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生物质快速热解液化技术_姚福生

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生物质热解液化及其应用(之二)

生物质热解液化及其应用(之二)

生物质热解液化及其应用（之二）
3．第三阶段――气流输送
气流流速继续增加，当气流速度大于固体
颗粒的沉降速度，这时，床层高度大于容器高
度，固体颗粒被气流带走，空隙度增加，床层
压力减少。这种当流速增大到某一数值，使流
速对物料的阻力和物料的实际重量相平衡的流
速，称为“悬浮速度”、“最大流化速度”、“带出
速度”，当气流速度稍高于“带出速度”，被干燥
湿物料进入床层，先落在设备底部设有金属制的 多孔板（又分布板）上，在热气流未足以使其运动时， 物料颗粒层虽与气流接触，但固体颗粒不发生相对位 置的变动，称之固定床。
流体空塔速度v0
容积流量 v0 空床横截面积
生物质热解液化及其应用（之二）
2.第二阶段－－流化床阶段
当通入的气流速度进一步增大，增大到足以 把物料颗粒吹起，使颗粒悬浮在气流中自由运动， 物料颗粒间相互碰撞、混合，床层高度上升，整 个床层呈现出类似液体般的流态，这时，再增加 流速，压力降亦保持不变。
生物质热解液化 及其应用
（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
第四节 生物质热解液化典型技术
一、液化技术分类与比较
生物质热解液化机组一般应包括原 料破碎和烘干用的预处理设备、生物质 进料装置、液化反应器、气固分离装置、 快速冷却装置和气体输送设备等，其中 液化反应器是核心部件，它的运行方式 决定了液化技术的种类。
生物质热解液化及其应用（之二）
热解液化
流化床
有气体载体
循环流化床
喷动流化床
无气体载体
旋转锥式 真空移动床式
生物质热解液化及其应用（之二）
烧蚀式
根据生物质颗粒与热载体(如石英砂)运动方式 的不同，可以将热解液化反应器分为两大类：
破壁前行的绿色巨人_生物质能源_二_生物质能

破壁前行的绿色巨人_生物质能源_二_生物质能


３．利用油料植物所产生的生物油。
大拉瓦尔大学开发的工艺为代表，可以
热化学转换法中有两种生物质气化 使木材的 ５ ０ ％ 转化成液体燃料；４ ． 下行
技术：１．部分氧化法，是煤汽化方法的平 塞式流超快速热解技术，以加拿大西安
行移植，分固定床汽化和流动床汽化，汽 大略大学的工艺为代表。由于产物中多
化方法产生的生物质气以一氧化碳为主， 是烃类气体，后来转而从事烃类的合成
总工程师等职务。社会兼职：上海交大、 预测，２０５０ 年以生物质能为主的可再生
西安交大、清华、浙大等 １４ 所高等院校 能源将提供全世界 ６ ０ ％ 的电力和 ４ ０ ％ 的
兼职教授、名誉教授、名誉院长等。兼任 燃 料 。 并 且 ， 生 物
山东理工大学校长、上海理工大学机械 质能源的利用不会
学院院长和“上海理工大学—上海电气
率低，体积大而不易运输。直接燃烧 控 制
生物质的热效率仅为 １ ０ ％左右。如何 下 ， 可
高效利用生物质能是目前全世界关注 以 使 生
的研究课题。
物质重
纵观高效利用生物质能的技术约有以 量的 ５０－
下几种方式：１．热化学转换法，获得木炭、 ８０％ 转化
焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该 成液体产物；２ ． 流化床液化技术，以加
增加大气中 ＣＯ 的总 ２
集团”联合组建的“技术创新中心”主任。 量 ， 不 会 造 成 温 室
现任北京航空航天大学机械工程与自动 效应，是一种清洁
化学院教授、博导。专长汽轮机技术，在 能 源 。
汽轮机设计和制造技术等领域做出过突
生物质的化学
出贡献，１９９６ 年获中国机械工程学会科 组成是 ２５％ 的木质素
技成就奖，１９９７ 年获何梁何利科技进步 （ 非 糖 分 子 连 接 成
热解生物质制油技术

热解生物质制油技术

热解生物质制油技术热能C074 范竹茵073730摘要：热解技术已经应用到了能源转化的各个方面，它以其快速、清洁等优点引起了人们的广泛关注和研究。

其中生物质的热解为我们提供了新型的能源——生物油。

生物质在热解反应器中进行裂解等一系列的化学反应，通过控制反应的温度、速率和物料的湿度等来调节生物油的各种性质。

同时由于不同的热解反应器以及不同的原料也会使得油的热值、纯净度等一些特性受到影响。

关键词：热解、生物质、生物油、热解反应器、正文：随着全球工业的发展，煤、石油等不可再生的化石能源大量的消耗，人类面临着一场有史以来最严重的能源危机，寻找替代能源已经成为了迫在眉睫的大事。

