生物质干馏热解技术的应用现状

第33卷第11期煤气与热力Vol 33 No II2013年11月GAS heatNoy.2013燃气气源与加工利用生物质干馏热解技术的应用现状陈联国,陈志丽2,于京春2,王湘宁2,来世鹏2,罗兴月2(1.平顶山燃气有限责任公司,河南平顶山46700;2.中交煤气热力研究设计院有限公司,辽宁沈阳110026)摘要:介绍生物质干馏热解的原理,分析生物质千馏热解制取燃气、木醋液、生物质炭技术的应用现状关键词:生物质能;生物质;干馏热解;生物质燃气;木醋液;生物质炭中图分类号:TU996文献标识码:B文章编号:1000-4416(2013)11-0B32-031概述大,可以从100℃到1000℃,压力可以是常压,也生物质是世界公认的最具潜力的非传统化石资可以是高压(1.4MPa)。生物质干馏所得气体、液源之一,以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、体和固体产物的相对数量随加热温度、反应时间和干馏热解生产生物质燃气、气化发电、生产燃料乙升温速率变化而有所差别,如低温干馏(500~580醇、热裂解生产生物柴油和干馏热解生产生物质炭℃)一般可获得较多的液体产物,高温干馏(600~等形式利用,广泛应用在国民经济的各个域。传1000℃)可获得较多的气体产品。因此,变换和调统生物质气化生产燃气的技术存在可燃气体热值低节干馏过程的条件可以达到不同的生产目的。和副产品利用率低的问题,而生物质干馏热解生产3生物质干馏热解技术的应用现状的燃气热值高、可用于生活用燃气如炊事、供暖和热20世纪70年代开始,生物质能的开发利用研水等同时可生产生物质炭焦油和木醋液,这些产究已成为世界性的热门研究课题。许多国家制定了品是非常重要的化工原料。因此,生物质干馏热解相应的开发研究计划,投入大量的人力和资金,从事技术成为生物质能利用的一个重要发展方向。生物质能的研究开发。美国、巴西和日本在这方面2生物质干馏热解技术的原理的应用技术已比较先进。生物质干馏热解是一个复杂的化学反应过程,3.1生物质干馏热解制气技术包括脱水、热解、热缩合、碳化等反应。不同生物质生物质干馏热解产生的气体的主要组分是的干馏过程虽各有差别,但一般均可分为以下3个H2、CH4、CO、CnHn,热值较高,可以作为燃料,用于阶段:①脱水。干馏操作初期,温度相对较低,有机发动机、锅炉、民用炉灶等。美国有350座生物质发物首先脱水,随着温度升高,逐渐分解产生低分子挥电站,发电装机总容量达700MW,提供了大约6.6发物。②热解。随着干馏温度的继续升高,有机物×10′个工作岗位。美国Ⅴ armond大学建立了生物中的大分子发生键的断裂,即发生热解,得到液体有质发电工业装置,其原料处理能力达到200vd,发机物(木醋液和焦油)。③缩合和碳化。当温度进电能力为50MW,现已进入正常运行阶段。瑞典和步升高时,随着水和有机物蒸气的析出,剩余物质丹麦利用生物质能进行热电联产计划,使生物质能受热缩合成胶体。同时析出的挥发物逐渐减少,胶在提供高品位电能的同时,满足供热的要求口。我体逐渐固化和碳化。随着温度升高,加热时间延长,国大连市环境科学设计研究院于1995年建成了所生成的固体产物中碳含量逐渐增多,氢、氧、氮和座可供1000户农民生活用燃气的生物质热解加工硫等其他元素含量逐渐减少。厂,并于当q中国煤化工员会、国家环保不同生物质的干馏所需的温度和压力差别很总局的技术CNMHG户居民供应管B32www.watergasheat.com陈联国,等:生物质干馏热解技术的应用现状第33卷第11期道燃气。的蒸气混合物经冷凝分离后得到的液体产物,即粗早期的生物质干馏热解生产大多采用间歇操木醋液。粗木醋液是棕黑色液体,含有水相和油相,作,不能连续生产,无法实现大规模生产,因此,科研水相中含有200多种重要的有机化学组分,如乙酸、人员开始研究生物质连续干馏热解技术。辽宁科技丙酸、甲醇、羟基丙酮等,可以进行回收利用。油相大学在吉林省辽源市惠宇能源公司建成了以玉米秸是以生物油为主的黑色粘稠状物质,元素含量与煤秆为原料的生物质连续干馏制气工业试验装置,取焦油相似,故称焦油。沉淀出的焦油经加工后可以得了阶段性成果,2007年该项目被国家发展和改革得到杂酚油、焦油抗聚剂、沥青等产品。分离出焦油委员会列为全国示范项目。王家俊等发明一后的木醋液是一种红褐色液体,是一种有价值的化种固体生物质立式连续干馏装置。