生物质快速热解液化技术的研究

第17卷第1期林业劳动安全Vol 17 No. 12004年2月FORESTRY LABOUR SAFETYFeb,2004文章编号:1006-509(2004)1-0012-03研究与技术生物质快速热解液化技术的研究董治国,王述洋东北林业大学黑龙江哈尔滨150040)摘要:在介绍了生物质热解机理的基础上论述了生物质快速热解液化技术的一般工艺流程及国内外的研究进展并详述了自行研制的转锥式生物质热解液化装置的反应器结构。关键词:生物质;热解液化;生物油中图分类号:X937文献标识码:AStudy on Technology of Flash Pyrolysis of Biomass into LiquidDONG Zhi-guo WANG Shu-yangNortheast Forestry University Harbin 150040, ChinaAbstract: The article introduces the mechanism of pyrolyzing biomass rapidly and states general technologicalprocess of the technology of flash pyrolysis of biomass into liquid and its research and development home andabroad and spells out the reactor of rotary cone-style system for pyrolyzing biomass into liquidKey words: biomass i pyrolyze and liquefy i biofuel生物质从广义上讲是指有机物中除石化燃料的条件下热降解为液体生物油、可燃气体和固体生以外的所有来源于动植物可再生的物质。生物质能物质炭三个组成部分的过程。控制热解的条件(主则是直接或间接通过绿色植物的光合作用把太阳要是反应速度和升温速率)可以得到不同的热解产能转化为化学能后固定和储藏在生物体内的能品3量1。生物质主要包括农作物、林业作物、水生植物从物质、能量传递的角度分析,首先热量传递及城市垃圾等2。随着石化燃料的日益枯竭生物到生物质颗粒表面,并由表面传递到颗粒的内部。质能作为一种可再生的清洁能源日渐为世界各国所热解过程由外向内逐层进行生物质颗粒被加热的重视。成分迅速分解成木炭和挥发分。其中挥发分由可生物质热解机理冷凝气体和不可冷凝气体组成可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油。一次裂解反应生成了生物质生物质热解是生物质在完全缺氧或有限氧供给收稿日期:2003-12-10基金项目“863"计划项目2001A514060X948”引进先进农业技术项目(2001-28)国家自然科学基金项目(30170758)省自然科学基金项目(oO0-23第一作者简介:董治国1979-)男200年毕业于东北林业大学工学学士现为东北林业大学哈尔滨市动力区和兴路204年2月生物质快速热解液化技术的研究炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔生物质颗生的气态产物,以抑制二次裂解反应的发生3-5粒內部的挥发分将进一步热解称为二次热解反应。快速热解则就很好地解决了停留时间问题在极短生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和的时间内使生物质颗粒迅速热解,又在极短的时间生物质炭3如图1)反应器内的温度越高且气态内把热解产物骤冷所以在很大程度上不但抑制了产物的停留时间越长,二次裂解反应则越为严重。中间产物的发生而且避免了二次裂解从而最大限为了得到高产率的生物油,需快速移走一次热解产度地增加了液态生物燃油的产量3。不可冷凝气体热重生物质一一可冷凝气体」生物油不可冷凝气体生物质二次裂解次气体二次裂解二次生物油次生物油生物质炭二次气体图1生物质热解过程示意图2一般工艺流程得油率必须对分离后的热解蒸气进行快速冷却。生物油的收集生物质热解反应器的设计除需从上面的生物质热解机理的分析中不难看出,要对温度进行严格控制外还应在生物油的收集过无论采用何种方式热解液化,它们的工艺流程应该程中避免由于生物油的多种重组成分的冷凝而导致具有相似性。一般工艺流程如下反应器堵塞。先将各种农业秸杆、废木材枝丫等较大的固体生物3生物质快速热解夜化技术的研究进展质破碎至类似工艺木片的尺度。3.1国外的研究进展干燥为减少最终产物——生物油中的含水生物质快速热解液化技术在20世纪80年代以量必须对原料进行干燥处理。一般将原料的含水后取得了很大进展。