生物质热裂解
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。
生物质热裂解技术及其应用前景
农 林业 副 产 品 及 其 废 弃 物 是 巨大 的能 源 资 源 。 但 过 去 由于 缺 少 高效 率的 回 收 转 化 设 备 将
这 些 热 值 低 的 生 物 质 转 化为 能 量 品质 较 高 的 商 品 能 源 ，而 不 得 不 被 废弃 或直 接燃 烧 掉 ，这 不
反应器中发生下列反 应 ： （） 温度低于１０ １ ５ ℃， 主 要 是 生 物 质游 离 水 的 蒸 发 ｝ （ ） １ ０ ～ ２ ５。
２ ０ ，纤维 晶格分解 ，转 化成 含有 Ｃ ５￣ Ｃ Ｏ、Ｈ： 的有 机蒸 汽、水蒸汽、 呵燃 气及台 有 部 分挥发 性物 质的 术 炭 ｝ （）３ Ｏ ５ Ｏ ３ ５ ～ ５ ℃， 有 机 气 体进 一 步 裂 解 成 ＣＨ Ｈ ， 乙 酸 、 甲醇 、 丙 酮 等 、 ｚ
仅 是 浪费 能源 ，同 时给 生态环境造 成 了极大 的破 坏。
７ 年 代 初 期， 世界 性石 油危 机 的 冲 击 ， 为 了减 少 人 类 对 石 油 燃 料 的 依 赖 性 ， 农 林 业 废弃 Ｏ 物 的 处 理 问 题 引起 了 世 界 性 的 普遍 关 注 【） 为 了最 大 可 能 地 从 生 物 质 中 提 取 易 贮 存 ，易 运 输 ｉ。 并 具 有 商业 价 值 的燃 料 ， 应 用生 物质 热裂 解 技 术 便 成 为 最 有 效 的 途 径 之 一 。 生 物 质 热 裂 解 技 术 拘 特 点 是 能 一 个 连 续 的工 艺 和 工 厂 化 的 生 产 方 式 处 理 多种 类 型 的 农 林 业 废 弃 物 ， 并 可 将 其 转 化为 木 炭 、 生 物 油 祀可 燃 气 这 ３种 易 贮 存 、易 运 输 、热 值高 且 具 有 商业 阶值 的燃 料 ， 可 获 得 原 生 物 质 ８ － ８ ％的 能 量。 该 技 术 的 应 用必 将 为 我 国 工农 业 开 辟 ０ ５ 新 的 能源 ， 并 将 促 进 农 村 经 济的 发 展 和为 社会 就 业 提 供 更 多的 机 会 。 ＇ 热 爱 解 技 术工 艺 流 程 简 介
生物质热解技术
以生物质为载体的能量。 生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为
常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种 可再生能源。
2、生物质能的分类
传统生物质能
在发展中国家小规模应用的生物质能，主要包括农村生活用能 （薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其它农业生产的废弃物和畜禽粪便 等）；
③ 当温度高于300℃时, 橡胶分解加快, 断裂出来的化学物质分子 量较小, 产生的油流动性较好, 而且透明
橡胶的热解处理
废轮胎高温热解靠外部加热使化学链打开, 有机物得以分 解或液化、汽化。热解温度在250℃～500℃范围内，当温 度高于250℃时, 破碎的轮胎分解出的液态油和气体随温度 升高而增加，400℃以上时依采用的方法不同, 液态油和固 态炭黑的产量随气体产量的增加而减少。
污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
3 热解的过程及产物
固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分 子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各 种较小的分子。
供热方 式
➢直接加热 、间接加热
五
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
热
解
热解炉 结构
➢固定床、移动床、流化床和旋转炉
工
艺 分
产物物 理形态
➢气化方式、液化方式、炭化方式
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 成炉渣
➢造渣型和非造渣型
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。
生物质热裂解技术
生物质热裂解技术概述摘要：生物质在慢速热裂解的情形下以得到炭为目的的炭化是一种有几千年历史的工艺，由于化工和能源等领域中新型反应工艺的不断开发，人们发现通过改变热裂解过程的温度、加热速率及停留时间等因素，可分别有效地最大化气体和液体产物产量，并且对所得产物进行相应的改性及优化后可用作其他多种用途。
本文简单介绍了生物质热裂解技术发展，对生物质热裂解技术的裂解机理、影响因素，以及生物质热裂解过程及产物组成因素进行概述。
关键词：生物质；热裂解；温度；升温速率前言：生物质通常是木材、竹材、灌木、野草、秸秆等植物纤维来源的天然有机材料（也包括甲壳素等动物来源的天然有机材料）的统称，其主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素，此外尚含有少量品种繁多的其它有机和无机物质。
