生物质热裂解技术

因为：高温灼烧会导致化学变化。
及木材中的原始状态
不同部位木材烧制的灰分含量不同； 树皮含灰量比木材高。
阔叶材烧制的木炭灰分含量比针叶材高。
木炭性质
【4. 木炭的机械强度】
木炭的机械强度：表示木炭对压碎和
磨损的抵抗能力，这对木炭的转装、运输及 在➢➢桦 4冶0木0℃金炭烧的工制耐的业压木强炭应度耐大用压于强上松度木都最炭小有（；阔很>针大）；的意义。
常见的热裂解反应器
6.2 生物质炭化技术
• 生物质炭化是生物质在炭窑或烧炭窑中，通入少量空气进 行热分解制取木炭的方法。
• 木材干馏是将木材原料放置于干馏釜中，隔绝空气热裂解 制取乙酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品的 方法。
• 生物质烧炭和干馏的主要原料为薪炭林、森林采伐剩余物 （枝、根）、木材加工剩余物（木屑、树皮、板皮）、林 业副产品的剩余物（果壳、果核）、稻壳以及生物质压缩 成型的棒状或块状燃料。
生物油的黏度、凝固点比焦油低得多，密度、灰分、含氮量也 比焦油小。
生物油与石油相比，其硫、氮含量低，灰分少，对环境污染小。
含水率
（1）生物油的特性
生物油的含水率最大可以达到30～45wt%，油品中的水分主 要来自于物料所携带的表面水和热裂解过程中的脱水反应。水分 有利于降低油的粘度，提高油的稳定性，但降低了油的热值。
➢随着炭化温度的
提 高
，木炭的发热量也
提 高
，气体的发热量
降 低
，
木醋液的发热量无显著的变化规律。
木炭性质
【3. 木炭的固定碳】
木炭的固定碳是一个假定的概念，
它代表在高温缺氧条件下煅注烧：木炭时，木
炭因碳中为含在量保测的留定温固度的定条不含灰分的木物炭中质固。定碳含量随着
件下，木炭中除
了灰分以外，还
6.2.2 炭化工艺技术类型
• 3. 节柴烧炭炉：
• 节柴烧炭炉由砖砌成，烧炭同时可 以利用产生的热量取暖或烧水。
• 结构：由炉盖、炭化室、燃烧室、 火山墙、迎风墙、烟囱、炉门等组 成。
• 程序：装料、缺氧闷烧、闭炉和出 炭。
6.2.2 炭化工艺技术类型
• 4. 可移出式烧炭炉：
• 结构紧凑、操作容易、移动方便、出炭率高，炭质较 好、劳动强度和受季节影响小。
生物质转化技术
第6 章 生物质热裂解技术
大纲
• 生物质热裂解概念 • 生物质热裂解的原理 • 生物质热裂解的工艺类型 • 生物质热裂解的基本反应过程 • 生物质热裂解过程的影响因素 • 常见的热裂解反应器
生物质热裂解概念
• 生物质热裂解（Biomass Pyrolysis）又称热解或裂解， 通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起 分子分解产生焦炭、可冷凝液体和可燃气体的过程，是 生物质能的一种重要利用形式。
▪ 程序：将炭原料竖立或横放在垫木上，上铺一层小树枝或 柴草，再用黏土覆盖密封，同时修筑一排烟口或装一根排 烟管，然后点火烧制。烧炭过程中，要注意供给的空气量。
▪ 出炭率：硬木原料20%~35%，软木原料14%~18%。
▪ 比利时兰姆比奥特公司利用立式干馏釜进行连续生产。由 于这种大规模生产投资强度大，限制了在发展中国家的应 用、推广。
木炭的导热系数：具有方向性，纵向 的比横向的大，其数值随着树种及炭化的最 【终8温. 木度炭而木的导异炭电。的能力热】容：随温度的是 乎升由被于完高木全而炭分中出增挥的缘发加分故。几。
➢【木7炭. 的木导炭电的性反随应炭能化力温度】的升高而增大，
➢但温度木高于炭80的0℃后反，应导电能性力的增：长速受度树减慢种。的的影响很大， 并随着反应温度的升高而增加。
• 2. 生物生质物材料质的热影响裂解过程的影响因素
• 3. 反应生条物件的质影热响 裂解过程的影响因素
生物质热裂解过程的影响因素
• 4. 催化剂的影响
▪ 研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不 同的催化剂起到不同的效果。
▪ 如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物 油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中 的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影 响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2 的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分 子量变小。
• 木炭含有的元素有：C、O、H、N等。
➢ 炭化温度对木炭元素组成的影响 ：
➢在相同的热解最终温度 条件下，桦木炭和松木 炭的元素组成相差不大；