氢能、核能、太阳能、风能、水能及生物质能等清洁能源备受人们的关注，其中热解生物质制油就是一种用可再生能源代替石油的技术。

热解又称裂解，它是利用热能切断大分子量的有机物、碳氢化合物，使之转变为含碳数更少的低分子量物质的过程，废弃生物质的热解是一个复杂的化学反应过程，包括大分子的键断裂、异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。

热解的优点在于能回收可储输的燃料，可在焚烧温度低的条件下，从有机物中直接回收燃料气和油品。

从资源化角度来看，热解是木质素纤维素转化为燃料乙醇和其他高附加化工产品工艺中的关键性环节。

由于热解温度相对较低，所以NO发生量少、气体生成量仅占焚烧法的几分之一。

热解生物油是用热化学的方法将生物质转化成液体物质，进而制备成能直接用于发电厂或车用发动机燃料，以代替柴油等石油能源产品。

热解技术日趋成熟，在反应器的设计、原料预处理、生物油的分离和后续制备、生物质的热解机理方面都有重大突破，在国内外都已形成产业化。

热解生物质产生燃料的技术在欧盟已经获得最大的资助，快速热解是有效转化生物质产生液体燃料的方法，液体燃料的产率能达到生物质重量的70%~80%，因此被认为是解决可再生燃料代替化石燃料的有效方法之一。

一．生物质热解概念生物质热化学转化通常有：热解、气化、液化和超临界流体萃取。

生物质的快速热解及热解机理研究

生物质的快速热解及热解机理研究

生物质的快速热解及热解机理研究生物质是一种可再生的能源资源，其快速热解技术在能源利用和环境保护方面具有重要意义。

本文将探讨生物质的快速热解及其热解机理研究。

快速热解是一种高温、短时间内对生物质进行加热分解的过程，通过这一过程可以得到液体燃料、气体燃料和固体炭等有用的产物。

快速热解技术在能源转化和减少碳排放方面具有重要的应用价值。

生物质的热解机理是指生物质在高温下发生化学和物理反应的过程。

热解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等主要成分会发生热解反应，产生液体、气体和固体产物。

