生物质专题1.ppt

生物质热解液化及其应用;第一节 概述 ;热解是将生物质转化为有用燃料的基本热化学过程。生物质在缺氧加热或部分氧存在时燃烧，可以产生含各种碳氢化合物的气体混合物、油状的液体和含碳的固体残余。控制热解的条件(主要是反应温度，升温率等)可以得到不同的热解产品。 ; 热解的主要产物包括气体、液体和焦炭。 具体组成与性质取决于热解的方法和反应参数： 低温与低加热速率可使固体焦炭产量达到最大； 中温和高热速率时，可避免有机蒸气中高分子量物质进一步分解； 高加热速率也减少了焦炭的形成。这个过程即所谓的快速热解。 快速热解的主要产物为气体和液体燃料，在没有空气的情况下，将有机物质快速加热到450 ℃-600 ℃产生有机蒸汽、热解气体和炭。有机蒸汽冷凝后即为热解油。 通常液态油的转化率为70％-75％。热解油比固体生物质容易处理和具有更稳定的性质。干净的液态油可作为有广泛用途的中间体。 ;半纤维素、纤维素与木质素的降解特性可表示如下： 半纤维素热降解＞纤维素＞木质素;生物质热解液化定义　：;影响生物质热解液化最主要的四个参数 ;在中温、高加热速率和极短气体停留时间(约2s)的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却，可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，得到高产量的生物质液体油，液体产率(质量比)可高达70％-80％。气体产率随着温度和加热速率的升高及停留时间的延长而增加，较低的温度和加热速率会导致物料的碳化，使固体生物质炭产率增加。 快速热裂解液化反应对设备及反应条件的要求比较苛刻，但其最大的优点在于产品油的易存储和易运输，不存在产品的就地消费问题，因而得到了国内外的广泛关注。 ;国内外进展：;荷兰的Twent 大学和BTG公司联合研制出一种旋转锥快速热解反应器， 特点是不需要惰性载气， 加热速率最高达到5000 K/ s , 质量产油率最高可达70 % 。 英国Aston 大学开发了烧蚀反应器， 该设备的主要原理是外界提供高压使生物质颗粒以相对于反应器高温表面( t ≤600 ℃) 高速( v 112 m/ s) 移动并热解。最后可以获得质量产率为77.6 %的液体产物， 且具有较好的物理、化学稳定性。 ;加拿大的laval 大学开发了真空床反应器，物料在450 ℃， 15 kPa 的条件下在真空中热解，生物油的质量产率为35 %。 美国可再生能源实验室建造了烧蚀涡流反应器，物料在水蒸气或氮气的推动下以螺旋轨道方式在反应器壁上旋转前进， 在600 ℃左右的条件下热解， 可以获得质量产率为67 %的生物油。 ;国内也有不少单位开展这方面的研究，如沈阳农业大学、中科院广州能源研究所、中科院过程研究所、浙江大学、华东理工大学、山东理工大学、东北林业大学等。;任铮伟等在最大进料速率为5 kg/ h 的快速裂解流化床内进行了快速热解生物质制取液体燃料的研究。反应在常压和420～525 ℃温度范围内进行， 以木屑为原料， CO2 为流化气， 石英沙为传热介质， 最大液体质量产率达到70 %。 戴先文等以木屑为原料，氮气为流化气， 采用石英沙作为传热介质，在循环流化床中进行快速热解实验。当温度为550 ℃， 木屑粒径0.38 mm ， 停留时间0.8 s时， 液体质量产率为63 %。 徐保江等用一套小型旋转锥快速热解反应器， 以松木屑为原料、保护气为氮气、沙子为传热介质， 在加热速率为1000℃/ s 的条件下， 进行了快速热解实验， 质量产油率接近60 %。;中国科学技术大学在广泛吸取国内外有益经验的基础上，于2004年成功研制出具有工业应用雏形的自热式快速流化床生物质热解液化装置 ;第二节 热解液化反应机理和模型 ;纤维素热分解反应途径 :(广泛应用);由上图不难发现：;Antal等对Kilzer图的评述 ：;近年来，一些学者相继提出了与二次裂解反应有关的生物质热裂解途径，但基本上都是以Shafizadeh模型为基础，其中各反应常数符合阿累尼乌斯定律，即 ;反应序号i;　　　　　Shafizadeh模型的解释 　　　虽然生物质热裂解生成焦油的速率随温度上升而增加，但焦油的二次反应也因温度升高而加剧，二者存在一个平衡点，在平衡点附近进行生物质热裂解，焦油产率自然为最高，但这个平衡点与很多因素有关，且往往存在一个平衡点的范围，必须通过大量试验方能获得。 ;二、从反应进程分析 ;　水蒸汽通过对流和扩散的移动，大部分向外运动，但也可能存在向粒子内部较冷的部位移动，从而在这些地方冷凝下来。 　当温度超过250℃时，裂解反应将大量发生，开始时主要在粒子的外表面处，随着传热的进行，反应层逐渐向内移动； 　裂解产生的蒸汽由粒子内部向外移动，主要通过对流进行； 　其他过程，如粒子的