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:1006-509(2004)1-0012-03研究與技術生物質快速熱解液化技術的研究董治國,王述洋東北林業(yè)大學黑龍江哈爾濱150040)摘要:在介紹了生物質熱解機理的基礎上論述了生物質快速熱解液化技術的一般工藝流程及國內外的研究進展并詳述了自行研制的轉錐式生物質熱解液化裝置的反應器結構。關鍵詞:生物質;熱解液化;生物油中圖分類號:X937文獻標識碼: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生物質從廣義上講是指有機物中除石化燃料的條件下熱降解為液體生物油、可燃氣體和固體生以外的所有來源于動植物可再生的物質。生物質能物質炭三個組成部分的過程。控制熱解的條件(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速度和升溫速率)可以得到不同的熱解產能轉化為化學能后固定和儲藏在生物體內的能品3量1。生物質主要包括農作物、林業(yè)作物、水生植物從物質、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顆粒表面,并由表面?zhèn)鬟f到顆粒的內部。質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逐層進行生物質顆粒被加熱的重視。成分迅速分解成木炭和揮發(fā)分。其中揮發(fā)分由可生物質熱解機理冷凝氣體和不可冷凝氣體組成可冷凝氣體經過快速冷凝得到生物油。一次裂解反應生成了生物質生物質熱解是生物質在完全缺氧或有限氧供給收稿日期:2003-12-10基金項目“863"計劃項目2001A514060X948”引進先進農業(yè)技術項目(2001-28)國家自然科學基金項目(30170758)省自然科學基金項目(oO0-23第一作者簡介:董治國1979-)男200年畢業(yè)于東北林業(yè)大學工學學士現為東北林業(yè)大學哈爾濱市動力區(qū)和興路204年2月生物質快速熱解液化技術的研究炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔生物質顆生的氣態(tài)產物,以抑制二次裂解反應的發(fā)生3-5粒內部的揮發(fā)分將進一步熱解稱為二次熱解反應。快速熱解則就很好地解決了停留時間問題在極短生物質熱解過程最終形成生物油、不可冷凝氣體和的時間內使生物質顆粒迅速熱解,又在極短的時間生物質炭3如圖1)反應器內的溫度越高且氣態(tài)內把熱解產物驟冷所以在很大程度上不但抑制了產物的停留時間越長,二次裂解反應則越為嚴重。中間產物的發(fā)生而且避免了二次裂解從而最大限為了得到高產率的生物油,需快速移走一次熱解產度地增加了液態(tài)生物燃油的產量3。不可冷凝氣體熱重生物質一一可冷凝氣體」生物油不可冷凝氣體生物質二次裂解次氣體二次裂解二次生物油次生物油生物質炭二次氣體圖1生物質熱解過程示意圖2一般工藝流程得油率必須對分離后的熱解蒸氣進行快速冷卻。生物油的收集生物質熱解反應器的設計除需從上面的生物質熱解機理的分析中不難看出,要對溫度進行嚴格控制外還應在生物油的收集過無論采用何種方式熱解液化,它們的工藝流程應該程中避免由于生物油的多種重組成分的冷凝而導致具有相似性。一般工藝流程如下反應器堵塞。先將各種農業(yè)秸桿、廢木材枝丫等較大的固體生物3生物質快速熱解夜化技術的研究進展質破碎至類似工藝木片的尺度。3.1國外的研究進展干燥為減少最終產物——生物油中的含水生物質快速熱解液化技術在20世紀80年代以量必須對原料進行干燥處理。一般將原料的含水后取得了很大進展。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油率原料括麻省理工學院等國際知名大學及實驗室進行了的進一步粉碎和細化是十分必要的。對于不同的反10余年的研究工作重點對這一過程發(fā)展的潛力應器有不同的粒徑要求技術經濟可行性以及參與國之間的技術交流進行了熱解將原料送入特制的反應器中進行高速熱協調1。世界各地的研究機構相繼開發(fā)了各式各樣解氣化。該工藝的技術關鍵在于原料須在有嚴格溫的快速熱解液化工藝。在各種工藝中反應器都是度控制的特制反應器中以很短的滯留時間在極快其核心部分因為反應器的類型及其加熱方式的選的加熱和熱傳導速率下迅速轉變成熱解蒸氣。