生物質(zhì)熱裂解過程及產(chǎn)物

1、木材干餾熱解應(yīng)用最早出現(xiàn)，后來出現(xiàn)了煤炭的干餾熱解（煉焦）。在很長一段時期內(nèi)，人們認(rèn)為只用煤、木材才能干餾熱解，而草本植物不可能干餾。 八十年代初，南方先生首先提出了草本植物進行熱解與木材熱解將有相似的結(jié)果，九十年代初被試驗所證實。當(dāng)時對20多種草本植物進行了干餾熱解試驗，如蒿 草、一支黃花草、蘆葦草、玉米秸稈、麥秸干、豆秸、稻草、稻殼、玉米芯、甘蔗渣、花生殼、椰子殼、棕櫚籽殼、樹枝、樹葉等。對這些物質(zhì)進行干餾熱解所得到 的產(chǎn)品，與木材干餾熱解所得到的產(chǎn)品及其相似，都產(chǎn)生木質(zhì)炭、木焦油、木煤氣、木醋液，這一試驗的成功為秸稈干餾熱解開拓了廣闊的前景。幾種植物的元素組成植物名稱碳C%氫H%櫟樹49

2、.46.1水青岡樹48.56.3樺樹48.66.4光榆樹50.26.4白蠟樹49.46.1椴樹49.46.9白楊樹49.76.3松樹49.66.4玉米秸42.25.5高梁秸41.95.3棉花秸43.55.4豆秸44.85.8小麥秸41.35.3稻草38.35.1谷秸41.45.2雜草415.2從該表可以看出，木本植物和草本植物在熱分解范疇中基本是一樣的，沒有本質(zhì)的區(qū)別，而只是在含碳?xì)淞可嫌?5的差異，從而影響其發(fā)熱值有 15的差異，一般草本植物的低位發(fā)熱值在35003800大卡/kg范圍，木本植物的低位發(fā)熱值在41004400大卡/kg范圍。由于這種差異，在熱解產(chǎn)品的含量上有所差異。例如：木材

3、熱解得到的炭產(chǎn)品的量要高于秸稈熱解炭品產(chǎn)量；木材熱解的木煤氣熱值要高于秸稈熱解木煤 氣的熱值。秸稈熱解后木醋液的產(chǎn)量明顯高于木材熱解的木醋液產(chǎn)量。秸稈木醋液中的輕質(zhì)化學(xué)物質(zhì)也明顯的偏多，在某種意義上說，秸稈木醋液更具有價值。秸稈剛加熱不久，在150以前排出的都是水蒸氣，這個過程就是熱解的干燥過程，含水份越多的物料，這個過程就越長，消耗的能源就越多。因為只 有把水份蒸干了才能開始熱解。另外在實際生產(chǎn)中，這部分汽不是排空的，而是隨木煤氣進入后續(xù)設(shè)備中，最終被冷凝到木醋液中，降低木醋液濃度，增加木醋液的 回收負(fù)荷。所以熱解的原料盡量減少水份。在實際生產(chǎn)過程中，一般都要安裝原料干燥設(shè)備。當(dāng)原料中的水份

4、被蒸干后，隨著溫度的上升，進入了干餾熱解的第二階段預(yù)炭化階段，這個階段的溫度為150275。原料中的半纖維素等不 穩(wěn)定成分開始分解，這時從排氣孔中冒出的“煙”，主要是CO2、CO和少量的醋酸，這時產(chǎn)出的氣熱值很低。以上兩個階段都是吸熱反應(yīng)，都需要不斷地外加熱才行。當(dāng)溫度繼續(xù)上升，超過275時，原料開始加快分解，隨著溫度提高，分解速度加快，生成大量分解物，如甲烷、乙烷、乙烯、醋酸、甲醇、丙醇、木 焦油等，由于生物質(zhì)中含有氧元素，這一階段表現(xiàn)出是放熱反應(yīng)，可以說這一階段不用外加熱就可以使反應(yīng)進行下去。這一階段可保持到450，稱為熱解炭化階 段。生物質(zhì)的干餾熱解主要產(chǎn)物都是在這個階段形成的。特別是木