热解反应主要包括干馏、裂解、气化和炭化等过程。

干馏是指在缺氧或低氧条件下，生物质中的挥发性物质被释放出来。

这些挥发性物质主要包括水、酸、醛、酮等。

干馏是生物质热解的第一步，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。

裂解是指在高温下，生物质中的高分子化合物被断裂为低分子化合物。

裂解过程中，纤维素和半纤维素会分解为糖类、酚类和醇类等低分子化合物。

木质素则会分解为苯酚类和芳香烃类化合物。

裂解反应是生物质热解的关键步骤，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。

气化是指生物质在高温下与气体反应生成气体的过程。

气化过程中，生物质中的碳水化合物被分解为一氧化碳和氢气等气体产物。

气化反应是生物质热解的重要环节，产生的气体可用于发电、供热和合成化学品等领域。

炭化是指生物质在高温下失去挥发性物质，生成固体炭的过程。

炭化过程中，生物质中的无机物质也会得以保留，形成矿物质残留物。

炭化反应是生物质热解的最终阶段，产生的固体炭可以用作燃料或其他工业用途。

研究生物质的快速热解及热解机理对于提高生物质能源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。

研究人员通过实验和数值模拟等手段，探索不同反应条件下生物质热解的机理和影响因素。

研究结果表明，反应温度、反应时间、生物质种类和粒径等因素对于热解产物的种类和产率有重要影响。

在实际应用中，快速热解技术可以将农林废弃物、城市固体废弃物和能源作物等生物质资源转化为有用的能源产品。

生物质快速热解液化工艺研究进展

生物质快速热解液化工艺研究进展

生物质快速热解液化工艺研究进展隋倩倩;杨忠连;汪娟;刘少敏;王君;陈明强【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2012(29)3【摘要】对近期国内外快速热解液化工艺研究进展进行了回顾.分别对生物质原料、反应器类型、生物质炭与灰分的分离、热解产物收集以及生物油产品特性等方面的研究进行了论述和分析,指出了生物质快速热解液化的研究方向.%The recent research progress of fast pyrolysis liquefaction process was reviewed. The advance on biomass raw material, reactor type, separation of biomass char and ash, pyrolysis product collection and bio-oil properties were statedand analyzed, respectively. The research trend of fast pyrolysis liquefaction was put forward.【总页数】5页(P1-5)【作者】隋倩倩;杨忠连;汪娟;刘少敏;王君;陈明强【作者单位】安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TQ91;TK6【相关文献】1.生物质快速热解制取生物油的研究进展 [J], 刘状;廖传华;李亚丽2.生物质催化快速热解制备芳烃的研究进展 [J], 李剑;华德润;卢新宁;刘红波;谢永荣3.供氢剂作用下生物质快速热解的研究进展 [J], 陆强;郭浩强;叶小宁;王昕;周民星4.生物质流化床快速热解多流体模拟的研究进展 [J], 朱玉琴;张馨予;王欣;钟汉斌;许锋;管雅倩5.生物质定向快速热解制备左旋葡聚糖和芳烃的研究进展 [J], 蒋丽群;郑安庆;王小波;赵增立;李海滨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

生物质快速热解液化工艺研究进展

生物质快速热解液化工艺研究进展

中 图分 类 号 ： Ｑ ９ Ｔ Ｔ １ Ｋ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ２ ５ ２ （ ０ ２ ０ —０ ０ —０ １７— ４５２１）３ ０ １ ５
能 源是人 类 生存 与发 展 的前 提 和 基 础 。石 油 、 煤 炭 等能 源 由于 自身 的有 限性 必 定 会 枯 竭 ， 大量 燃 烧 且 化石 燃料 所排 放 的有害 物质严 重 污染环 境 。面对 能源 和 环境 的双重 压力 ， 物质能 因其 自身 具有 可再生 性 、 生 低 污染性 以及 高 产 量 性 等 优 点 越 来 越 受 到人 们 的重 视 。生 物质快 速热解 液 化将难 处理 的 固体生 物质 废弃 物转 化 为液体 生物 油 ， 于运输 、 存 、 烧 和改性 ， 便 贮 燃 更 好地 利用 了生 物质 原料 ， 轻 了直 接 燃 烧 所 引起 的环 减
质不 高 ， 应用 范 围受 到 限制 。 其
生物 质原料 中纤 维 素 、 纤 维 素 和 木质 素 的 比例 半
对生 物油 的 品质 有 着 显 著 的影 响 。与 木 质 生 物 质 相
比， 农业 残 渣一般 木 质素含 量较 低 ， 而半纤 维素 、 灰分 、 碱金 属含 量 较 高 ， 而其 ｏ／ 比更 高Ｌ 因 ｃ １ 。纤 维 素 大
熟程度 、 种 方式 、 气变 化Ⅲ 均 对 作 物 组 成 耕 节 等
高 收率 可达 ７ ， ５ 副产 品是 焦炭 以及 部分 可 用 于工 艺 供热 的气 体 ， 比其 它裂 解工艺 ， 气和 灰分 等排 放量 相 烟 较少 。液 相 收率 主要取 决于生 物质 类 型 、 裂解 温度 、 高 温气 体停 留时 间 、 炭分 离情况 和 生物质 灰分 含量 ， 焦 后 两项 对气 相裂 解具有 催化 作用 。作 者在 此对 生物 质快
快速热解液化技术

快速热解液化技术

快速热解液化技术
快速热解液化技术是一种将生物质原料在高温、高压、无氧等条件下，快速加热使其物理、化学变化，最终得到液态或半液态产品的技术。

该技术主要采用常压、超高加热速率、超短产物停留时间及适中的裂解温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽，蒸汽被迅速冷凝后，得到液体燃料、少量不可凝气体和焦炭。

其中，液体燃料被称为生物油，是一种绿色燃料，基本不含硫、氮和金属成分。

与传统燃烧方式相比，快速热解液化技术可大幅提高生物质能源的利用效率和降低污染排放，被认为是可持续发展的重要方向之一。

同时，该技术工艺简单，成本低，装置容易小型化，产品便于运输、储存。

然而，快速热解液化技术也存在一些挑战和限制。

例如，生物质原料的成分和性质对热解液化过程有很大影响，不同的生物质原料可能需要不同的工艺条件和催化剂。

此外，热解液化过程中产生的气体和焦炭等副产物需要进一步处理和利用，以避免对环境造成负面影响。

总的来说，快速热解液化技术是一种具有潜力的生物质能源转化技术，但需要在工艺优化、催化剂开发、副产物利用等方面进一步研究和改进。

生物质液化技术

生物质液化技术

生物质液化技术的研究进展摘要能源问题是全球的重大问题，为了解决能源紧张问题给社会经济生活带来的影响，替代能源逐步成为人们研究和关注的问题。

生物质能是一种有效的替代能源，可以缓解能源的紧张问题。

我国生物质能资源比较丰富，对生物质能的利用，把生物质能转化为液体燃料是个新的开发和研究方向。

本文主要介绍生物质快速热裂解液化技术存在的主要工艺流程，分析比较各工艺的特点及存在的主要问题，得出最具有潜力生物质液化技术为循环流化床工艺技术，其处理量可以达到较高的规模，是目前利用最多、液体产率最高的工艺。

