生物质热裂解技术ppt

生物质压缩成型技术1 压缩成型原理生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。

木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。

木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。

在冷却以后强度增加，成为成型燃料。

压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。

对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。

当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。

这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。

2 压缩成型生产工艺压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。

生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料主要操作步骤如下：（1）干燥生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料的含水率降低至8%-10%。

如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。

（2）粉碎木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。

而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。

（3）调湿加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。

（4）成型生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。

生物质热裂解技术概述摘要：生物质在慢速热裂解的情形下以得到炭为目的的炭化是一种有几千年历史的工艺，由于化工和能源等领域中新型反应工艺的不断开发，人们发现通过改变热裂解过程的温度、加热速率及停留时间等因素，可分别有效地最大化气体和液体产物产量，并且对所得产物进行相应的改性及优化后可用作其他多种用途。

本文简单介绍了生物质热裂解技术发展，对生物质热裂解技术的裂解机理、影响因素，以及生物质热裂解过程及产物组成因素进行概述。

关键词：生物质；热裂解；温度；升温速率前言：生物质通常是木材、竹材、灌木、野草、秸秆等植物纤维来源的天然有机材料（也包括甲壳素等动物来源的天然有机材料）的统称，其主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素，此外尚含有少量品种繁多的其它有机和无机物质。

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，生产各种清洁能源和化工产品，是一种对环境友好的可以替代化石能源的可再生的能源,可以有效减少有害气体及烟尘排放量和温室气体增加量,维系全球平衡,提高环境质量;较之其他新能源(如太阳能、风能、地热能及潮汐能等)生物质能源的开发转化技术较容易实现,既可利用生物质能的热能效应又可将简单的热效应充分转化为化学能、电能等高品位能源。

生物质热裂解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸汽等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到500℃，通过热化学反应将物质大分子物质分解成较小分子的燃料物质的热化学转化技术方法，是目前国内外非常关注的新能源生产技术。

1 生物质热裂解技术简介及工艺类型生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧提供条件下利用热能切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质的热降解，这种热解过程最终生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三种，产物的比例根据不同的热裂解工艺和反应条件而发生变化。

生物热裂解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度地将生物质能量转化为能源产品，是生物质能利用技术的主要方法之一，且越来越得到重视，这是因为：○1热解技术对于原料的种类没有严格要求，城市固体废弃物（MSW），农业、林业废物都能气化。

第六章生物质热裂解液化技术第1节生物质热裂解原理1.1 概念⑴生物质热裂解生物质通过热化学转换，生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3类物质的过程。

控制热裂解条件（反应温度、升温速率、添加助剂等）可以得到不同热裂解产品。

⑵生物质热裂解液化是在中温（500～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热解，产物再迅速淬冷（通常在0.5s内急冷到350℃以下），使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到液态的生物油。

生物油产率可高达70%～80%（质量分数）。

气体产率随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导致物料炭化，生物质炭产率增加。

生物质热裂解液化技术最大的优点在于生物油易于存储和运输，不存在产品就地消费的问题。

1.3生物质热裂解原理分析（一）反应进程分析生物质的热裂解（慢速）大致分为4个阶段：⑴脱水阶段（室温~150℃）：物料中水分子受热蒸发，物料化学组分几乎不变⑵预热裂解阶段（150~300℃）：物料热分解反应比较明显，化学组成开始发生变化。

半纤维素等不稳定成分分解成CO、CO2和少量醋酸等物质。

⑶固化分解阶段（300~600℃）：物料发生复杂的物理、化学反应，是热裂解的主要阶段。

物料中的各种物质相应析出，生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇，气体产物中有CO、CO2、H2、CH4等。

物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰.⑷炭化阶段：C—H、C—O键进一步断裂，排出残留在木炭中的挥发物质，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。

以上几个阶段是连续的，不能截然分开。

快速裂解的反应过程与此基本相同，只是所有反应在极短的时间内完成，原料快速产生热裂解产物，因为迅速淬冷，使初始产物来不及进一步降解成不冷凝的小分子气体，从而增加了液态产物生物油。

（二）热解过程中生物质成分分析⑴生物质中主要成分及其分解产物生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物，及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物。

生物质热解分慢速热解和快速热解。

快速热解为生物质在常压中等温度(约500℃)，较高的升温速率103一104℃/s，蒸汽停留时间1s以内，据文献报道液体生物油的产率最高可达85％，并仅有少量可燃的不凝性气体和炭产生。

生物质快速热解技术始于20世纪70年代，是一种新型的生物质能源转化技术。

它在隔绝空气或少量空气的条件下，采用中等反应温度，很短的蒸汽停留时间，对生物质进行快速的热解过程，再经过骤冷和浓缩，最后得到深棕色的生物油。

众所周知，目前生物质气化法是大规模集中处理生物质的主要方式，但也存在气体热值低，不易存贮、输送，小规模设备发电成本高以及上电网困难等问题；而固体燃料直接燃烧存在燃烧不完全，热利用率低，使用场合受限制等缺点。

鉴于上述情形，生物质快速热解技术作为一项资源高效利用的新技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。