➢随着炭化最终温度的升高， 木炭中碳元素的含量增加， 氢和氧的含量降低；木炭 的得率降低。
木炭的元素组成和产量随炭化最终温度 而定，与材种无关。
木炭性质
【2. 木炭的挥发分】
• 根据工艺操生作物条件质，热生物裂质解热裂的解工工艺艺可类以分型为慢
速、快速、反应性热裂解 3种类型
碳化
反应性热裂解 加氢热裂解 甲烷热裂解
500 1050
高
<10s
油
高
0.5~10s
气
生物质热裂解的基本反应过程
生物质热裂解过程的影响因素
• 1. 温度生的物影响质热裂解过程的影响因素
▪2. 生物生质材物料质的热影响裂解过程的影响因素
6.3.1 生物质热解液化工艺流程
6.3.2 生物质热解液化产品
用快速热裂解工艺得到的产品主要是生物油。而慢速热裂解 （干馏）或气化工艺得到产品为焦油。前者成为一次油；后者 称为二次油。
生物油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主 要是一些分子量大的有机物，其化合物种类有数百种。
不同生物质的生物油在主要成分的相对含量上表现出相同的趋 势，在每种生物油中，苯酚、蒽、萘、菲和一些酸的含量相对 较大。
➢炭化时间长、升温速度缓慢能提高木炭的耐压强度； ➢耐压强度沿纤维方向的纵向最大、径向次之、弦向最小。
木炭的机械强度随树种而异； 木炭的机械强度受炭化最终温度和时间的影响； 木炭的机械强度受材质纤维方向的影响。
木炭性质
【5. 木炭的密度、真密度及孔隙率】
木炭的真密度：表示扣除孔隙体积以后 它表示无木木炭孔炭的中木孔孔隙炭隙率的：的发指达密木程炭度度中。。孔隙体积占总体积的百分率。
• 结构：上炉体、下炉体、烟道、风孔、炉盖、点火架、 炉栅。
• 出炭率：25%~30%。
6.2.3 木柴干馏的工艺流程
• 木材干馏工艺包 括：木材干燥、 木材干馏、蒸汽 气体混合物的冷 凝冷却、木炭冷 却和供热系统五 部分。
• 原料的含水率低 于20%。干馏产生 的蒸汽气体混合 物在焦油分离器 或列管冷凝器中 进行冷凝冷却。
生物质热裂解的原理
• 生物质热裂解是复杂的热化学反应过程，包含分子键 断裂、异构化和小分子聚合等反应。
• 1. 从生物质生组物成质成分热分裂析解的原理
• 最为广泛接收生的纤物维质素热热反裂应分解解的途径原理
• 2. 从物质、生能物量质的传热递裂分解析的原理
• 3. 从反应生进程物分质析热裂解的原理
– 闪速热解温度在500℃～650℃范围内,主要 用来增加生物油的产量
– 温度高于700℃的闪速热裂解，主要用于 生产气体产物。
• 2. 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
– 热裂解过程中受传热和传质控制，粒径是 影响热裂解的主要参数之一
• 3. 反应条件的影响：固相和气相滞留期、裂解压力、 升温速度
木炭的真密度
' m
V V '
木炭的密度：
m
V
木炭的孔隙率：
V' V
' '
式中：
V V '
'
V
：密度；
' ：真密度；
V ：总体积；
V’ ：孔隙体积。
随炭化最终温度的增加，
➢真密度在提高，
➢孔隙率也在提高，即孔隙越发达。
木炭性质
【6. 木炭的发热量、导热系数及热容】
木炭的发热量：随着炭化最终温度的 提高，木炭中碳含量增加，最高发热量也随 之增大。（碳元素含量高的发热量大）
影响内热立式干馏釜产量的主要因素： ①木材含水率（影响最大）； ②木块大小； ③加料速度； ④载热体温度和数量（影响大） ； ⑤蒸汽气体混合物的出口温度与压力等；
Q：木材炭化与干馏的联系与区别？
联系: ➢都是木材热解的基本内容，是木材热解的两种方法；
➢都能制取木炭； ➢热解过程中部分热源来自本身。
• 烧炭在我国已6.有22.0010多生年的物历质史，炭常化见的设炭备化设备：炭窑、
移动式炭化炉、果壳炭化炉、流态化炉。
6.2.1 生物质炭化设备
6.2.1 生物质炭化设备
特点：
6.2.1 生物质炭化设备
• 木炭制取的6主.2要.方2法炭：堆化烧工法（艺欧技美国术家类常用型方法），
窑烧法（我国常用方法），炉烧法。 ▪ 1.堆烧法：
区别: ➢反应条件不同：
✓ 炭化—通入少量空气；干馏—隔绝空气
➢设备不同：炭化—烧炭窑或炭窑；干馏—干馏釜 ➢得到的产品不同：炭化—木炭；干馏—乙酸、焦油、木炭等
6.2.4 生物质炭化产品
生物质碳化产品——木炭，可用于冶金、有色金属生 产、活性炭制造等，用途极其广泛。
木炭性质
【1. 木炭的元素组成】
6.2.3 木柴干馏的工艺流程
内热式：木材通过载热体进入釜内与木材直接接触的加热方式。 外热式：热量通过釜壁传给木材的加热方式。
【内热立式干馏釜】
6.2.3 木柴干馏的工艺流 程
【内热立式干馏釜】
•干馏过程： ①用不凝性气体燃烧产生的热烟气作为载 热体，在初期或干馏釜内产生的不凝性气 体量不足时，可燃烧煤气或添加重油。 ②随着炭化进程，木材不断下移，干馏釜 的下部送入冷的不凝性气体，用以冷却木