生物质热裂解技术ppt
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
生物质热解技术
生物质压缩成型技术1 压缩成型原理生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。
木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。
木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。
在冷却以后强度增加，成为成型燃料。
压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。
对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。
当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。
这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。
2 压缩成型生产工艺压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。
生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料主要操作步骤如下：（1）干燥生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%-10%。
如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。
（2）粉碎木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。
而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。
（3）调湿加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。
（4）成型生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。
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。
《生物质专题》PPT课件
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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）
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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。
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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。
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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
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2．循环流化床式
第10章生物质热解技术
10.3.1 热解工艺分类
按热解、燃烧位置分类
➢ 单塔式 ➢ 双塔式——热解和燃烧在不同的反应器
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直接加热内热式单塔流化炉
即部分燃烧热分解，反应 器中的可燃性垃圾或部分 热解产物燃烧，以燃烧热 使废物发生热分解。
特点：
设备简单，可采用高温， 处理量和产气率较高；
但所产气热值低，因为N2 和燃烧产生的CO2、H2O等 混在热解气中，通常热值 为4000-8000 kJ/m3，不 能作为燃料直接利用；
热解造油工艺 热解造气工艺 城市垃圾热解工艺 污泥热解工艺
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10.3.2 城市生活垃圾的热解
城市垃圾中可燃组分日趋增长，纸张、塑料以及合成纤维 等占有很大比重。可燃组分热解后可回收燃料油和燃料气， 因此，城市垃圾热解回收能源也是一个重要的方面。 一是以美国为代表的、以回收贮存性能源（燃料气、燃 料油和炭黑）为目的； 二是以日本为代表的、以减少焚烧二次污染和需要填埋 处置的废物量，以无公害型处理系统的开发为目的。
➢ 间接加热—加热介质热传导 ❖ 特点：热效率低，回收气体热值高 ❖ 改善方式：减小颗粒尺寸
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10.3.1 热解工艺分类
按热解温度分类
① 低温热解：600 ℃以下， ❖ 农林废物制炭和水煤气
② 中温热解：600-700℃ ❖ 如废轮胎、废塑料热解造油
③ 高温热解：1000℃以上， ❖ 炼焦煤→焦炭+煤气； ❖ 高温纯氧直接加热熔融→玻璃态渣→建材骨料
水蒸汽
➢ 特点：
融渣或灰渣
➢ 结构相对简单、气体热损失少，系统热效率较高；
➢ 但气体中易夹带挥发性物质，如焦油、蒸汽等。 18
（2）移动床热解装置
生物质热裂解液化技术
第六章生物质热裂解液化技术第1节生物质热裂解原理1.1 概念⑴生物质热裂解生物质通过热化学转换，生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3类物质的过程。
