第17卷第1期林業(yè)勞動安全Vol. 17 , No. 12004年2月FORESTRY LABOUR SAFETYFeb,2004文章編號:1006-50912004m1-0012-03研究與技術(shù)生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的研究董治國,王述洋東北林業(yè)大學(xué)黑龍江哈爾濱150040)摘要:在介紹了生物質(zhì)熱解機(jī)理的基礎(chǔ)上論述了生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的一般工藝流程及國內(nèi)外的研究進(jìn)展并詳述了自行研制的轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞∶生物質(zhì);熱解液化;生物油中圖分類號:X937文獻(xiàn)標(biāo)識碼: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生物質(zhì)從廣義上講是指有機(jī)物中除石化燃料的條件下熱降解為液體生物油、可燃?xì)怏w和固體生以外的所有來源于動植物可再生的物質(zhì)。生物質(zhì)能物質(zhì)炭三個組成部分的過程?？刂茻峤獾臈l件(主則是直接或間接通過綠色植物的光合作用把太陽要是反應(yīng)速度和升溫速率)可以得到不同的熱解產(chǎn)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和儲藏在生物體內(nèi)的能品量。生物質(zhì)主要包括農(nóng)作物、林業(yè)作物、水生植物從物質(zhì)、能量傳遞的角度分析,首先熱量傳遞及城市垃圾等2。隨著石化燃料的日益枯竭生物到生物質(zhì)顆粒表面,并由表面?zhèn)鬟f到顆粒的內(nèi)部。質(zhì)能作為一種可再生的清潔能源日漸為世界各國所熱解過程由外向內(nèi)逐層進(jìn)行生物質(zhì)顆粒被加熱的重視成分迅速分解成木炭和揮發(fā)分。其中揮發(fā)分由可1生物質(zhì)熱解機(jī)理冷凝氣體和不可冷凝氣體組成可冷凝氣體經(jīng)過快速冷凝得到生物油。一次裂解反應(yīng)生成了生物質(zhì)生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給收稿日期:2003-12-10基金項目:8y計劃項200510985進(jìn)先進(jìn)農(nóng)業(yè)技H中國煤化工CNMHG科學(xué)基金項目(30170758省自然科學(xué)基金項目0-23)第一作者簡介:董治國1979-)男2002年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)工學(xué)學(xué)士現(xiàn)為東北林業(yè)大學(xué)哈爾濱市動力區(qū)和興路26號在讀碩士研究生2004年2月生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的研究炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔生物質(zhì)顆生的氣態(tài)產(chǎn)物,以抑制二次裂解反應(yīng)的發(fā)生3-5粒內(nèi)部的揮發(fā)分將進(jìn)一步熱解稱為二次熱解反應(yīng)。快速熱解則就很好地解決了停留時間問題在極短生物質(zhì)熱解過程最終形成生物油、不可冷凝氣體和的時間內(nèi)使生物質(zhì)顆粒迅速熱解,又在極短的時間生物質(zhì)炭如圖1)反應(yīng)器內(nèi)的溫度越高且氣態(tài)內(nèi)把熱解產(chǎn)物驟冷所以在很大程度上不但抑制了產(chǎn)物的停留時間越長,二次裂解反應(yīng)則越為嚴(yán)重。中間產(chǎn)物的發(fā)生而且避免了二次裂解從而最大限為了得到高產(chǎn)率的生物油需快速移走一次熱解產(chǎn)度地增加了液態(tài)生物燃油的產(chǎn)量3不可冷凝氣體熱量生物油生物質(zhì)一可冷凝氣體不可冷凝氣體炭生物質(zhì)二次裂解次氣體二次裂解二次生物油→一次生物油生物質(zhì)炭二次氣體圖1生物質(zhì)熱解過程示意圖2一般工藝流程得油率必須對分離后的熱解蒸氣進(jìn)行快速冷卻生物油的收集生物質(zhì)熱解反應(yīng)器的設(shè)計除需從上面的生物質(zhì)熱解機(jī)理的分析中不難看岀,要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制外還應(yīng)在生物油的收集過無論采用何種方式熱解液化,它們的工藝流程應(yīng)該程中避免由于生物油的多種重組成分的冷凝而導(dǎo)致具有相似性。