关键词：生物质；液化；热解；引言能源是经济发展和社会文明的物质基础，随着国民经济的持续发展导致对能源需求的高速增长，大量化石燃料燃烧利用过程中所排放的SO2、NOx等污染物使生态环境受到严重污染；另外，由于石油危机的数次爆发以及石油价格的不稳定，也促使代用液体燃料的开发应用提上了日程。

相比于煤炭等化石燃料，生物质能因其自身具有可再生性、低污染性以及高产量性等优点越来越受到人们的重视。

生物质热解液化是将难处理的固体生物质废弃物转化为液体生物油,以便于运输、贮存、燃烧和改性,这样能更好地利用生物质原料,并减少直接燃烧这些物质引起的环境污染。

因此,生物质快速热裂解液化技术己被认为是最具发展潜力的生物质能技术之一。

国际能源署(IEA)己组织加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国和美国等十余个研究小组进行相关技术的研究,开发出了许多各具特色的热解液化工艺,并拥有各自的技术优势[1~4]。

我国在这方面的研究起步较晚,近年来,沈阳农业大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学热能工程系、浙江大学热能工程研究所、东北林业大学机电工程学院等单位在这方面开展了一定的研究[5,6],但是基本上仍处于实验室阶段,设计容量很小,且基础理论研究不够全面,与国外发达技术差距很大。

本文综述国内外生物质快速热解液化技术的研究进展,介绍生物质液化工艺技术的研究现状以及生物质热解液化过程影响因素的研究进展,为可再生能源研究提供参考。

关于生物质能源的文章

关于生物质能源的文章

几篇生物质能源的文章——可能论坛已有，我没有搜索小议生物质热解液化技术1 引言能源是社会经济发展和人类赖以生存的基础，当前社会的主要能源是化石能源，属不可再生资源，同时，化石能源迅速消耗造成生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。

从能源发展和环境保护角度来看，寻找一种新型可再生的清洁能源已迫在眉睫[1].生物质能是以化学能形式储存的太阳能，具有分布广泛、可再生无污染等特点，其高效转换和清洁利用受到广泛的重视。

但是从自然界直接获得的生物质能量密度低，直接利用有很多缺点，如：燃烧效率低，因此要寻求更为有效的方式来利用。

生物质的利用技术主要包括生物转化技术和热化学转化技术，热化学转化包括直接燃烧、气化和热解液化技术，其中热解液化技术将生物质转化成液体生物油加以利用，是开发利用生物质能有效途径之一。

该技术所得油品基本上不含硫、氮和金属成分，是一种绿色燃料，生产过程在常压中温下进行，工艺简单，装置容易小型化，液体产品便于运输和存储。

因此，在生物质转化的高新技术中，生物质热解液化技术受到广泛重视[2-6].2 生物质热解液化技术概述生物质热解指生物质在隔绝氧气或有少量氧气的条件下，采用高加热速率（102~104℃/s）、短产物停留时间（0.2~3 s）及适中的裂解温度（350~650℃），使生物质中的有机高聚物分子迅速断裂为短链分子，最终生成木炭、生物油和不可冷凝气体的过程。

一般，低温低速热解产物以木炭为主；高温快速热解产物以不可冷凝的燃气为主；中温闪速热解产物中生物油含量较高，热解温度在350~650℃，生物油为棕黑色黏性液体，热值达20~22 MJ/kg,产率可达到60%~80%.为了最大限度获得液体产品，应控制反应条件，使焦炭和产物气降至最低限度[7,8].生物质快速热解技术将低品位的生物质（热值的大约12~15 MJ/kg）转化成易储存、易运输、能量密度高的燃料油。