控制热裂解条件（反应温度、升温速率、添加助剂等）可以得到不同热裂解产品。
⑵生物质热裂解液化是在中温（500～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热解，产物再迅速淬冷（通常在0.5s内急冷到350℃以下），使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到液态的生物油。
生物油产率可高达70%～80%（质量分数）。
气体产率随温度和加热速率的升高及停留时间的延长而增加；较低的温度和加热速率导致物料炭化，生物质炭产率增加。
生物质热裂解液化技术最大的优点在于生物油易于存储和运输，不存在产品就地消费的问题。
1.3生物质热裂解原理分析（一）反应进程分析生物质的热裂解（慢速）大致分为4个阶段：⑴脱水阶段（室温~150℃）：物料中水分子受热蒸发，物料化学组分几乎不变⑵预热裂解阶段（150~300℃）：物料热分解反应比较明显，化学组成开始发生变化。
半纤维素等不稳定成分分解成CO、CO2和少量醋酸等物质。
⑶固化分解阶段（300~600℃）：物料发生复杂的物理、化学反应，是热裂解的主要阶段。
物料中的各种物质相应析出，生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇，气体产物中有CO、CO2、H2、CH4等。
物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰.⑷炭化阶段：C—H、C—O键进一步断裂，排出残留在木炭中的挥发物质，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。
以上几个阶段是连续的，不能截然分开。
快速裂解的反应过程与此基本相同，只是所有反应在极短的时间内完成，原料快速产生热裂解产物，因为迅速淬冷，使初始产物来不及进一步降解成不冷凝的小分子气体，从而增加了液态产物生物油。
（二）热解过程中生物质成分分析⑴生物质中主要成分及其分解产物生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物，及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物。
生物质资源转化与利用第四章生物质液化技术ppt课件
脱氧
缩合 环化 聚合
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。主要液 左旋葡萄来自 化产物乙酸、甲酸、 糠醛
芳香化合物
纤维素
半纤维素
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溶剂种类的影响
使用溶剂的目的：分散生物质原料，抑制生物质组分分解得 到的中间产物再聚合。
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生物质高压液化的影响因素
工艺条件
原料种类 溶剂选择 催化剂 反应温度 反应时间 反应压力 液化气氛
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4.3.1 生物质高压直接液化
优点： ➢原料来源广泛 ➢不需要对原料进行脱水和粉碎等高能耗步骤 ➢操作简单，不需要极高的加热速率和很高的 反应温度 ➢产品含氧量较低、热值高
溶剂
催化剂
生物质
干燥
粉碎
直接 液化
收集 生物油
第三章生物质的热解气化
3.1气化的基本原理
1.干馏气化 干馏气化其实是热解气体的一种特例，它是在完全无氧或只提供极 有限的氧使气化不至于大量发生情况下进行的生物质热解，也可描述成 生物质的部分气化。它主要是生物质的挥发分在一定温度作用下进行挥 发，生成四种产物：固体炭、木焦油和木醋液（可凝挥发物）与气化气
3.1气化的基本原理
蒸气， 水蒸气随着下述的三个反应区的
产物排出气化炉，而干物料则落入裂解区。
3.1气化的基本原理
2.裂解反应
在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，将生物 质加热。由前面叙述的气化原理可知，生物质受热后发生裂解反应。在 反应中，生物质中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于生物质的裂 解需要大量的热量，在裂解区温度已降到400-600度。裂解反应方程式为
3.2气化炉及设计举例
可将流化床气化炉分为单床气化炉、双床气化炉、循环流化床气化炉及 携带床气化炉四种类型。 固定床气化炉 1.下吸式固定床气化炉
3.1气化的基本原理
气化的基本原理
为了清楚的描述气化过程，我们将以上吸式固定床气化炉（如图所示） 为例 ，具体分析生物质的气化过程。
1.生物质的干燥
在气化炉的最上层为干燥区，从上面
加入的生物质燃料直接进入到燥区湿物 料在这里同下面三个反应区生成的热气 体产物进行换热，使原料中的水分蒸发 出去，生物质物料由含有一定水分的原 料转变为干物料。干燥区的温度大约为 100-250度。干燥区的产物为干物料和水
3.1气化的基本原理
有利于气化反应的进行，但燃烧的生物质份额增加，产生的二氧化碳量 增加，使气体质量下降，理论最佳当量比为0.28，由于原料与气化方式 的不同，实际运行中，控制的最佳当量比在0.2-0.28之间。 2.气体产率 气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在标准状态下 的体积。 3.气体热值 气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。
