第3卷第1I期煤氣與熱力Vol 33 No. Il2013年11月gas heatNov.2013燃氣氣源與加工利用生物質(zhì)干餾熱解技術的應用現(xiàn)狀陳聯(lián)國',陳志麗2,于京春2,王湘寧2,來世鵬2,羅興月2(1.平頂山燃氣有限責任公司,河南平頂山46700;2.中交煤氣熱力研究設計院有限公司,遼寧沈陽110026)摘要:介紹生物質(zhì)干餾熱解的原理,分析生物質(zhì)干餾熱解制取燃氣、木醋液、生物質(zhì)炭技術的應用現(xiàn)狀。關鍵詞:生物質(zhì)能;生物質(zhì);干餾熱解;生物質(zhì)燃氣;木醋液;生物質(zhì)炭中圖分類號:TU996文獻標識碼:B文章編號:1000-4416(2013)11-0B32-031概述大,可以從100℃到1000℃,壓力可以是常壓,也生物質(zhì)是世界公認的最具潛力的非傳統(tǒng)化石資可以是高壓(1.4MPa)。生物質(zhì)干餾所得氣體液源之一,以沼氣壓縮成型固體燃料、氣化生產(chǎn)燃氣、體和固體產(chǎn)物的相對數(shù)量隨加熱溫度、反應時間和干餾熱解生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣、氣化發(fā)電、生產(chǎn)燃料乙升溫速率變化而有所差別,如低溫干餾(500~580醇、熱裂解生產(chǎn)生物柴油和干餾熱解生產(chǎn)生物質(zhì)炭℃)一般可獲得較多的液體產(chǎn)物,高溫干餾(600~等形式利用,廣泛應用在國民經(jīng)濟的各個緬域。傳1000℃)可獲得較多的氣體產(chǎn)品。因此,變換和調(diào)統(tǒng)生物質(zhì)氣化生產(chǎn)燃氣的技術存在可燃氣體熱值低節(jié)干餾過程的條件可以達到不同的生產(chǎn)目的。和副產(chǎn)品利用率低的問題,而生物質(zhì)干餾熱解生產(chǎn)3生物質(zhì)干餾熱解技術的應用現(xiàn)狀的燃氣熱值高、可用于生活用燃氣如炊事、供暖和熱20世紀70年代開始,生物質(zhì)能的開發(fā)利用研水等,同時可生產(chǎn)生物質(zhì)炭、焦油和木醋液,這些產(chǎn)究已成為世界性的熱門研究課題。許多國家制定了品是非常重要的化工原料。因此,生物質(zhì)干餾熱解相應的開發(fā)研究計劃投入大量的人力和資金,從事技術成為生物質(zhì)能利用的一個重要發(fā)展方向生物質(zhì)能的研究開發(fā)。美國、巴西和日本在這方面2生物質(zhì)干餾熱解技術的原理的應用技術已比較先進。生物質(zhì)干餾熱解是一個復雜的化學反應過程,3.1生物質(zhì)干餾熱解制氣技術包括脫水、熱解、熱縮合、碳化等反應。不同生物質(zhì)生物質(zhì)干餾熱解產(chǎn)生的氣體的主要組分是的干餾過程雖各有差別,但一般均可分為以下3個H2、CH4、 CO CH,熱值較高,可以作為燃料,用于階段:①脫水。干餾操作初期,溫度相對較低,有機發(fā)動機、鍋爐、民用爐灶等。美國有350座生物質(zhì)發(fā)物首先脫水,隨著溫度升高,逐漸分解產(chǎn)生低分子揮電站,發(fā)電裝機總容量達700MW,提供了大約6.6發(fā)物。②熱解。隨著干餾溫度的繼續(xù)升高,有機物×104個工作崗位。美國 Vermont大學建立了生物中的大分子發(fā)生鍵的斷裂,即發(fā)生熱解,得到液體有質(zhì)發(fā)電工業(yè)裝置,其原料處理能力達到200td,發(fā)機物(木醋液和焦油)。③縮合和碳化。當溫度進電能力為50MW,現(xiàn)已進入正常運行階段。瑞典和步升高時隨著水和有機物蒸氣的析出,剩余物質(zhì)丹麥利用生物質(zhì)能進行熱電聯(lián)產(chǎn)計劃,使生物質(zhì)能受熱縮合成膠體。同時析出的揮發(fā)物逐漸減少膠在提供高品位電能的同時,滿足供熱的要求。我體逐漸固化和碳化。隨著溫度升高,加熱時間延長,國大連市環(huán)境科學設計研究院于1995年建成了一所生成的固體產(chǎn)物中碳含量逐漸增多,氫、氧氮和座可供1000戶農(nóng)民生活用燃氣的生物質(zhì)熱解加工硫等其他元素含量逐漸減少。