四、实验方法（一）生物质热解将预处理后的生物质原料放入热解炉中，在_____的温度和_____的气氛条件下进行热解反应，得到生物油。
（二）燃烧热值测定使用量热仪，按照标准操作流程，对生物油样品进行燃烧热值测定。
（三）燃烧实验将生物油通过燃烧器进行燃烧，通过温度传感器和压力传感器实时监测燃烧过程中的温度和压力变化，记录燃烧时间和火焰形态等数据。
（四）燃烧产物分析使用气体分析仪对燃烧产物中的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、氮氧化物（NOₓ）等气体成分进行分析。
五、实验结果与分析（一）燃烧热值实验测定的生物油燃烧热值为_____kJ/kg。
与传统燃油相比，生物油的燃烧热值相对较低，这可能是由于其成分复杂，含有较多的含氧有机物和水分。
（二）燃烧稳定性在燃烧实验中，生物油的燃烧过程较为平稳，但燃烧初期存在一定的点火延迟现象。
燃烧过程中的温度和压力变化较为均匀，没有出现明显的波动，表明生物油具有较好的燃烧稳定性。
（三）燃烧产物燃烧产物分析结果显示，生物油燃烧产生的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOₓ）含量相对较低，二氧化碳（CO₂）排放量也在可接受范围内。
生物质炭催化裂解焦油的性能研究
1 试验方法
1.1 试验装置
图 1 为试验装置简图。 反应器为长 750 mm，
内径 70 mm 的 不 锈 钢 圆 柱 体 。 反 应 器 左 侧 是 长
450 mm 的生物质热解区，其中左端 200 mm 区域
为材料存放区，右端 200 mm 区域为热解区，中间
的间隔是为了减轻材料的预热解。 焦油催化裂解
炉内 900 ℃恒温煅烧 4 h。 惰性材料选择 20~30 目
的石英砂 。 [7]，[8] 催化剂的化学成分如表 2 所示。
表 2 催化剂的化学成分
Table 2 Components of catalyst
%
材料 SiO2 Al2O3 白云石 2.21 0.97 石英砂 73.21 1.6
1.4 试验条件
2 结果与讨论
2.1 焦油转化率的比较
本文在催化裂解温度为 500~800 ℃， 氮气流
量为 0.5 l/s 的条件下， 研究了在 3 种材料催化作
用下的焦油转化率，如图 2 所示。
由图 2 可知，在 3 种材料催化作用下，焦油转 化率的变化趋势均随着温度的升高而增加。 其中 以石英砂为催化剂时， 焦油转化率从 37.2%升高 到 63.5%，转化率较低。 原因是石英砂性质稳定， 对焦油几乎无催化作用，相当于热裂解，但对提高 反应器内的传热有一定作用。 采用白云石和生物 质炭催化后， 相同温度下的焦油转化率比石英砂 提高了 20%~30%，说明两种材料对裂解具有很好 的催化效果。其中以白云石为催化剂，焦油转化率 从 60.6%变为 85.4%， 生物质炭催化作用下焦油 转化率从 62%升高到 87%。 这说明生物质炭的催 化作用要稍强于白云石，但差别并不明显，在 3% 范围之内。 3 种材料对焦油催化裂解作用的顺序： 生物质炭＞白云石＞石英砂。 2.2 裂解产物的比较
生物质成型燃料热解与燃烧特性研究
生物质成型燃料热解与燃烧特性研究杨帅，甘云华，杨泽亮华南理工大学电力学院摘要：利用NETZSCH STA409PC型热重-差热分析仪对由木屑、秸秆等农林废弃物制成的生物质成型燃料的热解与燃烧过程进行热重分析。
对TG、DTG曲线进行分析，结果表明生物质成型燃料热解过程分为干燥、热解与炭化3个阶段，热解过程随着升温速率升高出现热滞后现象。
对热解剧烈失重区间建立了反应动力学模型，求解出此温度区间的表观活化能、频率因子等动力学参数，生物质成型燃料燃烧过程出现两次明显失重过程。
在煤炭、石油等化石能源日益枯竭和环境问题日趋严重的背景下，生物质能作为唯一可储存、可运输的可再生能源，其高效转换和洁净利用已经被全社会广泛关注[1～3]。
生物质能的技术研究和开发利用已成为世界重大热门课题之一，许多国家都制订了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用都占有相当大的比重。
我国作为一个农业大国，生物质能资源十分丰富，生物质能资源潜力折合7亿吨标准煤左右，而目前年实际使用量仅为2.2亿吨标准煤左右。
因此，我国的生物质资源的利用还有很大的开发潜力[4]。
生物质燃料可分为气化燃料、液化燃料与固化燃料。