生物质快速热解液化技术_姚福生

生物质快速热解液化技术_姚福生


[ 摘要] 介绍了一种等离子体加热生物质快速热解的 方法 , 将生物 质中的长分 子链击碎 , 变 成短分子 结构而
液化 。 选择玉米秸秆为 快速热解对 象 , 大量 研究 工作 证明这 种热 解方法 比较 有效 。 在 合理 的颗粒 度 、 供料 量 、 热解温度和速度 、 终止冷却温度的情况下 , 玉米秸秆液化的 收率达到 50 %左右 。 一种 新型工业化 的装置 己根据 实验结果研制成功 。
热解管长 /m
出口平均温度 /℃
产油率 , w o /%
固定碳 , wC /%
1 .4
1006
20
1.0
460
25.0
32.5
1.4
1066
16
1.0
522
26.3
28.1
1.4
960
12
1.0
528
26.9
28.1
1.4
1001
18
1.0
514
36.4
34.3
1.4
978
18
1.0
519
51.2
31.2
近年来 , 有人通过催化蒸汽重整法 , 可以将生 物质液体油完全地或部分地转变为氢气 。但是 , 生 物质液态油深加工研究目前进行得较少 , 最简单的 方法是直接作为燃料使用 。如对这种液态油进行加 氢和催化加工 , 使其热值达到普通轻油水平 , 并有 更好的稳定性 , 那么就能与当今石油化工产品的应 用接轨[ 1 ～ 8] 。
1 国内外研究现状
传统生物质气化技术一般产生大致相同量的气 体 、 焦炭及焦油 。 80 年代以来 , 生物 质的快速热 解技术有了很大的发展 。快速热解技术可使焦炭产 率大幅度下降 , 同时使所产生的液体中含有大量不 饱和的烃类含氧衍生物 , 其中最引人瞩目的是在超 高速升温条件下的生 物质直接高温快速热解 新技 术 。 国际能源署 (IEA) 组织了加拿大 、 芬兰 、 意 大利 、 瑞典 、 英国及美国等十余个研究小组进行了 十余年工作 , 重点对这一过程发展的潜力 、 技术经
生物质快速热解液化新技术

生物质快速热解液化新技术

生物质快速热解液化新技术作者：郝许峰孙绍晖赵科等来源：《当代化工》2015年第10期摘要：介绍了催化热解、混合热解、临氢热解三种生物质快速热解液化新技术。

分析了成功的催化热解过程需要满足的准则，介绍了一些催化热解的催化剂。

报道了生物质与煤共热解液化的部分结果。

对美国天然气技术研究院近期开发的临氢热解（或加氢热解）技术进行了详细报道，列出了主要的技术指标。

要使这些新技术走向工业化，还有大量的工程技术问题要解决。

关键词：生物质；快速热解；催化热解；混合热解；临氢热解中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）10-2345-04New Fast Pyrolysis Liquefaction Technologies of BiomassHAO Xv-feng1， SUN Shao-hui2， ZHAO Ke2， SUN Pei-qin2（1. Zhengzhou Science&Technology Information Institute， H e’nan Zhengzhou 450007，China；2. School of Chemical Engineering and Energy， Zhengzhou University，He’nan Zhengzhou 450001， China）Abstract： Three kinds of new fast pyrolysis liquefaction technologies including catalytic pyrolysis， mixed pyrolysis and hydrogenation pyrolysis were introduced. The requisite conditions for successful catalytic pyrolysis were analyzed； the catalysts for the catalytic pyrolysis were introduced. Partial results of the copyrolysis liquefaction of biomass and coal were reported. Recent development of the hydrogenation pyrolysis technology developed by the United States Research Institute of Natural Gas technology and its main technical indexes were introduced. It’s point out that there are many engineering technical problems that need be resolved before these technologies can be industrialized.Key words： Biomass； Fast pyrolysis； Catalytic pyrolysis； Mixed pyrolysis；Hydrogenation pyrolysis人类大量使用石油、煤炭、天然气化石能源造成了严重的能源危机和环境污染问题，使用可再生能源是解决上述问题的必然选择。

生物质液化技术的研究进展

生物质液化技术的研究进展摘要：生物质液化包括生物化学法生产燃料乙醇和热化学法生产生物油，热化学法又可分为快速热解液化和加压液化。

着重介绍了目前达到工业示范规模的各种快速热解液化工艺，如旋转锥反应器、携带床反应器、循环流化床反应器、涡旋反应器、真空热解磨反应器等，以及处于实验室阶段的等离子体液化工艺，讨论了各工艺的特点及存在的主要问题，指出循环流化床工艺具有很高的加热和传热速率，且处理量可以达到较高的规模，是目前利用最多、液体产率最高的工艺。

生物质液化生产液体燃料在我国有着广阔的前景，建议加强纤维素生物酶法糖化发酵生产燃料乙醇工艺的开发以及热化学法生物油精制新工艺的开发，从而降低生产成本，提高与化石燃料的竞争力。

关键词：生物质；液化；热解；燃料我国一次能源消费量仅次于美国成为世界第二大能源消费国，然而2000年进口原油已达7000万t。

液体燃料的不足已严重威胁到我国的能源与经济安全，为此我国提出了大力开发新能源和可再生能源，优化能源结构的战略发展规划[1-2]。

生物质是惟一可以转化为液体燃料的可再生能源，将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足，而且有助于保护生态环境。

