第37卷第1期林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備Vol 37 No. 12009年1月FORESTRY MACHINERY WOoD WORKING EQUiPmENTJan.2009述生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現(xiàn)狀及展望李曉娟,常建民,范東斌(北京林業(yè)大學(xué),北京100083)摘要:概述了生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換利用方法,重點(diǎn)介紹了生物質(zhì)的快速熱解技術(shù),綜述了快速熱解技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);快速熱解;生物油中圖分類號:062125;S216文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號: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生物質(zhì)是一種環(huán)保型的可再生能源,它是地球上的綠色植物通過光合作用獲得的各種有機(jī)物質(zhì),主要收稿日期:2008-1022包括林業(yè)生物質(zhì)、農(nóng)業(yè)廢棄物水生植物、能源作物、城中你一著新型加工設(shè)備,筆者認(rèn)為將其單列有利于它的發(fā)展品采集加工機(jī)械按標(biāo)號列出,造林機(jī)械的代碼為其產(chǎn)人造板貼面機(jī)械和細(xì)木工板生產(chǎn)機(jī)械按行業(yè)分類業(yè)代碼。應(yīng)該歸屬其它人造板機(jī)械但我國細(xì)木工板和貼面板已由于我國大學(xué)現(xiàn)在的專業(yè)目錄已經(jīng)沒有林業(yè)機(jī)械經(jīng)具有一定的規(guī)模單列有好處。其它人造板機(jī)械則指木工機(jī)械專業(yè),本文的行業(yè)分類對大學(xué)的學(xué)科建設(shè)、專木塑復(fù)合材、重組木、膠拼板等,它們的行業(yè)產(chǎn)業(yè)方向代業(yè)設(shè)置課程設(shè)置影響不大但對今后教材的撰寫、研究碼都?xì)w類為2129。生研究方向有一些影響。具體教材的章節(jié)撰寫、研究生同樣,門窗加工機(jī)被、地板加工機(jī)械、模板加工機(jī)研究方向修改可以參考本文的分類。對行業(yè)方向細(xì)分械裝飾條加工機(jī)械也只能共享2031這個(gè)代碼。后各專業(yè)委員會可以在委員會下面按產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與對于非木質(zhì)家具機(jī)械筆者將其分成3組由于C24研發(fā)方向增設(shè)行業(yè)聯(lián)誼會將各個(gè)行業(yè)進(jìn)行細(xì)化,產(chǎn)業(yè)的塑料家具不屬于林業(yè)與木工機(jī)械行業(yè)的范疇,沒有單產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與研發(fā)方向完全一致的企業(yè)組織有助于同類列。因此將塑木復(fù)合家具機(jī)械作為C214的一部分列入企業(yè)規(guī)劃自己的行業(yè)發(fā)展及研發(fā)方向,調(diào)整價(jià)格和規(guī)劃非木質(zhì)家具機(jī)械比較合理同樣鋼木復(fù)合家具機(jī)械作為市場也可成立同業(yè)聯(lián)誼會,以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展C213的部分放入非木質(zhì)家具機(jī)械更為合適。如果木材在這兩種原材料中占主要部分塑料和鋼材僅占其中很少4結(jié)束語的部分,一般稱之為木塑復(fù)合家具和木鋼復(fù)合家具機(jī)械他們可以作為板式家具和實(shí)木家具機(jī)械并入前面2組中。業(yè)機(jī)管中圖化行業(yè)的管理科學(xué)化坦洲如供參考。逐步完善林由于塑木復(fù)合家具和鋼木復(fù)合家具機(jī)械在非木質(zhì)家具機(jī)包容CNMHG地分配行業(yè)和產(chǎn)業(yè)產(chǎn)械中所占比例較大所以單獨(dú)列出。其它非木質(zhì)家具機(jī)械品結(jié)構(gòu)與研發(fā)方向設(shè)置,是調(diào)動全行業(yè)積極性的基本條件。則包括石木復(fù)合家具和玻璃木材復(fù)合家具機(jī)械等。參考文獻(xiàn):林業(yè)機(jī)械的分類基本遵循原來的原則,將林副產(chǎn)[1]cBn4154200國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類與代碼(s林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備第37卷市垃圾、有機(jī)廢水和人、畜糞便等。