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，是一种对环境友好的可以替代化石能源的可再生的能源,可以有效减少有害气体及烟尘排放量和温室气体增加量,维系全球平衡,提高环境质量;较之其他新能源(如太阳能、风能、地热能及潮汐能等)生物质能源的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将简单的热效应充分转化为化学能、电能等高品位能源。
生物质热裂解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸汽等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到500℃，通过热化学反应将物质大分子物质分解成较小分子的燃料物质的热化学转化技术方法，是目前国内外非常关注的新能源生产技术。
1 生物质热裂解技术简介及工艺类型生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧提供条件下利用热能切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质的热降解，这种热解过程最终生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三种，产物的比例根据不同的热裂解工艺和反应条件而发生变化。
生物热裂解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度地将生物质能量转化为能源产品，是生物质能利用技术的主要方法之一，且越来越得到重视，这是因为：○1热解技术对于原料的种类没有严格要求，城市固体废弃物（MSW），农业、林业废物都能气化。
7,第四章(1)生物质热裂解
1.生物质热化学转化技术概述
定义：生物质热化学转化是指在加热条件下，用 化学手段将生物质转换成燃料物质的技术。 分类：生物质热化学转化可进一步分为气化、热 裂解（热解）、液化三种技术；各技术产生各自 的产品。
生物质气化原理：还原反应
③甲烷生成反应 C+2H2 →CH4；△H= －752.400kJ/mol CO+3H2→CH4+H2O(g)； △H= －2035.66kJ/mol CO2+4H2 →CH4+2H2O(g)； △H= －827.514kJ/mol 碳加氢直接合成甲烷是强烈的放热反应，甲烷是稳定化合 物，当温度高于600 ℃时，甲烷就不再是热稳定状态，反 应将向反方向进行，析出炭黑。常压气化时温度一般控制 在800 ℃。 以上反应均为体积缩小的反应，加压有利于反应向右进行。 气化同时伴有下列反应 2C+4H2O →CH4+CO2； △H= －677.286kJ/mol
2.3.生物质气化分类
根据气化介质的不同可分为干馏气化、 空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢 气以及这些气体混合物的气化。
生物质气化分类
(1) 空气气化 空气气化是以空气作为气化介质的气化过程， 是所有气化技术中最简单、最经济的一种技术， 气化过程不需要额外提供热量。空气中的氮气 一般不参与反应，在空气气化的生物质燃料中， 氮气含量可高达50%，其大量存在稀释了可燃 气中的可燃成份，降低了燃气热值。空气气化 的燃气热值一般为5MJ/m3，属低热值燃气，不 适于采用管道进行长距离输送，但用于近距离 燃烧或发电时，空气气化仍是最佳的选择。
生物质的热裂解
５ 月
文 章编号 ：１０ — ８ ２ ０ ）０ — ０ ６ ０ ０ ７ ９３ １（ ０ ８ ３ ０ ５ — ５
生 物质 的热 裂解
杨海 明 ，韩成利 ，吴也平 ，毕野 ，殷广 明
（ ． 山县林 业局 ，黑龙 江 齐齐 哈尔 １ １０ ；２ 齐齐 哈尔 大学 化 学与 化学 工程学 院 ，黑 龙江 齐齐 哈尔 １１０ ） １克 ６ ６０ ． ６０ ６
生物质通常是木材、竹材 、灌木 、野草、秸秆等植物纤维来源的天然有机材料 （ 也包括甲壳素等动物
来源的天然有机材料 ） 的统称 ，其主要化学成分是纤维素 、半纤维素和木质素 ， 此外尚含有少量品种繁多 的其它有机和无机物质“ ．我国每年产生大量 的木材加工和营林剩余物和约 ７ ｔ 亿 的秸秆 Ｊ ，可见生物质是
“ 水纤 维素 ”＋ 脱 水
炭 ＋ ＋ ０ ｃ０ 水 ｃ ＋ ：
经 一些 有 序 的竞争 反应
纤 维素
焦油 （ 主要是右旋葡萄糖）
图 １ 纤维素 热分 解反 应 途径模 式
由图 １ 可见 ，低的加热速率倾向于延长纤维素在 ２０ ２０Ｃ ０ ８ ￣范围所用的时间 ，焦油减少 ， 加速成炭． 首先 ，纤维素经脱水作用生成脱水纤维素 ，然后进一步分解产生大多数的碳和一些挥发物 ，与脱水纤 维素高温下的竞争反应是一系列纤维素解聚反应生成左旋葡萄糖 （ ， 脱水一 — １６ ｄ Ｄ呋喃葡糖 ） 焦油．根据 实验条件 ， 左旋葡萄糖焦油的二次反应或者生成炭、焦油和气体 ，或者主要生成焦油和气体．例如 ，纤维
５ ７
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 ３０ ４ ０Ｃ，而木材开 ５ — ５￣ 始强烈热分解的温度是 ２ ０ ９ ￣．木质素热分解时形成的主要气体成分为 ：Ｃ ２ ． ８ ２０Ｃ ０ ６ Ｃ ． ９ ％， Ｏ５ ９ ０ ％，甲烷 ３． ７ ％，乙烯和其它饱 和碳氢化合物 ２ ％． ５ ． ０ 纤维素是多数生物质最主要 的组成物 （ 在木材中平均占 ４ ％）同时组成相对简单 ，因此 ，纤维素被广 ３ 泛用作生物质热裂解基础研究的实验原料．最广泛接受的纤维素热分解反应途径模式见 图 １ ：