生物质包括各种速生的能源植物、农业废弃物、林业废弃物、水生植物以及各种有机垃圾等。

我国生物质资源丰富，理论年产量为50亿t左右[3]，发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。

生物质能源化技术主要包括气化、直接燃烧发电、固化成型及液化等。

目前，前3种技术已经达到比较成熟的商业化阶段，而生物质的液化还处于研究、开发及示范阶段[4]。

从产物来分，生物质液化可分为制取液体燃料（乙醇和生物油等）和制取化学品。

由于制取化学品需要较为复杂的产品分离与提纯过程，技术要求高，且成本高，目前国内外还处于实验室研究阶段，有许多文献对热转化及催化转化精制化学品的反应条件、催化剂、反应机理及精制方法等进行了详细报道[4-8]，笔者将主要介绍生物质液化制取液体燃料的技术与研究进展。

生物质热解液化的工艺流程

生物质热解液化的工艺流程
一、原料准备阶段
1.原料收集和处理
(1)收集生物质原料，如木材、秸秆等
(2)进行原料的清洁、切割和破碎处理
2.原料预处理
(1)对原料进行预处理，如干燥和粉碎
(2)确保原料的适宜性和均匀性
二、热解反应阶段
1.热解反应器装载
(1)将预处理好的生物质原料装载到热解反应器中
(2)控制装载量和反应器的填充度
2.热解反应
(1)提供适当的热源，使原料在高温环境下进行热解
(2)控制热解反应的温度、时间和压力
3.产物收集
(1)收集热解反应产生的气体、液体和固体产物
(2)进行产物的分离和收集
三、液化处理阶段
1.液化反应
(1)将热解产物进行液化反应
(2)添加催化剂和溶剂，进行液相反应
2.产物分离
(1)对液化产物进行分离和提纯
(2)分离出目标产品和副产物
3.产品处理
(1)对目标产品进行后续处理，如脱水、脱色等
(2)获得符合要求的终端产品
四、废物处理阶段
1.废气处理
(1)对热解和液化过程产生的废气进行处理
(2)进行除尘、脱硫等废气处理操作
2.废液处理
(1)(1)对热解和液化过程产生的废液进行处理
(2)(2)进行沉淀、过滤等废液处理操作
3.固体废弃物处理
(1)对热解和液化过程产生的固体废弃物进行处理
(2)进行分类、处理和处置
五、能源利用阶段
1.产品利用
(1)将终端产品进行利用，如燃料、化工原料等
(2)实现产品的能源价值和经济价值
2.能源回收
(1)对热解和液化过程中产生的废热进行回收
(2)进行余热利用和热能回收。