生物質(zhì)能源是可再轉(zhuǎn)換過程;二是實(shí)現(xiàn)工業(yè)性應(yīng)用。國外研究表明,生生能源的重要組成部分,其作為一種環(huán)境友好型能源,物油經(jīng)過加氫處理和沸石合成技術(shù),可轉(zhuǎn)化成高級已引起了越來越多的人關(guān)注。生物質(zhì)能源的利用將是的烴類燃料。除了用作燃料外,也可作為化工業(yè)的21世紀(jì)能源的發(fā)展方向,人類對生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化和利用重要原料。的研究是擺在我們面前的重大課題2國內(nèi)外快速熱解技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1生物質(zhì)熱解技術(shù)概述2.1生物質(zhì)快速熱解技術(shù)生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換利用方法可歸結(jié)為生物法(微生物法)化學(xué)處理法和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法三種。其中,熱化學(xué)自20世紀(jì)80年代以來,生物質(zhì)快速熱解技術(shù)有轉(zhuǎn)化法主要包括直接燃燒液化、氣化和熱解等四個(gè)方了很大的發(fā)展。國際能源署(EA)組織了加拿大、芬面,下面僅對熱解技術(shù)加以簡要介紹。蘭、意大利、瑞典、英國和美國等國家的十幾個(gè)研究小組進(jìn)行了十余年的深入研究,重點(diǎn)對這一過程發(fā)展的1.1熱解機(jī)理潛力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性及參加國際間的技術(shù)交流等進(jìn)生物質(zhì)熱解是其在完全無氧或缺氧的條件下熱行了評估和協(xié)調(diào),所發(fā)表報(bào)告得出的結(jié)論十分樂觀裂解為可燃?xì)怏w、液體生物油和固體生物質(zhì)炭的過到1995年初加拿大、芬蘭和荷蘭等國已有20余套熱程,這三種產(chǎn)物的比例取決于熱解工藝和反應(yīng)條件。解裝置在運(yùn)行中,此領(lǐng)域的許多學(xué)者都在進(jìn)行該項(xiàng)技在生物質(zhì)熱解過程中,熱量傳遞從生物質(zhì)表面開始。術(shù)的研究。生物質(zhì)顆粒被加熱后迅速裂解成木炭和油蒸汽,油在我國,沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)開展了“生物質(zhì)熱裂解液化蒸汽包括可冷凝氣體和不可冷凝氣體,可冷凝氣體技術(shù)”的研究工作,并在生物質(zhì)熱裂解過程的實(shí)驗(yàn)和理經(jīng)過快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反應(yīng)可生論分析方面取得了很大的成效。近年來,浙江大學(xué)、科成生物質(zhì)炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙學(xué)院化工冶金研究所、河北省環(huán)境科學(xué)院等單位也進(jìn)生物質(zhì)顆粒內(nèi)部的揮發(fā)分將進(jìn)一步裂解,形成不可行了生物質(zhì)流化床液化實(shí)驗(yàn);山東工程學(xué)院則開發(fā)了冷凝氣體和熱穩(wěn)定的二次生物油。同時(shí),當(dāng)揮發(fā)分氣等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù)。體離開生物顆粒時(shí),進(jìn)行第二次裂化分解,即二次裂,2快速熱解反應(yīng)器解反應(yīng)。生物質(zhì)熱解后最終生成生物油、不可冷凝氣體和生物質(zhì)炭。反應(yīng)器是熱解工藝的核心部分,反應(yīng)器類型和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。雖然12熱解分類反應(yīng)器多種多樣,但它們的工藝流程相似,主要包括生物質(zhì)熱解分低溫慢速熱解、中溫快速熱解和物料的干燥、粉碎、熱解、氣態(tài)生物油的冷卻和生物髙溫閃速熱解。a.低溫慢速熱解為生物質(zhì)在極低的升油的收集。溫速率、溫度約500℃以下的條件下發(fā)生降解,反應(yīng)目前國外開發(fā)的反應(yīng)器主要分為以下幾類:機(jī)械時(shí)間為15min至幾天,產(chǎn)物以木炭為主,產(chǎn)炭率最高接觸式反應(yīng)器間接式反應(yīng)器和混合式反應(yīng)器。國外可達(dá)到35%。b.