因为生物油易于储存和运输，热值约为传统燃料油的一半以上，又可以作为合成化学品的原料，同时产生的少量气、固体产物可以在生产中回收利用。

2.1国外快速热解现状国际能源署(IEA)组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作，重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调，并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论。

欧美从20世纪70年代第一次进行生物质快速热解实验以来，已经形成比较完备的技术设备和工业化系统，表1较详细列出了欧美地区快速热解技术正常运行的反应器。

其中加拿大的Dyna Motive Energy Systems是目前利用生物质快速热解技术实行商业化生产规模最大的企业，其处理量为1500kg／h，生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料，在隔绝氧气450～500℃条件下，采用鼓泡循环流化床反应器，生物油的产率为60％一75％，炭15％一20％，不凝性气体10％～20％以上均为质量产率。

生物油和炭可以作为商业产品出售，而不凝性气体则为循环气体燃烧使用，整个过程无废弃物产生，从而达到原料100％的利用率。

生物质的热裂解是一种将生物质转化为燃料和其他化学品的过程。

在这个过程中，生物质被加热到高温(通常在500-800摄氏度之间),使其分解成较小的分子或化合物。

这些小分子或化合物可以进一步加工成燃料或其他化学品，如液体生物燃料、气体生物燃料、生物柴油、生物塑料等。

生物质热裂解是一种环境友好的能源生产方式，因为它可以利用废弃物和农业残留物等生物质资源，减少化石燃料的使用和排放的温室气体。

此外，生物质热裂解还可以产生电力，从而实现能源多元化。

然而，生物质热裂解也存在一些挑战和限制。

例如，高成本、技术难度大、能源转化效率低等问题需要解决。

此外，由于热裂解产物中含有一些有毒有害的物质，如重金属、苯等，因此需要采取相应的安全措施来避免对环境和人体健康的影响。

生物质热化学热解制氢7.1生物质简介生物质主要成分为纤维素，半纤维素和木质素等高分子物质，是可再生的可持续性资源。

生物质的种类繁多，资源量大，分布也很广，根据来源可以将常见的生物质分为:农林生物质资源，水生生物质资源等；一些城乡工业和生活有机废弃资源尽管成分不同于生物质，也不具有再生性，但由于其可回收利用的特点，有时也将其作为一种类似生物质的资源考虑(表7-1)。

表7-1常见生物质分类生物质作为一种能源物质，相比于化石能源具有许多优点：①生物质资源分布广泛，储量丰富。

光合作用每年将2000亿吨:的碳固定在生物质中，产生3×10次方GJ生物质能，但是只有1/10被充分利用。

②理想情况下，生物质利用的整个生命周期零排放二氧化碳。

③生物质资源的价格相对低廉，合理的利用生物质资源不仅可以缓解化石能源的消耗，同时也可以促进经济的增长。

我国的生物质主要用于燃烧供热，能量利用效率约为10%~30%[2]。

如何高效利用生物质是目前能源发展的一个重要方向，图7-1为生物质的主要转化方式。

图7-1生物质的主要转化生物质主要由碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素组成，其中平均氢元素占比约为6%(质量分数)，可视为一种氢的载体。

这相当于每干性物质可生产0.673m3的氢气，占生物质能40%以上[4]。

所以，发展生物质制氢技术具有现实意义。

用于制氢的生物质可分为固体生物质和液体生物油两类。

液体生物油通常是对固体生物质尤其是难以直接利用制氢的生物质的初步处理所得。

植物油(如大豆、花生、玉米等)尽管也可以作为液体生物油参与制氢反应，但是成本过高。

本文就固体生物质、生物油热化学制氢方法作简要介绍。

7.2生物质热解制氢7.2.1生物质热解反应生物质的组成会随生物质来源不同有所差异，其中木质纤维素类生物质是最丰富的生物质资源，如农林生物质资源、禽畜粪便中所含的垫草、水生植物等。

木质纤维素是多种高分子有机化合物组成的复合体，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其结构复杂致密，难于被降解。

高温热裂解法是一种将生物质中的有机高聚物迅速断裂为短链分子，从而生成燃油的工艺方法。

具体来说，这种方法在高温、常压、超短反应时间的条件下进行，旨在最大限度地生成生物燃料油，同时将结炭和产气降到最低限度。

最早对植物油进行热裂解的目的是为了合成石油。

所得的主要产品是生物汽油，生物柴油只是其副产品。

这种方法的优点在于其粘度小，流动性好，燃烧性能好，且符合环保要求。

高温热裂解法有两种主要方法：热裂化和催化裂化。

裂解产物可以单独使用，也可以与甲醇、乙醇或者石化柴油混合使用。

在高温条件下，将油脂裂解成短链的碳氢化合物来获得燃料油。

甘油三酯高温裂解的液体产物的主要成分包括烷烃、烯烃、二烯烃、芳烃和羧酸等。

不同的植物油热裂解可得到不同组成的混合物。

通过对产物性质的分析表明，该生物柴油与普通柴油的性质非常相近。

热裂解产物中不饱和烃含量较高，通过加氢裂解可提高裂解产物的质量。

高温热裂解法对原料要求不高，但工艺复杂，成本较高。

相比之下，酯交换法是一种更好的生物柴油制备方法。

以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关书籍文献。