生物质快速热解技术现状及展望

第37卷第1期林业机械与木工设备Vol 37 No. 12009年1月FORESTRY MACHINERY WOoD WORKING EQUiPmENTJan.2009述生物质快速热解技术现状及展望李晓娟,常建民,范东斌(北京林业大学,北京100083)摘要:概述了生物质能的转换利用方法,重点介绍了生物质的快速热解技术,综述了快速热解技术现状及发展趋势。关键词:生物质;快速热解;生物油中图分类号:062125;S216文献标识码:B文章编号:1001-462(2009)01-000703Prospect and Technical Status of Fast Pyrolysis of BiomassLI Xiao-juan, CHANG Jian-min, FAN Dong-bin( Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)Abstract: Methods of biomass energy conversion and utilization areized, biomass fast pyrolysis technologies aremainly introduced and present status of fast pyrolysis and its development trend are overviewed.Key words: biomass; fast pyrolysis; bio-oil生物质是一种环保型的可再生能源,它是地球上的绿色植物通过光合作用获得的各种有机物质,主要收稿日期:2008-1022包括林业生物质、农业废弃物水生植物、能源作物、城中你一着新型加工设备,笔者认为将其单列有利于它的发展品采集加工机械按标号列出,造林机械的代码为其产人造板贴面机械和细木工板生产机械按行业分类业代码。应该归属其它人造板机械但我国细木工板和贴面板已由于我国大学现在的专业目录已经没有林业机械经具有一定的规模单列有好处。其它人造板机械则指木工机械专业,本文的行业分类对大学的学科建设、专木塑复合材、重组木、胶拼板等,它们的行业产业方向代业设置课程设置影响不大但对今后教材的撰写、研究码都归类为2129。生研究方向有一些影响。具体教材的章节撰写、研究生同样,门窗加工机被、地板加工机械、模板加工机研究方向修改可以参考本文的分类。对行业方向细分械装饰条加工机械也只能共享2031这个代码。后各专业委员会可以在委员会下面按产业产品结构与对于非木质家具机械笔者将其分成3组由于C24研发方向增设行业联谊会将各个行业进行细化,产业的塑料家具不属于林业与木工机械行业的范畴,没有单产品结构与研发方向完全一致的企业组织有助于同类列。因此将塑木复合家具机械作为C214的一部分列入企业规划自己的行业发展及研发方向,调整价格和规划非木质家具机械比较合理同样钢木复合家具机械作为市场也可成立同业联谊会,以促进产业的发展C213的部分放入非木质家具机械更为合适。如果木材在这两种原材料中占主要部分塑料和钢材仅占其中很少4结束语的部分,一般称之为木塑复合家具和木钢复合家具机械他们可以作为板式家具和实木家具机械并入前面2组中。业机管中图化行业的管理科学化坦洲如供参考。逐步完善林由于塑木复合家具和钢木复合家具机械在非木质家具机包容CNMHG地分配行业和产业产械中所占比例较大所以单独列出。其它非木质家具机械品结构与研发方向设置,是调动全行业积极性的基本条件。则包括石木复合家具和玻璃木材复合家具机械等。参考文献:林业机械的分类基本遵循原来的原则,将林副产[1]cBn4154200国民经济行业分类与代码(s林业机械与木工设备第37卷市垃圾、有机废水和人、畜粪便等。生物质能源是可再转换过程;二是实现工业性应用。国外研究表明,生生能源的重要组成部分,其作为一种环境友好型能源,物油经过加氢处理和沸石合成技术,可转化成高级已引起了越来越多的人关注。生物质能源的利用将是的烃类燃料。除了用作燃料外,也可作为化工业的21世纪能源的发展方向,人类对生物质能转化和利用重要原料。的研究是摆在我们面前的重大课题2国内外快速热解技术现状及发展趋势1生物质热解技术概述2.1生物质快速热解技术生物质能的转换利用方法可归结为生物法(微生物法)化学处理法和热化学转化法三种。其中,热化学自20世纪80年代以来,生物质快速热解技术有转化法主要包括直接燃烧液化、气化和热解等四个方了很大的发展。国际能源署(EA)组织了加拿大、芬面,下面仅对热解技术加以简要介绍。