中溫快速熱解為生物質(zhì)在溫度約對反應(yīng)器的研究主要有美國、加拿大、芬蘭、意大利、500-650℃的條件下發(fā)生降解,產(chǎn)物以液體生物油為英國和瑞典等國。荷蘭喬特( Twente)大學(xué)開發(fā)的旋轉(zhuǎn)主。c高溫閃速熱解為生物質(zhì)在溫度約700-1100℃的錐式反應(yīng)器采用反應(yīng)器壁加熱的方式,不用載氣,且條件下發(fā)生降解,產(chǎn)物以可燃?xì)怏w為主。生物油產(chǎn)率很高,達(dá)到物料的70%;缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模生物質(zhì)熱解制取生物油技術(shù)所采用的溫度為常壓小,能耗較高。美國喬治亞理工學(xué)院GT開發(fā)的攜帶中等溫度(約500℃),升溫速率高達(dá)1000010000,床反應(yīng)器,是利用內(nèi)部高溫?zé)釤煔鈱⑸镔|(zhì)快速加蒸汽停留時(shí)間在2s以內(nèi)。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)所制得的液熱生物油產(chǎn)量為物料的50%;缺點(diǎn)是需要大量熱煙體生物油的產(chǎn)率高,僅有少量可燃的不凝性氣體和炭氣,而且還產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣。加拿大森林工生程中國煤化立器設(shè)備小巧,氣相停生物質(zhì)快速熱解的最大優(yōu)點(diǎn)是它可以最大限留一大裂解;缺點(diǎn)是需要度地生產(chǎn)生物油。生物油與原生物質(zhì)比較具有較高載氣CNMH進(jìn)行流化。美國太陽的能量容積密度,且容易處理儲存和運(yùn)輸,它代表能研究所(SER已開發(fā)出渦旋反應(yīng)器,加拿大拉瓦爾了今后生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換和利用的方向。目前生物質(zhì)快( Laval)大學(xué)則開發(fā)出多層真空熱解磨反應(yīng)器,目前又速熱解研究的重點(diǎn),一是尋找最優(yōu)工藝參數(shù)、控制研究出了熱等離子體快速熱解液化的新方法,它采用第1期李曉娟,等:生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現(xiàn)狀及展望熱等離子體加熱生物質(zhì),使其迅速分離、冷凝而得到已經(jīng)成為生物質(zhì)能的發(fā)展趨勢。生物質(zhì)能源作為一種液體產(chǎn)物。新型能源,具有能量密度高清潔和可再生等優(yōu)點(diǎn)將目前國內(nèi)開發(fā)的反應(yīng)器還沒有達(dá)到國外那種成是人類能源研究的主要方向。熟階段。國內(nèi)開發(fā)的反應(yīng)器主要以接觸式和混合式然而,目前生物質(zhì)快速熱解技術(shù)還存在一些問為主,具有代表性的是流化床式反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)錐反題:如各種熱解反應(yīng)器在使用上都有各自的缺點(diǎn),還應(yīng)器。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)20世紀(jì)90年代引進(jìn)了荷蘭研有待于改進(jìn);生物油的含氧量高,物理和化學(xué)性質(zhì)不制的第一代閃速旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器,近年來設(shè)計(jì)了三錐穩(wěn)定,長時(shí)間貯存會發(fā)生相分離及沉淀;不同的生物組合式熱解反應(yīng)器,初步實(shí)驗(yàn)已取得成功。東北林業(yè)油性質(zhì)差別很大,生物油的使用和銷售缺少統(tǒng)一的大學(xué)研制的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器,在其周圍進(jìn)行了保溫標(biāo)準(zhǔn)等等。針對以上問題,今后研究的方向應(yīng)主要集處理,采用內(nèi)加熱和壁加熱相結(jié)合的加熱方式,提高中在以下幾方面:①生物質(zhì)快速熱解技術(shù)與生物質(zhì)了加熱效率。原料相適應(yīng),將適宜的反應(yīng)器、反應(yīng)工藝和反應(yīng)條件總之,上述快速熱解反應(yīng)器中被人們廣泛釆用的有機(jī)地結(jié)合在一起;②提高熱解產(chǎn)物的得率;③加大是循環(huán)流化床反應(yīng)器。該工藝的加熱傳熱速率及產(chǎn)油生物油的加工精制;④制定統(tǒng)一的生物油使用和銷率較高,而且處理規(guī)模也較大。售標(biāo)準(zhǔn)。