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2 山东工程学院对生物质热解液化技 术研究进展
为了深入研究生 物质快速热解液化的技 术参 数 , 山东工程学院采用等离子体加热手段研究了以 玉米秸粉为原料的液化技术 。等离子体加热具有温 度调节容易 , 射流速率可调的优点 , 特别适用于本 项研究 。 实验装置如图 1 所示 , 主要由四大部分组 成 。 它们是 :等离子体加热部分 ;料斗和加料器部 分 ;高温热解管部分 ;冷激部分 。
图 1 等离子体加热生物质快速热 解液化装置示意图
Fig.1 Schematic diagram of plasma heated biomass f ast py rolysis liquefaction equipment
第4期
姚福生等 :生物质快速热解液化技术
6 5
通过对装置的精心调整 , 成功地实现了玉米秸 秆的液化工作 。 表 1 是一组实验参数和产油率的例
据统计 , 全世界每年 农村生物质的 产量约为 300 ×108 t , 生物质能源占 世界能源消耗的 14 %, 仅次于石油 、 煤炭及 天然气等 化石能 源 , 居第四 位 。 1994 年统计 , 全世界生物质能源消耗量为 13 ×108 t , 相当于中东地区的石油产量 , 在许多发展 中国家占第一位 , 但仅占世界生物质资源的 4 %。 我国是农业大国 , 每年至少有 7 ×108 t 的农作物废 弃物 , 至今这些生物质能源仍占我国农村能源消费 的第一位 , 约合 3.5 ×108 t 标准煤 , 近年来 , 其他 能源进入农村 , 废弃物烧荒 , 特别是玉米秸秆在田 头的焚烧 , 引起大面积烟雾污染 , 人们叫苦不迭 , 严重影响空中和陆地交通 。所以不论从农村能源开 发 , 还是从环境保护出发 , 研究生物质能源的转化
＊注 :从表中数据可以看到 , 生物油产率对于反应条件极其敏感 。 这一方面说明对于 生物质液化而言 , 影响因素很多 , 有 些因素的交 互影响也很大 ;同时说明 , 生物质液化实验的稳定性不足 , 这在其它研究者那里也得到证实 。 研究生物质液化 必须考虑多种因 素和交互作 用 , 要采取科学的实验设计手段 (比如正交实验)。 我们这里因为工作正在展开 , 下一步实验改进方案包含了这方面的内容 , 也将在以后继 续报道 。
证 。 利用普通饲料粉碎机粉碎玉米秸并用 40 目筛 过筛 , 粒度 ≤0.32 mm 。
表 1 生物质热解液化实验参数举例＊ Table 1 Ex perimental parameters of biomass liquefact ion
氩气流量 / m3·h -1
入口平均温度 /℃
加料量 / g·min -1
[ 收稿日期] [ 基金项目] [ 作者简介]
2000 -10 -09 ;修回日期 2001 -01 -11 高等学校骨干教师资助 ;山东省青年科学家奖励基金资助项目 姚福生 (1933 -), 男 , 上海市人 , 中国工程院院士 , 博士生导师
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中国工程科学
第3卷
济可行性及参加国际间的技术交流进行了评估和协 调 , 所发表的报告得出的结 论十分乐观 。 到 1995 年初 , 加拿大 、 意大利 、 荷兰和芬兰等国 已有 20 余套工业示范装置在运行中 , 该技术过程涉及到当 今化工及能源过程中多相流及过程耦合等多项前沿 性研究内容 , 国际上不少知名学 者都在参与此工 作。
通过测量所得到生物油质量以及加料量 , 可以 得到产油率 , 利用色质联用 (GC -M S)可以得到 生物油的成分 。 改变热解参数可以探讨不同条件的 产油率 、 生物油成分与热解条件的关系等等 。
按照表 1 所设定的条件进行生物质热解液化实 验 , 得到生物油占进料 (玉米秸粉)质量的 25 % ～ 51.2 %。实验结果表明 , 生物油得率与加热条件 关系密切 。同时 , 加料速率也是不可忽视的重要因 素 , 需要深入研究 。 我们目前在一系列实验基础上 计划进行多因素正交 实验 , 在表 观上研究加热条 件 、 加料速率等因素对生物油得率的影响 。 进一步 将在反应动力学方面研究液化的机理问题 。 2.1 对于生物质升温速率和反应停留时间的估算
1 国内外研究现状
传统生物质气化技术一般产生大致相同量的气 体 、 焦炭及焦油 。 80 年代以来 , 生物 质的快速热 解技术有了很大的发展 。快速热解技术可使焦炭产 率大幅度下降 , 同时使所产生的液体中含有大量不 饱和的烃类含氧衍生物 , 其中最引人瞩目的是在超 高速升温条件下的生 物质直接高温快速热解 新技 术 。 国际能源署 (IEA) 组织了加拿大 、 芬兰 、 意 大利 、 瑞典 、 英国及美国等十余个研究小组进行了 十余年工作 , 重点对这一过程发展的潜力 、 技术经
热解管长 /m
出口平均温度 /℃
产油率 , w o /%
固定碳 , wC /%
1 .4
1006
20
1.0
460
25.0
32.5
1.4
1066
16
1.0
522
26.3
28.1
1.4
960
12
1.0
528
26.9
28.1
1.4
1001
18
1.0
514
36.4
34.3
1.4Βιβλιοθήκη 978181.0
519
51.2