擇在很大程度上決定了產物的最終分布所以反應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,會在生物關鍵環(huán)節(jié)4-5。目前的國外開發(fā)的反應器種類很原油中產生不穩(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器引出來的熱解蒸氣必須快速機械接觸式反應器這類反應器的共同點是通徹底地予以分離。過一灼熱的反應器表面直接或間接與生物質接觸,冷凝熱解產生的氣體由產生到冷卻階段的時將熱量傳遞給生物質使其高速升溫從而達到快速間及溫度對液體產物的質量和成分有很大的影響,熱解。其采用的熱量傳遞方式主要為熱傳導常見此段時間越長二次裂解生成不可冷凝氣體的可能的有燒蝕熱解反應器、絲網熱解反應器、旋轉錐反應性越大。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期間接式反應器這類反應器的主要特征是由失起到了很好的作用同時還進行了對熱解氣體的高溫旳表面或熱源提供生物質熱解的所需熱量其快速引導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的旋轉速率屬此類下進行收到了良好的效果。流或氣固多相流對生物質進行快速加熱起主導熱4開發(fā)前景量傳遞的方式主要為對流換熱,但熱輻射和熱傳導生物質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。應器、循環(huán)流化床反應器等。生物質熱解液化技術在此基礎上發(fā)展不但能帶來真空熱解反應器生物質顆粒進入反應器后被經濟效益而且還能促進環(huán)保的發(fā)展前景非常看送到兩個水平的恒溫金屬板間受熱解裂解產生的好。揮發(fā)分依靠反應器的真空狀態(tài)很快被帶出反應器,參考文獻直接輸入到兩個冷凝系統,個收集重油,個收集輕油和水分。該系統最大的優(yōu)點是真空下一次裂[1]郭艷等.生物質快速裂解液化技術的進展J.化工解產物能很快脫離反應器從而降低了二次反應的進展2002(8)13-17幾率但需要真空泵的正常運轉以及反應器極好的[2]李炳煥.生物質能源的開發(fā)利用與前J]唐山師范密封性來保證而這在實際應用時將會加大投資成學院學報2002242)36-38本以及運行難度。[3]吳創(chuàng)之凸馬隆龍.生物質能利用技M].北京北學雖然熱解液化反應器多種多樣但是它們的工工業(yè)出版社2003藝流程一般相似主要包括:物料的干燥、粉碎、熱粉碎、執(zhí)[4] A V bridgwater; G C Peacocke e. Fast Pyrolysis Pro-cesses for Biomass[ J]. Renewable and Sustainable Energy解、氣態(tài)生物油的冷卻和生物油的收集。3.2國內的研究現狀及旋轉錐式反應器的結構[5]廖艷芬王樹榮等.生物質熱裂解制取液體燃料技術國內在生物質熱解液化技術方面的研究起步較的發(fā)罳J].能源工程2002(2)晚目前還沒有達到象國外的那種成熟階段。但是,當已有很多研究機構正在從事該技術的研究也開發(fā)了多種反應器主要以接觸式和混合式為主具有代2003年我國特種設備表性的是流化床式反應器和旋轉錐反應器。東北林業(yè)大學自行研制的旋轉錐式反應器的結事故總數下降25%構如圖2所示采用內加熱和壁加熱相結合的加熱方式熱載體在保溫層的保護下進行外循環(huán)并且在2003年我國特種設備事故繼續(xù)保持穩(wěn)中有降反應器周圍都進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下降了25%。這是國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局黨組書記李傳卿在生物質熱載體2004年1月7日舉行的全國質量技術監(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%死亡人數下降了37%,直接經濟損失下降了15%特種設備安全狀況步入良性軌道據李傳卿介紹2004年要加強特種設備安全監(jiān)旋轉錐察工作突出監(jiān)管重點對發(fā)生事故可能造成群死群傷、惡劣社會影響的重大危險源實施重點監(jiān)控確保保溫層設備定檢率100%,作業(yè)人員持證率100%防止重內加熱器特大事故的發(fā)生。同時要建立完善各級領導責任圖2旋轉錐反應器結構示意圖制和安全監(jiān)察部門、技術檢驗機構責任制。