该装置由一只干工原料。木醋液中的多种组分所起的作用各不相馏筒和壳体组成,壳体和干馏筒之间构成加热腔,物同,因此木醋液的用途也很多。例如木醋液的稀释料在干馏筒内实现干馏过程。生成的干馏气排出后液或木醋液与木炭粉的混合物(粉剂)施用于某些部分作为产品,另一部分与空气混合、点燃再引入作物时,其有明显的促进生长的效果。采取不同的加热腔供热。干馏生成的炭自筒底的旋转锥台排精制方法得到的木醋液,可以作为医药原料(皮肤出,经冷却室落入排炭箱内,当排炭的出口与旋转输药等)、食品添加剂(熏液等)、染料原料(媒染剂原料器配合时本装置就可在密闭状态下连续运转。干料)、脱臭剂(家庭用脱臭剂原料等)、农药原料(农馏所需要的能量一部分取自干馏的副产品干馏气,药添加剂)、土壤改良剂(发根促进剂等)和植物生因此该装置能耗低。陈宜亮等以农作物秸秆、稻长促进剂原料等。在日本,已有不同用途的木醋液壳及林业废弃物为原料,发明了一种以制气为目的产品在市场上销售(如消臭剂等)。在韩国,人们将的生物质连续干馏制气装置。该装置由螺旋上料机木醋液提炼加工成为一种叫“森林饮料”的保健品。构将备好的生物质原料送到料仓,再用螺旋上料机总之,木醋液有着广阔的发展前景,但我国目前对木构送入千馏炉内。先用发动机余热将其加热至300醋液的利用技术仅局限于生产脚气水、叶面肥等初400℃进行热解,再用高温裂解气余热将其加热级产品,与发达国家相比差距甚远,严重制约着生物到500-600℃进行干馏,产生粗燃气,进一步用电质干馏热解技术的发展和生物质能的开发利用。加热至1000℃,使粗燃气中的高分子物质如焦油3.3生物质干馏热解制取生物质炭技术分解为CH4、H2、CO等高热值的燃气。已经进行了生物质干馏热解的固体产物是一类高度芳香化大量的工业试验研究,并取得了阶段性成果。王士难熔性固态物质6,即生物质炭。生物质炭的元素元等S以农作物秸秆、稻壳及林业废弃物为原料,组成主要包括碳、氢、氧等,其次是钾、钙、钠、镁、硅发明了一种以制取高热值燃气为目的的生物质连续等。生物质炭孔隙结构发达,比表面积巨大,能吸附干馏制气装置。该装置包括:原料处理和送料系统、水、土壤或沉积物中的无机离子(如Cu2'、Zn2'、干馏炉燃气发生系统、燃气净化和输送储存系统、排Pb2、Hg2等)”及极性和非极性有机化合物l。炭回收系统。该发明从送料到排炭操作均釆用自动生物质炭的高度芳香化结构使其比其他任何形式的控制,劳动强度低,系统正常运行后,原料升温加热有机碳具有更高的生物化学和热稳定性,因此可以完全釆用设备自身所产燃气提供生产热量,烟气余长期保存于环境和古沉积物中而不易被矿化。生物热还可引入系统外蒸汽锅炉作为生产蒸汽的热源。质炭的以上特殊性质,使其用途变得极为广泛。生该干馏炉的原料处理量可达15td,所得产物为燃物质炭可以应用于改良土壤性质,增强土壤肥力气(组分为H2、CH4、CO、CnHn、N2、O2、CO2)、轻质 C Steiner用生物质炭结合化学改良法(与氮磷钾肥油、重油、木醋液、生物质炭,产率(产物质量与原料和石灰按一定比例混合使用),比较单用肥料情况质量之比)分别为40%-45%、10%-15%、5%~下的粮食产量,发现前者使粮食产量翻一番。生10%、5%~10%、30%~35%,是目前国内规模最大物质炭可以应用于污水处理、水质净化废气处理等的生物质连续制气装置。环境领域。生物质活性炭对废水中的无机重金属离32生物质干馏热解制取木醋液技术子具有较好的选中国煤化工水质处生物质干馏热解液体产物是在干馏设备中导出理饮用水与微污丬CNMHG。如采用B33第33卷第11期煤气与热力www.watergasheat.com臭氧-生物质活性炭工艺,可高效去除水中溶解性7] CHEN X C. Adsorption properties of bamboo charcoal有机物和致癌突变物。稻壳干馏热解反应生成的稻on copper( I)ion[J]. Journal of Long Yan University壳灰是生产精细化工产品白炭黑的理想原料,稻壳2007,25(6):78-80中含有质量分数为16%~20%的无定型二氧化硅[8CORNELISSEN G. Extensive sorption of organic com-其他矿物杂质含量极微,而绝干稻壳灰中二氧化硅pounds to black carbon, coal, and kerogen inand soils: Mechanisms and consequences for distribu-的质量分数可以高达60%~90%,碳质量分数为tion, bioaccumulation, and biodegradation[ J].Environ-10%~40%,其他元素质量分数仅为0.3%。