兰、意大利、瑞典、英国和美国等国家的十几个研究小组进行了十余年的深入研究,重点对这一过程发展的1.1热解机理潜力、技术经济可行性及参加国际间的技术交流等进生物质热解是其在完全无氧或缺氧的条件下热行了评估和协调,所发表报告得出的结论十分乐观裂解为可燃气体、液体生物油和固体生物质炭的过到1995年初加拿大、芬兰和荷兰等国已有20余套热程,这三种产物的比例取决于热解工艺和反应条件。解装置在运行中,此领域的许多学者都在进行该项技在生物质热解过程中,热量传递从生物质表面开始。术的研究。生物质颗粒被加热后迅速裂解成木炭和油蒸汽,油在我国,沈阳农业大学开展了“生物质热裂解液化蒸汽包括可冷凝气体和不可冷凝气体,可冷凝气体技术”的研究工作,并在生物质热裂解过程的实验和理经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应可生论分析方面取得了很大的成效。近年来,浙江大学、科成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙学院化工冶金研究所、河北省环境科学院等单位也进生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解,形成不可行了生物质流化床液化实验;山东工程学院则开发了冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时,当挥发分气等离子体快速加热生物质液化技术。体离开生物颗粒时,进行第二次裂化分解,即二次裂,2快速热解反应器解反应。生物质热解后最终生成生物油、不可冷凝气体和生物质炭。反应器是热解工艺的核心部分,反应器类型和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。虽然12热解分类反应器多种多样,但它们的工艺流程相似,主要包括生物质热解分低温慢速热解、中温快速热解和物料的干燥、粉碎、热解、气态生物油的冷却和生物髙温闪速热解。a.低温慢速热解为生物质在极低的升油的收集。温速率、温度约500℃以下的条件下发生降解,反应目前国外开发的反应器主要分为以下几类:机械时间为15min至几天,产物以木炭为主,产炭率最高接触式反应器间接式反应器和混合式反应器。国外可达到35%。b.中温快速热解为生物质在温度约对反应器的研究主要有美国、加拿大、芬兰、意大利、500-650℃的条件下发生降解,产物以液体生物油为英国和瑞典等国。荷兰乔特( Twente)大学开发的旋转主。c高温闪速热解为生物质在温度约700-1100℃的锥式反应器采用反应器壁加热的方式,不用载气,且条件下发生降解,产物以可燃气体为主。生物油产率很高,达到物料的70%;缺点是生产规模生物质热解制取生物油技术所采用的温度为常压小,能耗较高。美国乔治亚理工学院GT开发的携带中等温度(约500℃),升温速率高达1000010000,床反应器,是利用内部高温热烟气将生物质快速加蒸汽停留时间在2s以内。应用该项技术所制得的液热生物油产量为物料的50%;缺点是需要大量热烟体生物油的产率高,仅有少量可燃的不凝性气体和炭气,而且还产生大量低热值的不凝气。加拿大森林工生程中国煤化立器设备小巧,气相停生物质快速热解的最大优点是它可以最大限留一大裂解;缺点是需要度地生产生物油。生物油与原生物质比较具有较高载气CNMH进行流化。美国太阳的能量容积密度,且容易处理储存和运输,它代表能研究所(SER已开发出涡旋反应器,加拿大拉瓦尔了今后生物质能转换和利用的方向。目前生物质快( Laval)大学则开发出多层真空热解磨反应器,目前又速热解研究的重点,一是寻找最优工艺参数、控制研究出了热等离子体快速热解液化的新方法,它采用第1期李晓娟,等:生物质快速热解技术现状及展望热等离子体加热生物质,使其迅速分离、冷凝而得到已经成为生物质能的发展趋势。生物质能源作为一种液体产物。新型能源,具有能量密度高清洁和可再生等优点将目前国内开发的反应器还没有达到国外那种成是人类能源研究的主要方向。熟阶段。国内开发的反应器主要以接触式和混合式然而,目前生物质快速热解技术还存在一些问为主,具有代表性的是流化床式反应器和旋转锥反题:如各种热解反应器在使用上都有各自的缺点,还应器。沈阳农业大学20世纪90年代引进了荷兰研有待于改进;生物油的含氧量高,物理和化学性质不制的第一代闪速旋转锥反应器,近年来设计了三锥稳定,长时间贮存会发生相分离及沉淀;不同的生物组合式热解反应器,初步实验已取得成功。