第20卷第2期應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)Vol. 20, No. 2002年6月JOURNAL OF APPLIED SCIENCESJune 2002文章編號:0255-829X2002)2-0215-03生物質(zhì)熱解液化試驗(yàn)研究曾忠〔上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,上海20003)摘要:介紹了自行設(shè)計(jì)的一套小型旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解液化系統(tǒng)并以松木屑為例詳細(xì)說明了其熱解液化生產(chǎn)生物質(zhì)油的過程和相關(guān)工藝參數(shù)關(guān)鍵詞:熱解液化;生物質(zhì)油;可再生能源中圖分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AThe Technology of Rotating Cone Pyrolysis of BiomassZENG ZhongSchool of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science andTechnology Shanghai 200093, ChinaAbstract: In this paper a biomass flash pyrolysis system with a rotating cone reactor is introduced. As an example we define the process of pyrogenation and liquefaction of wood-bits and the related technical parameordene生物質(zhì)是地球上最普遍的一種可再生能源,它棄物)來生產(chǎn)氣體、液體和固體等燃料和化學(xué)產(chǎn)具有揮發(fā)組分高、碳的活性高、硫含量低、灰分低、品2-41采用該技術(shù)比其他處理技術(shù)可獲得更多的量大價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn).生物質(zhì)遍布于陸地和水域的千萬能源和更大的效益種植物之中猶如一個(gè)巨大的太陽能化工廠不斷地將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并以有機(jī)物的形式儲(chǔ)存1熱解液化機(jī)理及產(chǎn)品于植物內(nèi)部.如何更好地開發(fā)和利用生物質(zhì),使它在21世紀(jì)發(fā)揮重要作用已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的1.1熱解液化機(jī)理問題1熱解是生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給的情況以前生物質(zhì)能的利用一般采用直接燃燒取熱下的熱降解過程其溫度一般在500~800℃和厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法.但此種方式由于水分生物質(zhì)種類各異成分十分復(fù)雜,一般由纖維多、單位熱量低、容積大、資源分散,十分不利于收素、半纖維素和木質(zhì)素3種主要物質(zhì)以及一些少量集、儲(chǔ)存和運(yùn)輸.因此將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為髙品位、能量提取物組成其熱裂解過程見圖1.首先,熱量傳到密度高能量載體的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)越來越受生物質(zhì)顆粒表面局部迅速分解為炭和油蒸氣油蒸到人們的關(guān)注生物質(zhì)熱裂解技術(shù)以連續(xù)的工藝和氣包△休生物油和不可冷凝氣體當(dāng)油工廠化的生產(chǎn)方式將低品位的用常規(guī)方法難以處理蒸氣中國煤化工分解為穩(wěn)定的氣體和的有機(jī)生物質(zhì)如鋸末、稻殼、樹枝以及其他有機(jī)廢焦油CNMHG收稿日期:2001-01-20;修訂日期:2001-08-30基金項(xiàng)目:教育部骨干教師基金項(xiàng)目(4077)作者簡癤繼揖4-)男四川中江人副教授博土216應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)不可冷凝氣體和氣焦油生物質(zhì)沙粒圖1生物質(zhì)分解的反應(yīng)途徑液化就是將熱解氣體在高溫下驟冷避免油蒸生物質(zhì)油氣的二次裂解最大限度地生產(chǎn)液態(tài)生物質(zhì)油熱解機(jī)理的研究結(jié)果表明改變加熱速率和反圖3旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解液化系統(tǒng)應(yīng)溫度等工藝參數(shù)可改變氣體、液體和炭3種產(chǎn)品送料系統(tǒng)包括生物質(zhì)輸送和熱載體(沙粒腧輸?shù)谋壤?采用螺旋輸送機(jī)構(gòu)將生物質(zhì)送入反應(yīng)器同時(shí)通1.2熱解液化產(chǎn)品與應(yīng)用入一定壓力的氮?dú)庖源龠M(jìn)生物質(zhì)流動(dòng)沙粒在送入熱解生產(chǎn)的液體產(chǎn)品為較濃的黑色油狀物由前用煤氣加熱至反應(yīng)溫度沙?？