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产物的比例根据不同的热裂解工艺和反应条件而变化。
慢速热裂解
按照升温速率和完 全反应时间的不同
快速热裂解 闪速热裂解
热裂解工艺主要运行参数
参数
慢速热裂解
反应温度/oC
300~700
升温速度/(oC/s)
0.1~1
快速热裂解 600~1000 10~20
停留时间/s
>600
0.5~5
物料尺寸/mm
5~50
周期3-5d
白烟 黄烟 青烟 木炭率18-22
操作周期24小时，木炭率15-20
每8小时加料1次，每1小时出料1次，物料停留4-5h，木炭率25-30
生物质热裂解液化工艺的发展
20世纪80年代初，加 1995年左右，目前生 拿大Waterloo大学开 物质热解制油主流设 始了以提高液体产率 备已经普遍完成研发。 为目标的循环流化床 之后，随着试验规模 研究，为现代快速、 的反应装置逐步完善 闪速裂解提供了基础， 化，欧美示范性和商 被公认为本领域中最 业化运行的热裂解项 广泛深入的研究成果。 目不断开发和建造。
2005年后， 国外科研 机构开始 加大力度 研发生物 油的深加 工技术。
1980
1990
纤维素、半纤维素、木质素三种组分常被假设独立进行热分解。
纤维素受热分解阶段：
➢水分的蒸发与干燥（100~150 oC） 化学性质不变，水蒸发
➢葡萄糖基脱水（150~240 oC） 法学性质发生变化，产物为反应水
➢热裂解（240~375oC） 一氧化碳、二氧化碳、醋酸、甲醇、焦油、生物质炭
➢聚合和芳构化（>400 oC） 甲烷、木炭等固液气产物
纤维素通常的热分解温度范围：275~450 oC
生物质热裂解过程分析
从物质迁移、能量传递的角度分析，要点如下： ➢在热解过程中，热量首先传递得到颗粒表面，再由表面传 递到颗粒内部。 ➢热裂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。 ➢挥发分由可凝气体和不可冷凝气体组成，可凝气体经过快 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。 ➢在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不 可冷凝气体和热稳定的二次生物油。 ➢挥发分离开生物质颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在 这里进一步裂化分解，称为二次裂解。 ➢生物质热裂解最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质炭。
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。
极快速 真空 反应性热裂解 加氢热裂解 甲烷热裂解
＜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。
➢干馏
生物质原料在干馏釜中，在隔绝空气的条件下热裂解，是制取醋酸、 甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油、木炭等的方法。根据干馏温度高低可 分为低温干馏（500~580 oC）、中温干馏（660~750 oC） 、高温干馏 （900~1100 oC） 。
➢热裂解气化
在完全无氧或只提供有限氧使气化不至于大量发生的情况下进行的生 物质热裂解，也可描述成生物质的部分气化。
➢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。
生物质
气体
冷凝
O2
热解反应器
半焦分离
生物油
热量
➢ 过程简单, 提升能量密度 ➢ 可分布式生产 ➢ 低品位，难以提质
半焦
6.1.1 生物质热裂解的概念
生物质热裂解概念
生物质在完全缺氧或有限氧供给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炭。
<1
闪速热裂解 800~1000 >1000 <0.5 粉状
生物质热裂解主要工艺比较
工艺类型 慢速热裂解
炭化 常规 快速热裂解 快速
滞留期
数小时-数天 5-30min
0.5-5s
闪速（液体） ＜1s
升温速率
非常低 低
较高 高
最高温度/℃ 主要产物
400
炭
气、油、炭
650
油
＜650
油
闪速（气体）
生物质慢速热裂解的基本过程
➢干燥阶段（120~150 oC）
吸热反应、水分蒸发
4个阶 段连续 进行， 界限难 以划分
➢预热裂解阶段（150~275 oC） 吸热反应、CO2、CO、少量醋酸
➢固体分解阶段（275~475 oC） 醋酸、木焦油、甲醇、 CO2、CO、H2、
CH4、放出大量热
➢煅烧阶段（450~500 oC）
第四章 生物质热裂解技术
物理化学法
生
物
热化学法
质
生物化学法
压缩成型 直接燃烧
液化
气化 热裂解 微生物法
发酵
固体燃料
燃烧供热、木炭
高压蒸汽、热气流
直接液化 间接液化
共液化
燃料油、化工原料
甲醇、柴油、二 甲醚、氢气
化学品、液体燃料
氢气、木煤气
木炭、生物油、木煤气、醋液
氢气
沼气、乙醇
6.1 生物质热裂解的概念和原理
6.1.2生物质热裂解的原理
生物质热裂解过程中会发生一系列化学及物理变化。化学变化 包括一系列复杂的化学反应，物理变化包括热量和物质传递。
从化学反应的角度分析，热化学反应包括：分子键断裂、异构 化、小分子聚合等。
木材、林业废弃物和农作物的主要成分是木质纤维素。温度高 于500 oC时，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量炭。 木质素中的芳香族成分受热时分解比较慢，主要形成炭。