因此,ment Science and Technology, 2005, 39: 6881-6895如果能将稻壳中丰富的二氧化硅资源利用起来,将[9] STEINER C. Long term effects of manure, charcoal and会大大提高稻壳的经济价值。mineral fertilization on crop production and fertility on a4结语highly weathered Central Amazonian upland soil [ J21世纪面临着经济增长和环境保护的双重压Plant and Soil, 2007, 291(1)力,因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质10T0 MASZEWSKA M,M0 IA S. Removal of organic matter能等可再生能源对建立可持续的能源系统,促进国om water by PAC/UF system[ J]. Water Res, 2002, 36民经济发展和环境保护具有重大意义2。(16):4137-4143[11]王惠玲,张洪起,张永欣,等.利用稻壳制取白炭黑的我国生物质干馏热解技术起步较晚,进行大规工艺研究[J].无机盐工业,2008,40(9):45-47模工业化的实施存在一定的困难。科研人员应(12]杨海平,陈汉平,王贤华,等生物质热解研究的进展在目前的研究基础上,不断开发新的生物质干馏热[打].煤气与热力,206,26(5):18-22解技术,在提高生产效率的同时,充分回收利用副产[13]由世俊,郑万冬张欢,等生物质炭催化裂解生物质品,避免造成能源的浪费和污染环境,实现可持续发热解焦油技术的研究[J].煤气与热力,2012,32展(7):B24-B27application Status of Biomass参考文献:Carbonization and Pyrolysis Technologies[1]许英梅,张秋民.木醋液利用技术[M].北京:化学CHEN Lianguo, CHEN Zhili, YU Jingchun工业出版社,2008:3-6.WANG Xiangning, LAI Shipeng, LUO Xingyue[2]郭继平,丁尚辉,马庆元,等.生物质连续干馏制气工Abstract: The principles of biomass carboniza艺试验研究[J].可再生能源,2008,26(4):62-tion and pyrolysis are introduced. The application sta-3]王家俊,陈枫,马仁贵,等.一种固体生物质立式连续 tus of biomass carbonization and pyrolysis technologies干馏装置:中国,200810018551.5[P].2008-07for producing gas, wood vinegar liquid[4]陈宜亮,秦延勇,任淑琼,生物质干馏制气工艺及装Key words: biomass energy; biomass; carboni置:中国,200810159550.2P].200-07-15zation and pyrolysis; biomass gas; wood vinegar liq[5]王士元郭继平.利用生物质连续干馏制备燃气之工uid; biomass carbon艺及装置:中国,20061007164.0[P].2007-03作者简介:陈联国(1969-),男,河南平顶山人,高级工程师,学士,主要从事城镇燃气和煤化工技术的[6 SHRESTHA G. Black carbons properties and role in the研究工作。environment: I comprehensive review. Sustainabili-收稿日期:2013-07-30;修回日期:2013-09-24y,2010,2(1):294-320.中国煤化工CNMHB34