孔灾芈淙霃?fù)雜的含氧碳?xì)浠衔锝M成其水分一般占重量的反應(yīng)器由旋轉(zhuǎn)的外錐、靜止的內(nèi)錐、電加熱元件20%黏度范圍在輕質(zhì)油與重燃油之間與生物質(zhì)具和絕熱密封殼體組成其工作原理如圖4有相同的元素,熱值較高(20~25MJ/kg),pH值較低有一定的腐蝕性生物質(zhì)氮?dú)鉄峤鈿怏w固體產(chǎn)品為炭熱解氣體產(chǎn)品含有烴類其高熱粒值大約15~22M/Nm3低熱值為4~8MJ/N熱解液化產(chǎn)品的應(yīng)用情況如圖2所示燃料加熱反應(yīng)器發(fā)電加熱原料作為燃料銷售作為燃料銷售圖4旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖加熱反應(yīng)器炭油漿液干燥原料發(fā)電熱解一體反應(yīng)器由電加熱元件加熱并穩(wěn)定至反應(yīng)溫度加氫處理生物質(zhì)與沙粒相遇沿著熾熱旋轉(zhuǎn)的錐壁螺旋上升圖2熱解產(chǎn)品及應(yīng)用在無氧情況下被迅速加熱到裂解溫度而分解成氣由于液體產(chǎn)品具有較高的能量容積密度且是體產(chǎn)物隨即從反應(yīng)器流出以抑制氣態(tài)油進(jìn)一步裂潛在的高級燃料的替代物有較大的市場優(yōu)勢引起解.沙粒既和熱錐面一起向生物質(zhì)傳熱又可防止生了科技界的濃厚興趣成的炭在錐表面的沉積.沙粒和熱解產(chǎn)生的炭被拋離并被收集在下面的沙箱中2旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解液化裝置產(chǎn)品收集系統(tǒng)由旋風(fēng)分離機(jī)和冷凝器兩部分組成.流出反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器將本文設(shè)計(jì)建立了一套小型的旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)閃夾帶的少量的炭分離出去后進(jìn)入冷凝器熱量被循速熱解液化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示.該系統(tǒng)以較高的環(huán)水帶走可冷凝的氣態(tài)物質(zhì)凝結(jié)成生物質(zhì)油排放加熱速率1000C0以上對生物質(zhì)加熱然后將生到生物質(zhì)油收集器中不可冷凝的氣體產(chǎn)物(CO物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解氣體在600℃左右(視生物CO2中國煤化工空燃燒或作他用質(zhì)種類的不同而異煴度下驟冷可使熱解中間產(chǎn)物CNMHG冷凝防止高分子化合物熱解為氣體產(chǎn)品最大限度3試驗(yàn)過程地生產(chǎn)液體生物質(zhì)油該裝置由送料系統(tǒng)、反應(yīng)器、產(chǎn)品收集系統(tǒng)三部3.1試驗(yàn)原料分組成加主能為10kg/h生物質(zhì)料生物質(zhì)材料為松木屑粒徑為100~200m,密期曾忠:生物質(zhì)熱解液化試驗(yàn)研究度100~135g/LH值5.5左右使用前烘干.沙粒按照上述工藝參數(shù),產(chǎn)油率約20%~23%這粒徑范圍在lmm左右,去除泥土.氮?dú)庥靡员苊馑杀葒?0%~70%的最高水平還有一定的差距.因木屑與空氣中的氧氣接觸同時(shí)促進(jìn)生物質(zhì)流動(dòng).此我們的反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)有待于進(jìn)3.2試驗(yàn)過程步改進(jìn)和優(yōu)化(1)裝料:松木屑和沙粒3.3.2生物質(zhì)油特性(2)加熱沙粒:600℃試驗(yàn)得到的生物質(zhì)油為棕黑色液體流動(dòng)性比(3)加熱反應(yīng)器:600℃較好有濃烈的刺激性氣味經(jīng)測試其特性分析結(jié)果4)供給冷卻水:流量為0.2L/s見表(5)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)錐:400r/min6)系統(tǒng)清洗:通入氮?dú)?min4應(yīng)用前景(7)進(jìn)行反應(yīng):沙粒流速100kg/h,生物質(zhì)流速:10kg/h(1)由于石油、天然氣和煤炭等儲(chǔ)量有限會(huì)逐8)停止反應(yīng):停止加熱停止送生物質(zhì)、沙步枯竭人們不得不逐步轉(zhuǎn)向開發(fā)和利用可再生的粒停止輸?shù)獨(dú)怅P(guān)閉冷卻水停止錐轉(zhuǎn)動(dòng)生物質(zhì)能(9)收集生物質(zhì)油2)把普通的固體生物質(zhì)燃料熱解液化為品位(10)清洗系統(tǒng)較高的液體燃料已經(jīng)成為生物質(zhì)能的發(fā)展趨勢3.3試驗(yàn)結(jié)果3)從有機(jī)廢棄物的利用和環(huán)境保護(hù)出發(fā),研3.3.1產(chǎn)油率究生物質(zhì)熱解液化技術(shù)也是一項(xiàng)有利于子孫后代的表生物質(zhì)油特性分析結(jié)果迫在眉睫的重大課題和一條開發(fā)可再生能源的新的途徑碳44.67±0.067.68±0.0參考文獻(xiàn)0.20±0.01[1]丁淑珍王孟杰.生物質(zhì)能的開發(fā)利瓶J]農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)19939(4)51-570,008±0.0.014±02 J Bridgewater A V. Opportunities for biomass pyrolysis liquid0.014±0.003duction and upgrading[ J ] Energy and Fuel, 1992, 6(2):]l3-120黏度(20℃)mm2/s[3]李文李保慶.生物質(zhì)的熱解與液體產(chǎn)物的精制J]新能源19971910)22-28gOh/g[4]徐保江,曾忠.旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解生物質(zhì)試驗(yàn)研究沸點(diǎn)℃105.0J]環(huán)境工程,J999,175)71-74.中國煤化工CNMHG