生物质热解油气化试验研究

第32卷第4期燃料化学学报204年8月JOURNAL OF FUEL CHEMISTRY AND TECHNOLOGY文章编号:0253-240X2004)40510-03生物质热解油气化试验研究朱锡锋, Venderboschrh1.中国科技大学生物质洁净能源实验室,安徽合肥230026;2,. BIG Biomass Technology Group, enschede,7500AE, The netherlands)关键词:生物质;生物油;热解气化中图分类号:TQ517.2文献标识码:B生物质是一种环境友好可再生资源可以通过直径0.3mm这样既能满足生物油的雾化效果又多种途径转化为液体燃料。生物质热解液化即是在不致孔口被生物油中的固体颗粒堵塞:解部分由缺氧状态下对生物质进行快速加热然后再对热解长200mm、直径18mm的无缝耐热不锈钢管组成产物进行快速冷凝最后获得一种称为生物油旳液外绕加热电阻丝加热温度通过可控硅温控器进行体燃料的技术。该技术以及生物油的特点主要有:调节泠却部分由一强制空气冷却换热器组成热解热解液化温度为500℃远低于生物质热解气化所高温气体流经此换热器后温度能够降低到50℃泠需800℃~1000℃因而工艺难度较小泩生物油体凝部分由两个洗瓶组成第一个是水洗瓶第二个是积能量密度约为20×10JJ/m3为生物质的10倍适酒精洗瓶用于过滤和吸收气体中的固体残余物计宜于远距离运输和大规模储存泩物油成分虽然复量部分由高精度容积式气体流量计组成气体计量杂但不同生物质所产的生物油具有良好的相互混合后送至室外。的特性便于大规模收集和转化应用泩物油属于牛顿液体常温下粘度系数为40cP~60cP与60号机械油相当流动和雾化特性较好泩生物油含水为20%氧质量分数为50%热值为16MJ/kg~18MJ/kg热值偏低热稳定性较差图1生物油无氧热解试验裝置流程图由上可见生物油只是一种初级液体燃料虽然Figure 1 Flow chart of bio-oil gasification without oxygen可以直接用于锅炉等燃烧热力设备但用于内燃机I--piston pump :2--cracking tube :2'-temperature controller还需要经过精制加工如先对生物油进行热解气化ottle: 4 -ethanol制备合成气然后再合成为高品位的液体燃料如甲washing bottle , 5--flowmeter醇和二甲醚等。1.2实验方法由于生物油在高温作用下容易发考虑到生物油氧质量分数较高气化时不需要生聚合反应而结焦因此为避免针形雾化器孔口堵外部供氧或只需要提供少量的氧。本文在无外部供塞本实验采用的方法为氧情况下对生物油进行了热解气化试验生物油中(1)试验开始时首先接通电源对热解管进行氢氧元素的质量转化率为85%而碳元素的转化率空载加热使其温度较快上升到预定值只有55%由此说明生物油热解气化仍需外部提供(2)当温度达到预定值后开启柱塞泵先将酒少量氧气作为气化剂。精按实验要求旳流量泵入热解管,以清洗系统内部实验部分管路和缩小正式实验时的温度波动1.1实验装置图1所示是生物油热解气化试验3)当温度再次上升到预定值后将酒精切换装置流程图它主要包括进料热解冷却净化和计为生物讲行正式试验并开始计时量五个部分。其中进料部分由一台柱塞泵组成泵中国煤化工先将生物油切换为酒的流量在2gmm-100gmn无级可调泵的出囗是精并CNMHG关闭加热电源和柱塞针形雾化器孔口直径可以变换试验采用的孔口泵电源收稿日期:2003-12-04;修回日期:20040610作者简介燚962-),男,安徽南陵人,副教授,从事生物质转換技术研究,Eπilx加@usce,su,cn朱锡锋等:生物质热解油气化试验研究511〔5)试验前后对洗瓶进行称重并记录气体流1.3实验原料实验原料是一种木屑热解液化得量计的读数。为保证计量精度在前后时间段由酒到的生物油其主要特性和元素组成分别列于表1精热解产生的气体经换热器冷却后由旁路引向室和表2。外而不经过洗瓶和流量计表1生物油的主要特性Table 1 main characteristics of bio-oilDensityCaloric valueViscosityo(kg m ')QAMJ kg) n( mms)0.07表2生物油的元素分析Table 2 Ultimate analysis of bio-oilUltimate analysis wd/%Element analysis 10 /10-K41.57.650.70.20.0091.4实验参数为稳定获取生物油热解气化的实表3为生物油热解气经过气相色谱分析得到的验数据每次试验所采用实验参数均相同即热解反气体组分以及由这些组分计算获得的热解气的质应温度控制在(1000±10)℃;热解管内的压力为量、密度和热值。由表可见3000Pa,等于热解系统的流动阻力损失泩生物油泵(1)生物油热解气氧气组分为零氮气组分很入质量流量为3.5g/min正式试验10min。低组分最高的四种气体依次分别是一氧化碳、氢2结果与分析气、甲烷和二氧化碳。2.1热解气组分与特性按照上述实验方案本研2)生物油热解气的热值为21.09MJ/kg乘以究对生物油热解气化进行了若干次重复试验每次气体密度则为16.45MJ/m3属于品质较好的中热值试验均用去35g生物油并产生0.024m3热解气,燃气既可用作为居民生活燃气也可作为工业原料数据重复性较好。用于生产合成气表3生物油热解气的组分与特性Table 3 Concentration and properties of cracked gas from bio-oiVolume o/%031.510.000.2016.9237.739.384.000.120.090.05100.00ity p( kg m 3)Caloric valllue Q(MJ kg1)141.650.000.00554510090050.2551.8348.8749.9421.092.2热解气化质量衡算试验使用35g生物油热个重要评价指标是其质量转化率表5所列是根据解产生了187g气体,试验前后两只洗瓶的质量增上述实验结果计算获得的碳、氬、氧以及这三种元素量为15.3g。据此可对生物油热解气化进行质量平总的质量转化率。由于生物油中的水分和灰分不能衡计算结果列于表4。由表可见,尚有少量残余物热解气化故此处采用的计算基准是干燥无灰基。质如焦炭等粘附在管道内壁上。物油拉气化质量转化率表4生物油热解气化质量衡算中国煤化-ncy of bio-oil gasificationTable 4 Mass balance of bio-oil gasificationCNMHGH 0 C+H+0)Input mass ma /gOutput mass mad /gMass balanceBio-oil m,/g15.381.6710.3927.44crackedCracked gas m dar /g2.3热解气赉量转化率生物油热解气化的-Mass conversion efficiency n/% 55. 14 86.23 84.50 68.15512化致谢:本项研究是笔者在荷兰BTG生物质技术研究所从事访问学者期间完成的在此谨向BTG表示衷心感谢参考文献[Ⅰ]苏学泳汪智微程从眀等.