目前，在技术经济上最可行的生物质能利用技术就是固化——生物质致密成型燃料技术。
该技术是将低能量密度的生物质（如农林废弃物）作为原材料，经过粉碎、烘干、混合、挤压等工艺，制成具有高能量密度的产品——生物质成型燃料（Biomass Moulding Fuel，简称“BMF”）。
这种生物质成型燃料克服了一般农作物秸秆、木屑等的疏松、密度小、单位体积热值低的缺点，具有强度大、便于贮运和装卸、形状和性质均一等优点。
而且其能量密度较加工前要大10倍左右，燃烧后排放的烟灰和SO2远低于重油，适合于工业锅炉使用，是一种可直接燃烧的新型清洁燃料，可以看作一种绿色煤炭，一种新型洁净能源。
生物质成型燃料热解焦油性能及成分研究
生物质成型燃料热解焦油性能及成分研究随着石油资源的日趋枯竭，为满足人类能源需求，各国正努力研发替代石油的清洁能源。
生物质成型燃料（Pellet）作为绿色可再生能源之一，被广泛应用于各类燃料热电联产等能源领域。
生物质成型燃料热解反应产物，尤其是焦油，具有较高的热值，可用于锅炉燃烧提供热能，也可作为原料的制备燃料乳化油或其他润滑油。
因此，分析生物质成型燃料热解焦油的性能及成分，对深入研究其利用价值及优化燃料配方有重要意义。
生物质成型燃料热解焦油是热解生物质成型燃料得到的一种黑色液体，其成分主要包括甲烷，乙烷，丙烷，烷烃，芳香烃，烯烃等碳氢化合物，具有极高的可燃性、热值高、芳香性强等特点。
同时，生物质成型燃料热解焦油中也含有一定量的低分子量的气态有机酸，如羧酸、羰基化合物、甲醛、甲醇等。
生物质成型燃料热解焦油可以由涤纶布过滤得到，也可以在室温下蒸馏，然后收集汽化物。
生物质成型燃料热解焦油的热值一般在4548MJ/ kg之间，而普通煤烟煤的热值仅为26MJ/ kg，可见其热值明显高于普通煤烟煤。
由于生物质成型燃料焦油的比重大，通常达到1.15~1.20g/ml，有利于燃烧及热性能的提高。
生物质成型燃料焦油的酸值平均为0.5mgKOH/g，显示其硫化物含量低，对环境无污染，更易受技术转化。
另外，生物质成型燃料热解焦油具有较高的抗氧化能力和良好的抗老化性能，可以有效防止油品的酸败和氧化反应，使润滑油具有长期稳定的性能。
生物质成型燃料热解焦油在热解压力、热解温度以及原料配比等因素的影响下，其产量会有一定的变化。
在较高的压力和温度条件下，焦油的产量也会有所提高，而原料的配比也会影响焦油的产量，需要进行合理的配比，以获得较高的焦油产量。
由于生物质成型燃料热解焦油具有良好的热值、可燃性强、芳香性高以及对环境无污染等特点，它在许多领域都有重要的应用意义。
焦油可以作为发电煤炉的燃料，也可作为原料用于制备燃料乳化油和其他各种润滑油。
几种生物质热解特性的对比研究
几种生物质热解特性的对比研究生物质是一种可再生的清洁能源，消费总量仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源第四位，在整个能源系统中占有重要地位。
但全球生物质能利用量尚不足其总能的4%，如何开发利用生物质能是国内外学者研究的热门课题。
藻类生物质是新一代生物质能源，它具有产率高，可有效利用非耕种土地、工业废水等优点，且为非食品基础燃料，但中国对藻类生物质的研究较少。
生物质焦油用途十分广泛，可以替代燃油、柴油、汽油，还可以提取和衍生出多种化工制品，通常生物油的具体组成很大程度上决定了其应用。
利用热重分析仪和固定床反应器对花生壳、松针、小球藻和玉米芯进行热解实验，对焦油产率及组分进行对比分析，重点研究小球藻与其他三种纤维素类生物质焦油产生规律及焦油组分的区别。
实验结果可为研究从生物质焦油中提取精细化工制品技术提供理论依据。
1 实验部分1. 1 样品制备实验选用花生壳、松针、小球藻和玉米芯为生物质原料。
经磨碎筛取出0. 074 ～0. 104mm 和1mm 以下的样品，在真空干燥箱中于105℃干燥12h，存放在干燥器中待用。
样品的工业分析和元素分析结果。
1. 2 实验设备与条件热重分析实验采用德国NETZSCH 公司生产的STA449 F3 型热重分析仪。
每次实验样品约10mg，粒径0. 074 ～0. 104mm，在100ml /min 氮气流中以10℃/min 速率由室温升到800℃进行实验。
固定床热解实验使用坩埚炉及石英反应器。
实验时，称取样品( 3. 0000 plusmn; 0. 0010) g，粒径小于1mm，放入石英反应器中。