23產(chǎn)物的應(yīng)用參考文獻(xiàn)[1]林木森蔣劍春生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現(xiàn)狀[刀]生物質(zhì)化學(xué)工程生物質(zhì)快速熱解的產(chǎn)物有氣體、液體和固體。氣2006,40(1):21-26體是由H2、CO、CO2、CH4、C2H6、CH4等組成的可燃性氣[2]吳新華我國木材熱解工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展動向福建林學(xué)院學(xué)體。固體為焦炭,其可被加工成活性炭用于化工和治報(bào),1993,13(3):306-310煉。液體產(chǎn)物即是生物油(bio-ol),但生物油的含氧量[3]郭艷生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的研究進(jìn)展[技術(shù)進(jìn)展.01l高,吸濕性強(qiáng),長時(shí)間貯存會發(fā)生相分離及沉淀。因(8):13-1此,在大規(guī)模利用生物油前,必須對其進(jìn)行精制處理[4]張無敵等新能源[M]2000目前我國對生物油進(jìn)行精制處理的方法主要有加氫[5]丁啟朔農(nóng)村能源M]1998催化和催化裂解,后者較為經(jīng)濟(jì)。由于液態(tài)產(chǎn)品中還[6]高蔭榆雷占蘭郭磊等生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)及其進(jìn)展研究[刀江西科學(xué)2006,24(6):529-533含有多種通過常規(guī)石油化工合成工藝不易合成的物(7]米鐵唐汝江,陳漢平等生物質(zhì)氣化技術(shù)及其研究進(jìn)展門]化質(zhì),所以可從中提取高附加值的化工產(chǎn)品,例如提取工裝備技術(shù),2005,26(2):50-56液態(tài)產(chǎn)物中的苯酚,可用于酚醛樹脂的生產(chǎn)中,以降[8] Bridgwater A VPrinciples and practice of biomass fast pyrolysis低酚醛樹脂的成本;在裂解前加入NaC(催化劑),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進(jìn)行催化,可以提高液態(tài)產(chǎn)品中呋喃的含量。但由于劉菜厚新能源工程M北京中國農(nóng)業(yè)出版社200以上技術(shù)成本均較高且不夠成熟,故目前還沒有被廣[10任錚偉徐清陳明強(qiáng)等流化床生物質(zhì)快速裂解制液體燃料[]太陽能學(xué)報(bào),2002,23(4):462-466泛應(yīng)用。目前,美、英等國家利用生物質(zhì)生產(chǎn)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):興起,并已達(dá)到實(shí)用階段。在美國威斯康星州,由279-242.ENSYN Technology Inc設(shè)計(jì)的加工能力為25天的生[12]姚福生,易維明,等生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)[]中國工程科物質(zhì)快速熱解裝置已投入生產(chǎn),其生產(chǎn)出的生物油一學(xué),2001,3(4):63-67部分用于食品添加劑,另一部分用于商業(yè)性的燃料。[13]劉世鋒王述洋,白雪雙生物質(zhì)閃速熱解技術(shù)及生物油的應(yīng)用在加拿大的渥太華,一個(gè)加工能力為5u/天的快速熱解[J林業(yè)勞動安全,2006,19(1):29-3裝置現(xiàn)正在運(yùn)行,效率為95%,其產(chǎn)品可作為食品添[4】劉菜厚張春梅我國生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的現(xiàn)狀幾可再生能加劑原料。源,2004,(3):11-14[15]廖芬王樹生物質(zhì)執(zhí)器解制取液體燃料技術(shù)的發(fā)展門中國煤化工生物質(zhì)快速熱解技術(shù)研究展望[16能源短缺是21世紀(jì)人類將面臨的重大問題,類CNMHG熱解生產(chǎn)生物油的裝置山東工程學(xué)院學(xué)報(bào),199,13(3):61-64.不得不開發(fā)出新的可再生能源來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經(jīng)不適應(yīng)于人類文明發(fā)展18 Graham R G, Huffman D. RCommercial Aspects of Rapid Thermal的需求,將普通的固體燃料轉(zhuǎn)化成高品位的液體燃料Processing( RTP )[J].ENSYN Technologies Inc, 1995