31.2
[ 关键词] 生物质能 ;热解 ;液化技术 ;等离子体
能源是现代社会赖以生存和发展的基础 , 也是 制约国民经济发展的重要因素 。当今人类对于化石 能源的极大依赖 , 不仅对人类赖以生存的环境带来 了严重的污染 , 并且由于这种能源逐渐匮乏 , 成为 未来社会的潜在危机 。 综观形势 , 21 世纪国际上 将加大力度 , 开发可再生的能源 , 诸如水力能 、 风 能 、 太阳能 、 地热能 、 潮汐能 、 海洋温差发电和生 物质能 。 其中生物质能是一种高效和廉价的太阳能 浓缩储存方式 , 利用当今世界高科技的成果 , 可使 其转化为潜力巨大的高品质再生能源 。
[ 摘要] 介绍了一种等离子体加热生物质快速热解的 方法 , 将生物 质中的长分 子链击碎 , 变 成短分子 结构而
液化 。 选择玉米秸秆为 快速热解对 象 , 大量 研究 工作 证明这 种热 解方法 比较 有效 。 在 合理 的颗粒 度 、 供料 量 、 热解温度和速度 、 终止冷却温度的情况下 , 玉米秸秆液化的 收率达到 50 %左右 。 一种 新型工业化 的装置 己根据 实验结果研制成功 。
都是一项迫在眉睫的重大课题 。 不言而喻 , 生物质能源是一种未来可持续发展
能源系统的重要组成部分 。 1993 年世 界粮农组织 (FAO) 预测 , 到 2050 年 , 以生物质能源为主的可 再生能源将提供全世界 60 %的电力和 40 %的燃料 , 其价格低于化石燃料 。 当前的生物质能源是以一种 十分低效率的 “穷人燃料” 形式进行利用的 , 大部 分是直接燃烧取其热能 。开发不同形式的生物质能 源的高效利用方法 , 若能取得成效 , 则将会大大推 动农村改革和经济的发展 。 其中 , 生物质快速热解 液化技术可以把生物质液化制成生物油 , 是很有发 展前景的技术途径 。
2001 年 4 月 第 3 卷第 4 期
研究报告
中国工程科学 Engineering Science
A pr.20 01 Vol.3 No.4
生物质快速热解液化技术
姚福生 , 易维明 , 柏雪源 , 何 芳 , 李永军
(山东工程学院 , 山东省清洁能源工程技术研究中心 , 山东淄博 255012)
这一技术的关键是使生物质达到 103 ～ 104 K/ s 的升温速度及相应的超短接触时间反应 、 快速反应 终止技术等可控的热解条件 。 根据以上热解条件 , 世界各国相继开发了 输送流式热解 器 、 真空热解 器 、 快速热解器 、 快速升温热解 、 漩涡热解 、 热解 磨 、 旋转壳反应器及流化床热解等多种热解工艺 , 其中以颗粒为热载体的气固并流下行超短接触热解 技术较为引人注目 。 由于以颗粒为热载体的气固并 流下行超短接触热解技术中颗粒的热容为相同体积 气体的 1000 倍 , 传热性能好 。 将加热的颗粒 (比 如 A l2O 3 颗粒)与粉碎成细粉的生物质直接快速接 触 , 可以方便地实现生物质在 0.1 ～ 0.5 秒超短接 触时间内 使其升温 500 ～ 650 ℃ (773 ～ 923 K), 断裂生物质中的高分子键 , 并通过反应器中的气固 快速分离 、 冷激等过程 , 获得最大量的液体产品 。 通过这类快速热解技术 , 将分子量为几十万到数百 万的生物质直接热解为分子量几十到一千左右的小 分子液体油 。当对木材液化时 , 其液体油的收率可 达 70 %～ 80 %, 仅 有少量的气体 , 产物中有少量 甚至不含焦炭 , 热解所得液体油为黑色 , 其热值达 22 M J/ kg , 是标准 轻油热值的一半 。 产物的组成 中 99.7 %以上 为碳 、 氢 、 氧 、 含有数百种的多环 化合物 , 基本 不含硫及灰份等对 环境有污染的物 质 。所得液 态油 的粘 度较 小 , η40℃ =0.04 P a·s , 具有很好的流动性 , 在不与空气接触的条件下可稳 定地存放数星期 。液态油中含有多元酚 、 醇及有机 酸等多种通过常规石油化工合成路线不易合成的物 质 , 具有广阔的化工利用前景 。
对于反应时间可以利用已知氩气的流量 、 反应
管直径 、 进出口温度 , 并用状态方程和体积流量公
式估算 。 因为热解反应 , 在反应管内流动的还有生
根据加拿大提供的资料表明 , 大规模工业化生
产的成本仅为 50 加元/ t (约合人民币 300 元/ t)。 目前最大处理能力 100 t/ d 的装置正在运行 , 可产 生 7 ～ 8 MW 的电力 , 供 400 ～ 500 户家 庭使 用 , 取得较可观的经济效益 , 所发表的经济分析报告指 出 , 目前的生产成本已可与常规化石燃料相竞争 。 近年来 , 我国在生物质快速热解液化技术方面也开 展了一些研究工作 。沈阳农业大学开展了国家科委 八五重点攻关项目 “生物质热裂解液化技术” 的研 究工 作 。 该 项 目 还 获 得 了 联 合 国 开 发 计 划 署 (UNDP)和粮农组织 (FAO) 的资助 , 并与 荷兰 吞特大学进行了广泛的合作 。他们在生物质热裂解 过程的实验和理论分析方面做了很有成效的工作 。 浙江大学 、 科学院化工冶金研究所 、 河北省环境科 学院等单位近年来也 进行了生物质流化床液 化实 验 。 山东工程学院开发了等离子体快速加热生物质 液化技术 , 1999 年 6 月首次在国内利 用实验室设 备液化玉米秸粉 , 制出了生物油 , 并进行了成分分 析[ 9] 。 目前正在进行工业示范设备研究 。