东北林业油性质差别很大,生物油的使用和销售缺少统一的大学研制的旋转锥式反应器,在其周围进行了保温标准等等。针对以上问题,今后研究的方向应主要集处理,采用内加热和壁加热相结合的加热方式,提高中在以下几方面:①生物质快速热解技术与生物质了加热效率。原料相适应,将适宜的反应器、反应工艺和反应条件总之,上述快速热解反应器中被人们广泛釆用的有机地结合在一起;②提高热解产物的得率;③加大是循环流化床反应器。该工艺的加热传热速率及产油生物油的加工精制;④制定统一的生物油使用和销率较高,而且处理规模也较大。售标准。23产物的应用参考文献[1]林木森蒋剑春生物质快速热解技术现状[刀]生物质化学工程生物质快速热解的产物有气体、液体和固体。气2006,40(1):21-26体是由H2、CO、CO2、CH4、C2H6、CH4等组成的可燃性气[2]吴新华我国木材热解工业现状与发展动向福建林学院学体。固体为焦炭,其可被加工成活性炭用于化工和治报,1993,13(3):306-310炼。液体产物即是生物油(bio-ol),但生物油的含氧量[3]郭艳生物质快速裂解液化技术的研究进展[技术进展.01l高,吸湿性强,长时间贮存会发生相分离及沉淀。因(8):13-1此,在大规模利用生物油前,必须对其进行精制处理[4]张无敌等新能源[M]2000目前我国对生物油进行精制处理的方法主要有加氢[5]丁启朔农村能源M]1998催化和催化裂解,后者较为经济。由于液态产品中还[6]高荫榆雷占兰郭磊等生物质能转化利用技术及其进展研究[刀江西科学2006,24(6):529-533含有多种通过常规石油化工合成工艺不易合成的物(7]米铁唐汝江,陈汉平等生物质气化技术及其研究进展门]化质,所以可从中提取高附加值的化工产品,例如提取工装备技术,2005,26(2):50-56液态产物中的苯酚,可用于酚醛树脂的生产中,以降[8] Bridgwater A VPrinciples and practice of biomass fast pyrolysis低酚醛树脂的成本;在裂解前加入NaC(催化剂),可processes for liquids[J ]Journal of Analytical and Applied Pyrolysis以提高乙醇醛的含量,降低低聚糖的含量;采用znCl99951(1):3-22进行催化,可以提高液态产品中呋喃的含量。但由于刘菜厚新能源工程M北京中国农业出版社200以上技术成本均较高且不够成熟,故目前还没有被广[10任铮伟徐清陈明强等流化床生物质快速裂解制液体燃料[]太阳能学报,2002,23(4):462-466泛应用。目前,美、英等国家利用生物质生产生物油悄然[11] A V Bridgewater and M L CottamOpportunities far biliquid production and up-grading[J]. Energy & fuel, 1992, 6(2):兴起,并已达到实用阶段。在美国威斯康星州,由279-242.ENSYN Technology Inc设计的加工能力为25天的生[12]姚福生,易维明,等生物质快速热解液化技术[]中国工程科物质快速热解装置已投入生产,其生产出的生物油一学,2001,3(4):63-67部分用于食品添加剂,另一部分用于商业性的燃料。[13]刘世锋王述洋,白雪双生物质闪速热解技术及生物油的应用在加拿大的渥太华,一个加工能力为5u/天的快速热解[J林业劳动安全,2006,19(1):29-3装置现正在运行,效率为95%,其产品可作为食品添[4】刘菜厚张春梅我国生物质热解液化技术的现状几可再生能加剂原料。源,2004,(3):11-14[15]廖芬王树生物质执器解制取液体燃料技术的发展门中国煤化工生物质快速热解技术研究展望[16能源短缺是21世纪人类将面临的重大问题,类CNMHG热解生产生物油的装置山东工程学院学报,199,13(3):61-64.不得不开发出新的可再生能源来替代日益枯竭的化石[17]Bridgwater A VApplied Catalysis A[M J. 1994能源。此外低品位的燃料已经不适应于人类文明发展18 Graham R G, Huffman D. RCommercial Aspects of Rapid Thermal的需求,将普通的固体燃料转化成高品位的液体燃料Processing( RTP )[J].ENSYN Technologies Inc, 1995