一般工藝流程如下反應(yīng)器堵塞破碎為便于輸送和提高干燥效率干燥前需先將各種農(nóng)業(yè)秸稈、廢木材枝丫等較大的固體生物生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的研究進(jìn)展質(zhì)破碎至類似工藝木片的尺度。3.1國外的研究進(jìn)展干燥為減少最終產(chǎn)物——生物油中的含水生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)在20世紀(jì)80年代以量必須對原料進(jìn)行干燥處理。一般將原料的含水后取得了很大進(jìn)展。國際能源署組織了加拿大、芬量控制在10%以下。蘭、意大利、瑞典、英國及美國的十余個研究小組包粉碎為提高加熱速率獲得高的產(chǎn)油率原料括麻省理工學(xué)院等國際知名大學(xué)及實驗室,進(jìn)行了的進(jìn)一步粉碎和細(xì)化是十分必要的。對于不同的反10余年的研究工作重點對這一過程發(fā)展的潛力、應(yīng)器有不同的粒徑要求技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國之間的技術(shù)交流進(jìn)行了熱解將原料送入特制的反應(yīng)器中進(jìn)行高速熱協(xié)調(diào)1。世界各地的研究機(jī)構(gòu)相繼開發(fā)了各式各樣解氣化。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于原料須在有嚴(yán)格溫的快速熱解液化工藝。在各種工藝中反應(yīng)器都是度控制的特制反應(yīng)器中以很短的滯留時間在極快其核心部分因為反應(yīng)器的類型及其加熱方式的選的加熱和熱傳導(dǎo)速率下迅速轉(zhuǎn)變成熱解蒸氣。擇在很大程度上決定了產(chǎn)物的最終分布所以反應(yīng)分離熱解蒸氣含有一定量的炭和灰份由于器類型的選擇和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線的碳在熱解蒸氣的二次裂解中起催化作用會在生物關(guān)鍵環(huán)節(jié)45目前的國外開發(fā)的反應(yīng)器種類很原油中產(chǎn)生不穩(wěn)定因素而灰份也是不需要的成分,多主要可分為如下幾類因此對從熱解反應(yīng)器引岀來的熱解蒸氣必須快速、機(jī)械接觸式反應(yīng)器這類反應(yīng)器的共同點是通徹底地予以分離過—灼執(zhí)的斥應(yīng)巽表而百耪或間接與生物質(zhì)接觸凝熱解產(chǎn)生的氣體由產(chǎn)生到冷卻階段的時將熱中國煤化工速升溫從而達(dá)到快速間及溫度對液體產(chǎn)物的質(zhì)量和成分有很大的影響,熱觚CNMH式主要為熱傳導(dǎo)常見此段時間越長二次裂解生成不可冷凝氣體旳可能的有燒蝕熱解反應(yīng)器、絲網(wǎng)熱解反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)性越大。為防止二次裂解、減少不凝氣的比例提高器等。林業(yè)勞動安全第17卷第1期間接式反應(yīng)器這類反應(yīng)器的主要特征是由失起到了很好的作用同時還進(jìn)行了對熱解氣體的高溫的表面或熱源提供生物質(zhì)熱解的所需熱量其快速引導(dǎo)這對熱解氣體的二次裂解起到了很大的主要通過熱輻射進(jìn)行熱量傳遞;常見的熱天平可歸抑制作用。試驗在550℃和1000r/min的旋轉(zhuǎn)速率屬此類。下進(jìn)行收到了良好的效果。混合式反應(yīng)器混合式反應(yīng)器主要是借助熱氣流或氣固多相流對生物質(zhì)進(jìn)行快速加熱起主導(dǎo)熱4開發(fā)前景量傳遞的方式主要為對流換熱但熱輻射和熱傳導(dǎo)生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種潔凈而又可再也不可忽略常見的有流化床反應(yīng)器、快速引射床反生的能源其原料資源量大而廣可開發(fā)潛力巨大。應(yīng)器、循環(huán)流化床反應(yīng)器等。