廠,并于當年通過了國家科學技術委員會、國家環(huán)保不同生物質(zhì)的干餾所需的溫度和壓力差別很總局的技術鑒定和工程驗收對115戶居民供應管B32www.watergasheat.com陳聯(lián)國,等:生物質(zhì)干餾熱解技術的應用現(xiàn)狀第33卷第11期道燃氣。的蒸氣混合物經(jīng)冷凝分離后得到的液體產(chǎn)物,即粗早期的生物質(zhì)干餾熱解生產(chǎn)大多采用間歇操木醋液。粗木醋液是棕黑色液體,含有水相和油相,作,不能連續(xù)生產(chǎn),無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),因此,科研水相中含有200多種重要的有機化學組分,如乙酸人員開始研究生物質(zhì)連續(xù)干餾熱解技術。遼寧科技丙酸、甲醇、羥基丙酮等,可以進行回收利用。油相大學在吉林省遼源市惠宇能源公司建成了以玉米秸是以生物油為主的黑色粘稠狀物質(zhì),元素含量與煤稈為原料的生物質(zhì)連續(xù)干餾制氣工業(yè)試驗裝置,取焦油相似,故稱焦油。沉淀出的焦油經(jīng)加工后可以得了階段性成果,2007年該項目被國家發(fā)展和改革得到雜酚油焦油抗聚劑瀝青等產(chǎn)品。分離出焦油委員會列為全國示范項目2。王家俊等發(fā)明一后的木醋液是一種紅褐色液體,是一種有價值的化種固體生物質(zhì)立式連續(xù)干餾裝置。該裝置由一只干工原料。木醋液中的多種組分所起的作用各不相餾筒和殼體組成,殼體和干餾筒之間構成加熱腔,物同,因此木醋液的用途也很多。例如木醋液的稀釋料在干餾筒內(nèi)實現(xiàn)干餾過程。生成的干餾氣排出后液或木醋液與木炭粉的混合物(粉劑)施用于某些部分作為產(chǎn)品,另一部分與空氣混合、點燃再引人作物時,具有明顯的促進生長的效果。采取不同的加熱腔供熱。干餾生成的炭自筒底的旋轉錐臺排精制方法得到的木醋液,可以作為醫(yī)藥原料(皮膚出,經(jīng)冷卻室落入排炭箱內(nèi),當排炭的出口與旋轉輸藥等)、食品添加劑(熏液等)、染料原料(媒染劑原料器配合時本裝置就可在密閉狀態(tài)下連續(xù)運轉。干料)、脫臭劑(家庭用脫臭劑原料等)、農(nóng)藥原料(農(nóng)餾所需要的能量一部分取自干餾的副產(chǎn)品干餾氣,藥添加劑)、土壤改良劑(發(fā)根促進劑等)和植物生因此該裝置能耗低。陳宜亮等以農(nóng)作物秸稈、稻長促進劑原料等。在日本,已有不同用途的木醋液殼及林業(yè)廢棄物為原料,發(fā)明了一種以制氣為目的產(chǎn)品在市場上銷售(如消臭劑等)。在韓國,人們將的生物質(zhì)連續(xù)干餾制氣裝置。該裝置由螺旋上料機木醋液提煉加工成為一種叫“森林飲料”的保健品。構將備好的生物質(zhì)原料送到料倉,再用螺旋上料機總之,木醋液有著廣闊的發(fā)展前景,但我國目前對木構送入干餾爐內(nèi)。先用發(fā)動機余熱將其加熱至300醋液的利用技術僅局限于生產(chǎn)腳氣水、葉面肥等初400℃進行熱解,再用高溫裂解氣余熱將其加熱級產(chǎn)品,與發(fā)達國家相比差距甚遠,嚴重制約著生物到500-600℃進行干餾,產(chǎn)生粗燃氣,進一步用電質(zhì)干餾熱解技術的發(fā)展和生物質(zhì)能的開發(fā)利用。加熱至1000℃,使粗燃氣中的高分子物質(zhì)如焦油3.3生物質(zhì)干餾熱解制取生物質(zhì)炭技術分解為CH4、H2、CO等高熱值的燃氣。已經(jīng)進行了生物質(zhì)干餾熱解的固體產(chǎn)物是一類高度芳香化大量的工業(yè)試驗研究,并取得了階段性成果。王士難熔性固態(tài)物質(zhì)6,即生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭的元素元等以農(nóng)作物秸稈、稻殼及林業(yè)廢棄物為原料,組成主要包括碳、氫、氧等,其次是鉀、鈣、鈉、鎂硅發(fā)明了一種以制取高熱值燃氣為目的的生物質(zhì)連續(xù)等。