国际能源署组织了加拿大、芬量控制在10%以下兰、意大利、瑞典、英国及美国的十余个研究小组包粉碎为提高加热速率获得高的产油率原料括麻省理工学院等国际知名大学及实验室进行了的进一步粉碎和细化是十分必要的。对于不同的反10余年的研究工作重点对这一过程发展的潜力应器有不同的粒径要求技术经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了热解将原料送入特制的反应器中进行高速热协调1。世界各地的研究机构相继开发了各式各样解气化。该工艺的技术关键在于原料须在有严格温的快速热解液化工艺。在各种工艺中反应器都是度控制的特制反应器中以很短的滞留时间在极快其核心部分因为反应器的类型及其加热方式的选的加热和热传导速率下迅速转变成热解蒸气。择在很大程度上决定了产物的最终分布所以反应分离热解蒸气含有一定量的炭和灰份由于器类型的选择和加热方式的选择是各种技术路线的碳在热解蒸气的二次裂解中起催化作用,会在生物关键环节4-5。目前的国外开发的反应器种类很原油中产生不稳定因素而灰份也是不需要的成分,多主要可分为如下几类因此对从热解反应器引出来的热解蒸气必须快速机械接触式反应器这类反应器的共同点是通彻底地予以分离。过一灼热的反应器表面直接或间接与生物质接触,冷凝热解产生的气体由产生到冷却阶段的时将热量传递给生物质使其高速升温从而达到快速间及温度对液体产物的质量和成分有很大的影响,热解。其采用的热量传递方式主要为热传导常见此段时间越长二次裂解生成不可冷凝气体的可能的有烧蚀热解反应器、丝网热解反应器、旋转锥反应性越大。为防止二次裂解、减少不凝气的比例提高器等。林业劳动安全第17卷第1期间接式反应器这类反应器的主要特征是由失起到了很好的作用同时还进行了对热解气体的高温旳表面或热源提供生物质热解的所需热量其快速引导这对热解气体的二次裂解起到了很大的主要通过热辐射进行热量传递常见的热天平可归抑制作用。试验在550℃和1000r/min的旋转速率属此类下进行收到了良好的效果。流或气固多相流对生物质进行快速加热起主导热4开发前景量传递的方式主要为对流换热,但热辐射和热传导生物质能是地球上最普遍的一种洁净而又可再也不可忽略常见的有流化床反应器、快速引射床反生的能源其原料资源量大而广,可开发潜力巨大。应器、循环流化床反应器等。生物质热解液化技术在此基础上发展不但能带来真空热解反应器生物质颗粒进入反应器后被经济效益而且还能促进环保的发展前景非常看送到两个水平的恒温金属板间受热解裂解产生的好。挥发分依靠反应器的真空状态很快被带出反应器,参考文献直接输入到两个冷凝系统,个收集重油,个收集轻油和水分。该系统最大的优点是真空下一次裂[1]郭艳等.生物质快速裂解液化技术的进展J.化工解产物能很快脱离反应器从而降低了二次反应的进展2002(8)13-17几率但需要真空泵的正常运转以及反应器极好的[2]李炳焕.生物质能源的开发利用与前J]唐山师范密封性来保证而这在实际应用时将会加大投资成学院学报2002242)36-38本以及运行难度。[3]吴创之凸马隆龙.生物质能利用技M].北京北学虽然热解液化反应器多种多样但是它们的工工业出版社2003艺流程一般相似主要包括:物料的干燥、粉碎、热粉碎、执[4] A V bridgwater; G C Peacocke e. Fast Pyrolysis Pro-cesses for Biomass[ J]. Renewable and Sustainable Energy解、气态生物油的冷却和生物油的收集。3.2国内的研究现状及旋转锥式反应器的结构[5]廖艳芬王树荣等.生物质热裂解制取液体燃料技术国內在生物质热解液化技术方面的研究起步较的发罳J].能源工程2002(2)晚目前还没有达到象国外的那种成熟阶段。但是,当已有很多研究机构正在从事该技术的研究也开发了多种反应器主要以接触式和混合式为主具有代2003年我国特种设备表性的是流化床式反应器和旋转锥反应器。东北林业大学自行研制的旋转锥式反应器的结事故总数下降25%构如图2所示采用内加热和壁加热相结合的加热方式热载体在保温层的保护下进行外循环并且在2003年我国特种设备事故继续保持稳中有降反应器周围都进行了保温处理这对防止能量的损的态势,与上年同期相比事故总数下降了25%。这是国家质量监督检验检疫总局党组书记李传卿在生物质热载体2004年1月7日举行的全国质量技术监督局长会议防爆装置热解气体上透露的。李传卿说2003年全年没有发生特种设备特大壁加热器事故与2002年同期相比重大事故下降了39%死亡人数下降了37%,直接经济损失下降了15%特种设备安全状况步入良性轨道据李传卿介绍2004年要加强特种设备安全监旋转锥察工作突出监管重点对发生事故可能造成群死群伤、恶劣社会影响的重大危险源实施重点监控确保保温层设备定检率100%,作业人员持证率100%防止重内加热器特大事故的发生。同时要建立完善各级领导责任图2旋转锥反应器结构示意图制和安全监察部门、技术检验机构责任制。