生物质在流化床中旳热解和气化硏究J燃料化学学报,2000,2×4)298305( SU Xue-yong, WANG Zhi-wei, CHENG Cong-ming et al. Study on biomass pyrolysis and gasification in a fluidized bed J]Jounal of Fuel Chemistry and Technology 2000, 284): 298-305.)[2]侯斌吕子安李晓辉等.生物质热解产物中焦油的催化裂觥J.燃料化学学报,200,2X1)0-75(HOU Bin, LU Zi-an, LI Xiao-hui et al. Catalytic cracking of tar derived from biomass pyrolysis J ]. Joumal of Fuel Chemistryand Technology, 2001, 21): 70-75.)[3]郭建维宋晓锐崔英徳.流化床反应器中生物质的催化裂解气化研究J]燃料化学学报,2001,24)319-32GUO Jian-wei, SONG Xiao-rui, CUI Ying-de. Catalytic pyrogasification of biomass in a fludized bed reactor J ]. Joumal of FuelChemistry and Technology, 2001, 294): 319-322)[4]王智微唐松涛苏学泳等.流化床中生物质热解气化的模型研究J]燃料化学学报,202,30(4)342-346.WANG Zhi-wei, TANG Song-tao, SU Xue-yong et al. a study on model from biomass pyrolysis and gasification in fluidized bed[JI. Joumal of Fuel Chemistry and Technology 2002, 3(4): 342-346.[5]吕鹏梅常杰熊祖鸿等.生物质在流化床中的空气-水蒸汽气化研究J].燃料化学学报,2006,3K4)305-310(LU Peng-mei, CHANG Jie, XIONG Zu-hong et al. An experimental research on biomass air-steam gasification in a fludized bed[J]. Joumal of Fuel Chemistry and Technology 2003, 3K4): 305-3106] WAGENAAR B M PRINS W, VAN SWAALJ W P M. Pryolysis of biomass in the rotating cone reactoN D ] Twente University[7] RADOVANOVIC M, VENDERBOSCHR H, PRINS W, et al. Some remarks on the viscosity measurement of pyrolysis liquids[J]. Biomass Bioenergy 2001, 228): 209-222[8]吴创之狳冰燕罗曾凡等.生物质中热值气化技术的分析与探诃J]煤气与热力,1995,152)8-14(WU Chuang-zhi, XU Bing-yan, LUO Zeng-fan et al. Analysis of biomass gasification for MHV fuel gas[ J ] Gas & Heat1995,152):8-14.)[9]朱锡锋.生物质液化制备合成气的研究J]可再生能源200(1)11-14( ZHU Xi-feng. Study on syngas made from biomass pyrolysis J]. Renewable Energy, 2003(1): 11-14.)[10]朱锡锋, VENDERBOSCHR H王俊三.燃料理论空燃比与其高位热值之间的关系J]中国科技大学学报,204,31)11-(ZHU Xi-feng, VENDERBOSCH R H, WANG Jun-san. Correlation between stoichiometrical ratio of air to fuel and its higherheating valud J]. Joumal of University of Science and Technology of China 2004, 3(1): 111-115.)Experimental research on gasification of bio-oilderived from biomass pyrolysisZHU Xi-feng Venderbosch R H(I. Laboratory of Biomass Clean Energy University of Science and Technology of China, Hefei 230026,Chin2. BTG Biomass Technology Group, Enschede, 7500AE, the NetherlandsAbstract Biomass can be converted into bio-oil by pyrolysis with high heating and cooling rates. Bio-oil is a crudeoil which can be upgraded into high quality liquid fuels for instance, it can be first gasified into syngas and then synthesized into methanol, dimethyl ether and so on. Considering bio-oil has high oxygen content bio-oil gasificationwithout any external supply of oxygen has been performed. Thexygen and hydrogen elements could reach as high as 85%, but thgen supply should be needed to improve the mass conversion effiH中国煤化 Conversion efficiencies olCNMHGKey words: biomass bio-oil i gasificationAuthor introduction: ZHU Xi-feng(1962), male, Associate Professor engaged in the research of biomass conversionE-mailxfzhu@@ustc.edu.cn