生物質(zhì)熱解液化技術(shù)在此基礎(chǔ)上發(fā)展不但能帶來真空熱解反應(yīng)器生物質(zhì)顆粒進(jìn)入反應(yīng)器后被經(jīng)濟(jì)效益,而且還能促進(jìn)環(huán)保的發(fā)展前景非?？此偷絻蓚€水平的恒溫金屬板間受熱解,裂解產(chǎn)生的好。揮發(fā)分依靠反應(yīng)器的真空狀態(tài)很快被帶出反應(yīng)器直接輸入到兩個冷凝系統(tǒng)一個收集重油,個收集參考文獻(xiàn)輕油和水分。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是真空下一次裂[1]郭艷等生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的進(jìn)展[J].化工解產(chǎn)物能很快脫離反應(yīng)器從而降低了二次反應(yīng)的進(jìn)展2002(8):13-17幾率但需要真空泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及反應(yīng)器極好的[2]李炳煥,生物質(zhì)能源的開發(fā)利用與前J唐山師范密封性來保證而這在實際應(yīng)用時將會加大投資成學(xué)院學(xué)報20022(2)36-38本以及運(yùn)行難度。[3]吳創(chuàng)之馬隆龍.生物質(zhì)能利用技木M].北京:化學(xué)雖然熱解液化反應(yīng)器多種多樣但是它們的工工業(yè)出[4] A V Bridgwater, G V C Peacocke etc. Fast Pyrolysis Pro-藝流程一般相似,主要包括:物料的干燥、粉碎、熱解、氣態(tài)生物油的冷卻和生物油的收集。cesses for Biomass[ J ] Renewable and Sustainable EnergyReviews, 2000(4)3.2國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)[5]廖艷芬王樹榮等.生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料技術(shù)國內(nèi)在生物質(zhì)熱解液化技術(shù)方面的研究起步較的發(fā)罳J].能源工程2002(2)1-5晩目前還沒有達(dá)到象國外的那種成熟階段。但是已有很多研究機(jī)構(gòu)正在從事該技術(shù)的研究,也開發(fā)了多種反應(yīng)器主要以接觸式和混合式為主具有代2003年我國特種設(shè)備表性的是流化床式反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器。東北林業(yè)大學(xué)自行研制的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器的結(jié)事故總數(shù)下降25%構(gòu)如圖2所示采用內(nèi)加熱和壁加熱相結(jié)合的加熱方式熱載體在保溫層的保護(hù)下進(jìn)行外循環(huán)并且在203年我國特種設(shè)備事故繼續(xù)保持穩(wěn)中有降反應(yīng)器周圍都進(jìn)行了保溫處理這對防止能量的損的態(tài)勢,與上年同期相比事故總數(shù)下降了25%。這是國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局黨組書記李傳卿在物質(zhì)熱載體2004年1月7日舉行的全國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局長會議防爆裝置熱解氣體上透露的。李傳卿說2003年全年沒有發(fā)生特種設(shè)備特大壁加熱器事故與2002年同期相比重大事故下降了39%死亡人數(shù)下降了37%,直接經(jīng)濟(jì)損失下降了15%特種設(shè)備安全狀況步入良性軌道。據(jù)李傳卿介紹2004年要加強(qiáng)特種設(shè)備安全監(jiān)旋轉(zhuǎn)錐察工作突出監(jiān)管重點對發(fā)生事故可能造成群死群傷、惡社命影喧的大險源實施重點監(jiān)控確保保溫層設(shè)中國煤化工持證率100%,防止重內(nèi)加熱器特CNMH立完善各級領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任圖2旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖制和安全監(jiān)察部門技術(shù)檢驗機(jī)構(gòu)責(zé)任制。