生物質(zhì)炭孔隙結構發(fā)達,比表面積巨大能吸附干餾制氣裝置。該裝置包括:原料處理和送料系統(tǒng)、水、土壤或沉積物中的無機離子(如Cu2、Zn2'、干鎦爐燃氣發(fā)生系統(tǒng)、燃氣凈化和輸送儲存系統(tǒng)、排Pb2、Hg2·等)”及極性和非極性有機化合物炭回收系統(tǒng)。該發(fā)明從送料到排炭操作均采用自動生物質(zhì)炭的高度芳香化結構使其比其他任何形式的控制,勞動強度低,系統(tǒng)正常運行后,原料升溫加熱有機碳具有更高的生物化學和熱穩(wěn)定性,因此可以完全釆用設備自身所產(chǎn)燃氣提供生產(chǎn)熱量,煙氣余長期保存于環(huán)境和古沉積物中而不易被礦化。生物熱還可引入系統(tǒng)外蒸汽鍋爐作為生產(chǎn)蒸汽的熱源。質(zhì)炭的以上特殊性質(zhì),使其用途變得極為廣泛。生該干餾爐的原料處理量可達15td,所得產(chǎn)物為燃物質(zhì)炭可以應用于改良土壤性質(zhì),增強土壤肥力氣(組分為H2、CH4、CO、CH。、N2、O2、CO2)、輕質(zhì) C Steiner用生物質(zhì)炭結合化學改良法(與氮磷鉀肥油、重油、木醋液、生物質(zhì)炭,產(chǎn)率(產(chǎn)物質(zhì)量與原料和石灰按一定比例混合使用),比較單用肥料情況質(zhì)量之比)分別為40%-45%、10%-15%、5%~下的糧食產(chǎn)量,發(fā)現(xiàn)前者使糧食產(chǎn)量翻一番。生10%、5%~10%、30%~35%,是目前國內(nèi)規(guī)模最大物質(zhì)炭可以應用于污水處理、水質(zhì)凈化廢氣處理等的生物質(zhì)連續(xù)制氣裝置。環(huán)境領域。生物質(zhì)活性炭對廢水中的無機重金屬離3.2生物質(zhì)干餾熱解制取木醋液技術子具有較好的選擇性吸附能力0,在凈化水質(zhì)、處生物質(zhì)干餾熱解液體產(chǎn)物是在干餾設備中導出理飲用水與微污染水方面具有良好的效果。如采用B33第33卷第11期煤氣與熱力www.watergasheat.com臭氧-生物質(zhì)活性炭工藝,可高效去除水中溶解性7] CHEN X C. Adsorption properties of bamboo charcoal有機物和致癌突變物。稻殼干餾熱解反應生成的稻on copper( I )ion[ J]. Journal of Long Yan University殼灰是生產(chǎn)精細化工產(chǎn)品白炭黑的理想原料,稻殼2007,25(6):78-80中含有質(zhì)量分數(shù)為16%-20%的無定型二氧化硅,[8] CORNELISSEN G. Extensive sorption of organic com-其他礦物雜質(zhì)含量極微,而絕干稻殼灰中二氧化硅pounds to black carbon, coal, and kerogen in sedimentsand soils: Mechanisms and consequences for distribu-的質(zhì)量分數(shù)可以高達60%~90%,碳質(zhì)量分數(shù)為tion, bioaccumulation, and biodegradation[ J]. Environ10%~40%,其他元素質(zhì)量分數(shù)僅為0.3%。因此,ment Science and Technology, 2005, 39: 6881-6895如果能將稻殼中豐富的二氧化硅資源利用起來將9] STEINER C. Long term effects of manure, charcoal and會大大提高稻殼的經(jīng)濟價值。