第四章 生物质热裂解技术.pptVIP

升温速率的影响升温速率增加，物料颗粒达到热裂解所需温度的响应时间变短，有利于热裂解；同时颗粒内外的温度差变大，传热滞后效应会影响内部热裂解的进行。 提高升温速率，热解反应途径和反应速率都会发生改变，并进而导致固相、液相和气相产物都有很大改变。当升温速率增高时，焦油的产量将显著增加，而木炭产量则大大降低；反之，低温、低传热速率（长滞留时间）时，木炭产量增加。 不同升温速率下的裂解产物： 慢速热裂解：低温、长滞留期，主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别可达到30%和50%（质量分数）； 常规裂解：温度小于600℃，采用中等反应速率，其生物油、不可冷凝气体和炭的产率基本相等； 不同升温速率的裂解产物： 闪速热解：温度在500~650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，其生物油产率可达到80%（质量分数）；同样的闪速热裂解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要生成气体产物，产率高达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭。 气相滞留期在给定颗粒粒径和反应温度条件下，为使生物质彻底转化，需要很小的固相滞留期。 原因：生物质加热时固体颗粒因化学键断裂而分解。在分解初始阶段，形成产物有挥发分，以及高相对分子量的产物，它们在颗粒内部与固体颗粒和炭进一步反应，此二次反应受挥发产物在颗粒内和离开颗粒的质量传递率影响；当挥发分离开颗粒后，焦油和其它挥发物还将发生二次裂解。 压力 压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热裂解产物产量分布。 较高的压力下，挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在较低压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，限制了二次裂解的发生，可增加生物油产量。 含水率的影响生物质水分含量将直接影响热解时间和所需热量。水分的存在对液体的理化特性有影响，并可能导致在液体萃取过程中出现油相和水相的分离。 当生物质含水率较高时，热解所需时间较长，且热解所需的热量也要增加。水分含量过低亦有不良影响，如对于木材干馏操作，会降低木炭的产量和机械强度。 催化剂的影响 碱金属碳酸盐能提高气体、炭的产量，而降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使气体产物中的H2/CO增大； 钾离子能促进CO，CO2的生成，但几乎不影响水的生成。氯化钠能促进纤维素反应生成水、CO和CO2。 氢氧化钠可提高油产量，抑制焦炭的产生，特别是增加了可抽提物质的含量，其中以极性化合物为主； 加氢裂解能增加生物油的产量，并使油的分子量变小； 活性氧化铝、天然硅酸盐催化剂的作用下，油产量均能提高。 生物质热裂解技术的应用 生物质热裂解炭化 生物质裂解液化 工业用途 农业用途 生活用途 电力行业 石油行业 建材行业 钢铁行业 化工行业 每8小时加料1次，每1小时出料1次，物料停留4-5h，木炭率25-30 生物质热裂解液化工艺的发展 1980 1990 1995 2000 2005 2010 20世纪80年代初，加拿大Waterloo大学开始了以提高液体产率为目标的循环流化床研究，为现代快速、闪速裂解提供了基础，被公认为本领域中最广泛深入的研究成果。 1990年左右，欧美一些国家开始建设速热解示范性工厂或试验台。 1995年左右，目前生物质热解制油主流设备已经普遍完成研发。之后，随着试验规模的反应装置逐步完善化，欧美示范性和商业化运行的热裂解项目不断开发和建造。 2000年左右，中国各科研机构纷纷开始对生物质热解设备的研发。 2005年后，国外科研机构开始加大力度研发生物油的深加工技术。 近期，中国一些科研机构也开始研发生物油的深加工技术。 生物质热解技术在世界上还属于新技术，生产工艺上尚有很多问题有待解决和完善。 中国在生物油热解液化设备研究方面明显落后于国外，国内开发的反应器主要以接触式和混合式为主，具有代表性的是流化床式反应器和旋转锥反应器。目前我国热解液化工艺整体上尚有许多需要改进之处。 国外对生物油深加工的研究早已展开，但是暂时没有取得突破性进展。 中国在生物油深加工方面的研究尚处于起步阶段，研发的机构不多。东北林大、中科大、山东理工对生物油与柴油混合制备乳化油技术进行了研究，但短期内无法取得突破性进展。 生物质热裂解液化工艺 生物质热裂解液化工艺的主要目的在于生成通常被称为生物油、热裂解油、生物原油的液体产物。 热裂解液化工艺可分为：快速热裂解工艺、常规热裂解及气化工艺。 快速热裂解：在极短的时间内完成，并且是迅速淬冷，使初始产物没有机会进一步降解成小分子不冷凝气体，增加了液态生物油的产量，得到粘度和凝固点较低的生物油。 生物油的制取上现在几乎都是通过快速热裂解得到。 生物质快速热裂解一般遵循3个基本原