生物质热裂解生物油性质的研究进展
生物质热裂解生物油性质的研究进展摘要：生物质热裂解生物油是生物质在隔绝空气的条件下，快速加热裂解，裂解蒸汽经快速冷却制得的棕褐色液体产物。
生物油的物理化学性质显示了其在商业上的应用潜力，已引起了国内外的广泛关注。
为此，从组成成分、含水量、含氧量、固体颗粒、灰分、酸性、腐蚀性和粘度等方面详细叙述了生物油的物理化学性质，提出了应用生物油的发展方向和推广应用生物油必须解决的问题。
引言随着经济的不断增长，人们对能源的需求越来越大。
据统计，按照2003年的开采量计算，地球上蕴藏的煤、石油、天然气等化石能源将分别在192年、41年和67年内耗竭，而且化石燃料的长期使用，对环境造成严重的负面影响，引起了温室效应和环境污染等问题。
因此，开发可替代化石燃料的环境友好型可再生能源已成为当今世界研究的热点。
生物质能作为众多可再生能源中的一种，在利用中具有SO2和NOX产出少及CO2零排放的优点。
据统计，世界每年生物质产量约1460亿t，占世界能源总能耗的14%，其中发达国家占3%，发展中国家占43%，是当今世界第4大能源。
无论从环境还是从资源方面考虑，研究生物质能源转化与利用都是一项迫在眉睫的重大课题。
生物质热裂解被认为是生物质能源转化技术中一项最具有广阔发展前景的前沿技术，是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下，最终生成液体产物、木炭和可燃气体的过程。
3种产物的产量和比例取决于生物质热裂解工艺条件及反应参数（温度、加热速率、气相停留时间和流化风速）。
生物质快速热裂解技术是高效率的生物质热裂解油转化技术，是在隔绝空气或少量空气、常压、中温（500°～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短气体停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热裂解，产物经快速冷却，可使中间液体产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到高产量的生物质液体油，其产率可达（60～95）wt%。
生物质热裂解产生的液体油是一种深褐色的能够自由流动的黏性化合物，通常被称为生物油，也称为热裂解油、热裂解液体、生物原油或生物质热解油等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.生物质热裂解反应机理
从生物质组成成分分析 从物质、能量的传递分析 从反应进程分析 从线性分子链分解角度分析
.
从生物质组成成分分析
生物质的三种主要组成物质常常被假设独立地进行热分解，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 200~500℃分解。半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要 分解为炭。
.
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。
.
压力
压力的大小影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热裂 解产物产量分布。
一次生物油 二次气体
从反应进程分析
生物质的热裂解过程分为三个阶段： ① 脱水阶段（室温~100℃） 物理变化，主要失去水分 ② 主要热裂解阶段（100~380℃） 生物质在缺氧条件下受热分
解，随着温度的不断升高，各种挥发物相应析出，原料发生 大部分的质量损失。 ③ 炭化阶段（>400℃） 分解非常缓慢，产生质量损失比第二阶 段小得多，该阶段通常被认为是C-C键和C-H键的进一步裂解 所造成的。
.
3.影响生物质热裂解过程 及产物组成的因素
温度
一般地说，低温、长滞留期的慢速热裂解主要用于最大限度地增 加炭的产量；常规热裂解当温度小于600℃时，采用中等反应速 率，其生物油、不可冷凝气体和炭的产率基本相等；闪速裂解 温度在500~650℃范围内，主要用来增加生物油的产量；同样 的闪速热裂解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短 的气相滞留期下，主要用于生产气体产物。
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。
.
THE END
.
生物质热裂解
.
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
.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 如果反应条件合适，可获得原生物质80%~85%的能量，生物油产率 可达70%以上。
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 生物质 一次裂解
气体
一次气体 一次生物油 二次裂解 生物质炭
.
生物质热裂解过程示意