mineral fertilization on crop production and fertility on a4結語highly weathered Central Amazonian upland soil [J]21世紀面臨著經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓Plant and Soil,2007,291(1):275-290力,因此改變能源生產(chǎn)和消費方式,開發(fā)利用生物質(zhì)000 TOMASZE WSKA M,M0 A S. Removal of organic matter能等可再生能源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng),促進國from water by PAC/UF system[J]. Water Res, 2002, 36民經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義21。(16):4137-4143我國生物質(zhì)干餾熱解技術起步較晚,進行大規(guī)[11]王惠玲,張洪起,張永欣,等.利用稻殼制取白炭黑的工藝研究[J].無機鹽工業(yè),2008,40(9):45-47模工業(yè)化的實施存在一定的困難?？蒲腥藛T應(12]楊海平,陳漢平,王賢華,等生物質(zhì)熱解研究的進展在目前的研究基礎上,不斷開發(fā)新的生物質(zhì)干餾熱[J].煤氣與熱力,2006,26(5):18-22解技術,在提高生產(chǎn)效率的同時,充分回收利用副產(chǎn)[13]由世俊,鄭萬冬張歡,等生物質(zhì)炭催化裂解生物質(zhì)品,避免造成能源的浪費和污染環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)熱解焦油技術的研究[J].煤氣與熱力,2012,32展。(7):B24-B27Application Status of Biomass參考文獻Carbonization and pyrolysis technologies[1]許英梅,張秋民.木醋液利用技術[M].北京:化學CHEN Lianguo, CHEN Zhili, YU Jingchun工業(yè)出版社,2008:3-6WANG Xiangning, LAI Shipeng, LUO Xingyue[2]郭繼平,丁尚輝,馬慶元,等.生物質(zhì)連續(xù)干餾制氣工Abstract: The principles of biomass carboni藝試驗研究[J].可再生能源,2008,26(4):62-63tion and pyrolysis are introduced. The application sta-「3]王家俊,陳楓,馬仁貴等,一種固體生物質(zhì)立式連續(xù) tus of biomass carbonization and pyrolysis technologies干餾裝置:中國,20080185515p1.2008-07- for producing gas, wood vinegar liquid and biomasscarbon is analyzed[4]陳宜亮秦延勇,任淑瓊.生物質(zhì)干餾制氣工藝及裝Key words: biomass energy; biomass; carboni置:中國,200810159550.2[P].2009-07-15zation and pyrolysis; biomass gas; wood vinegar liq[5]王士元郭繼平.利用生物質(zhì)連續(xù)干餾制備燃氣之工uid; biomass carbon藝及裝置:中國,200610017164.0[P].2007-03作者簡介:陳聯(lián)國(1969-),男,河南平頂山人,高級工程師,學士,主要從事城鎮(zhèn)燃氣和煤化工技術的6 SHRESTHA G. Black carbons properties and role in the研究工作。environment: a comprehensive review[J]. Sustainabili-收稿日期:2013-07-30;修回日期:2013-09-24y,2010,2(1):294-320.B34