当坩埚炉升温到设定温度( 300，400，500，600，700，800及900℃) 且温度恒定后，将石英反应器快速放入坩埚炉中进行恒温热解，时间为60min。
整个实验过程中，氮气作为载气以50ml /min 持续通入，同时为生物质热解提供惰性气氛。
用二氯甲烷对生物质焦油进行收集，经过滤、蒸馏、干燥，最后对焦油进行称重。
生物质热解过程中焦油形成机理的研究
实验 中所 使用 的纤 维素是 从市 面购 买 ， 其 分子
量为 ６万 ； 木质 素 为生物 质燃料 经 酸水解 去 除纤维 素 与半纤 维素 后所 得 ； 木 粉 与谷壳 为生 物质废 异物 经粉 碎制 得 ， 其 粉径 为 ２ ４目的筛下 物 ， 它 们 的元素 分析 与工业 分 析如表 １ 所 示．
温 不锈 钢管 制成 ， 恒温 区为 １ ０ ０ ｃ ｒ ｎ ， 反 应管 下 端 有
一
在研 究 生物 质 热 解 气 化 过 程 中焦 油 形 成 机 理 ， 为 生物 质 气 化 过 程 中 焦 油 裂 解 催 化 剂 的 开 发 进 一
支 撑 孔板 ， 用 于 支 撑 并 过 滤 气 体 中 的 夹 带 的
性ｌ ６ 。 ］ ． 研 究 焦 油 构 成 的变 化 ， 对 探 索 催 化 裂 化 机 理、 开 发适 合于 工程 应用 的高效 焦 油脱 除技 术具 有
重 要指 导 意义 ．
纤维 素 ４ ２ ． ７ １ ５ ． ６ ４ ４ ７ ． ６ ０ ０
１ ． ２ 实 验 装 置 及 方 法
表 １ 实 验原 料 的元 素分 析 与工 业 分 析
Ｔａ ｂ ． １ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
ｏｆ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
分 转 化为 永久 性气 体 和少 量焦 炭 ， 使燃 气 中夹 带 的 焦 油 含量 明显 缩 减 ］ ． 但 目前对 催 化裂 化 中焦 油构
成 变 化及 其机 理性 分 析 的报道 较少 ， 导 致焦 油 裂解 催 化 剂 的研究 开发 具 有一 定 的盲 目性 ．
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生物质成型燃料热解焦油性能及成分研究近年来随着石油价格的不断上涨和温室效应的加剧，向替代能源的转变和可再生能源的开发得到了广泛的关注，生物质成型燃料热解焦油正成为当前最重要的可再生能源。
生物质成型燃料热解焦油是指从植物质或动物质的生物质成型燃料加热分解，利用热裂解和氧化过程产生的碳氢混合物。
焦油是开发可再生能源的重要原料，它有助于减少不可再生能源的使用，从而减少温室效应，改善空气污染。
生物质成型燃料热解焦油的性能主要取决于原料的性质和温度。
例如，将原材料的温度升高，可以增加焦油的热值，增加碳氢混合物的含量和氧化稳定性，并改善性能。
另外，增加焦油中类胡萝卜素和挥发性有机物含量也会改善性能。
生物质可以转化为多种形式的能源，焦油是一种有趣的产物，它可以帮助减少对传统石油的依赖。
焦油可用于蒸汽和柴油发电机的燃烧，也可以用作化学原料，从而生产农用化肥，制造纤维纱线，油脂，油漆，染料，洗剂等产品。
焦油的热值也非常高，可以用于供热系统。
焦油的有机化学物质，含有大量碳和氢元素，是制备生物柴油喷雾添加剂、添加剂和润滑油的重要原料。
焦油的组成成分受原料物质的性质影响，而各组成成分又影响着性能。
焦油的主要成分有烃类，氢化物，硫，氧，氮，氯等元素。
烃类是焦油的主要成分，它可分为饱和烃和不饱和烃。
焦油中含有苯环元素，其中的表面张力，抗酸碱性，黏度，粘度等性质影响着性能。
氢化物是另一种重要成分，它是焦油最主要的氧化物组成，其含量影
响着焦油性能。
氧元素在焦油中通常有一定含量，它可以与芳香环相结合，减轻焦油的抗酸性。
在探究生物质成型燃料热解焦油性能及成分时，需要考虑多种因素，如生物质原料的温度，碳氢混合物的含量，各类元素的分布，类胡萝卜素和挥发性有机物的含量，抗酸碱性，表面张力，黏度和粘度等。
此外，还需要对比不同种类原料或不同焦油的加热和分解过程，以便得出正确的结论。
综上所述，生物质成型燃料热解焦油是一种重要的可再生能源，它可以帮助减少对传统石油的依赖，改善空气污染，从而有效地减少温室效应。
生物质成型燃料热解焦油的性能受原料性质和温度等因素影响，其成分也影响着性能。
为了充分发挥生物质成型燃料热解焦油的性能和成分，应该综合考虑多种因素，并对比不同原料的加热和分解过程。