5、醋液、木焦油幾乎全部都是在這個階段中形成的。如果這時停止加熱的話，得到的產(chǎn)物有炭、木煤 氣、木焦油、木醋液，其中炭的產(chǎn)量最高，木煤氣產(chǎn)量很低，因為產(chǎn)品炭中還有一些揮發(fā)分沒被分解出來，這時表現(xiàn)是：木煤氣的熱值不太高，一般在3000大卡 /m3左右。在以生產(chǎn)炭為主的過程，一般在這一階段就停止加熱了，以獲得多產(chǎn)炭的效果，每噸原料可產(chǎn)炭330400kg。如果要使木煤氣質(zhì)量好，氣量和 熱值也增加，熱解過程還要繼續(xù)下去，即進行煅燒階段，煅燒階段溫度可以加到500，也可以加到600、700，乃至1000以上。煅燒階段隨著溫 度的升高不再產(chǎn)生木醋液和焦油，而只是產(chǎn)生木煤氣，其中主要是CH4和H2，可使木煤氣的

6、熱值大大提高。例如在1000下熱解，木煤氣的熱值可達(dá) 6000大卡/m3，而木炭的產(chǎn)量只有220230kg（每噸原料）。需要特別指出的是：煅燒階段是吸熱反應(yīng)，也就是說需要外加熱。所以從能量平衡角度看，并不是熱解溫度越高越好。在實際生產(chǎn)中究竟選擇什么樣的熱解溫度，要因時、因地、因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、因生產(chǎn)目的而定。工藝流程說明 （1）備料原料秸稈經(jīng)風(fēng)干、除去雜物后，用打包機壓成秸稈包塊。成包后的秸稈運到料場堆放。經(jīng)壓縮后的秸稈包塊堆比重可達(dá)到400公斤/m3。（2）制氣用回爐煤氣對熱解爐底部加熱，經(jīng)一段時間加熱后，原料被加熱到500，保持一定干餾時間，熱解完畢將干餾好的木質(zhì)炭推入熄炭箱中，然后用水將熾熱炭

7、熄滅成炭粉，可作為商品炭粉出售（炭棒則無此程序）。（3）燃?xì)鈨艋敖褂突厥沼蔁峤鉅t出來的荒燃?xì)饨?jīng)過冷卻，回收化工產(chǎn)品，除去有害雜質(zhì)后的凈化燃?xì)夥娇墒褂?。由熱解爐出來的荒燃?xì)膺M入二級冷卻器，荒燃?xì)獗谎h(huán)水冷卻到35以下(這時有冷凝液凝出)，然后進入氣液分離器除去冷凝液，然后進入堿洗器， 用堿泵打入循環(huán)堿液清洗，除去燃?xì)庵械拇姿岬人嵝晕镔|(zhì)。經(jīng)過除酸后的燃?xì)饨?jīng)氣液分離器后進入羅茨鼓風(fēng)機，燃?xì)饨?jīng)羅茨鼓風(fēng)機加壓到2000mm水柱后再經(jīng)二 級除焦油器后的凈化燃?xì)獗凰腿敫鲀夤裰?，?jīng)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)送到用戶。由二級冷卻器出來的熱水經(jīng)涼水塔冷卻后流入循環(huán)水池，再經(jīng)循環(huán)水泵送回二級冷卻器循環(huán) 使用。由二級間冷器、氣

8、液分離器分離出冷凝液流到焦油醋液分離槽，分離出來的木焦油流入焦油槽，然后裝桶入庫；分離出醋液入醋液槽，除去焦油的堿液循環(huán)使用。由堿洗塔流出循環(huán)堿液入循環(huán)堿液池，再由堿液泵送回堿洗器，定期向循環(huán)堿液補充堿，保持循環(huán)堿液PH值大于8。4、生物質(zhì)干餾熱解的產(chǎn)物（1）木制炭干餾熱解最后殘留在干餾釜中的固定物就是炭，一般占原料的三分之一左右。炭的產(chǎn)量與原料有關(guān)，更與干餾溫度有關(guān)。如對玉米秸稈干餾時，溫度350時，產(chǎn)炭302kg，450時產(chǎn)炭290kg，1200時產(chǎn)炭180kg。炭主要以碳（C）元素為主，還有少量的氫（H）、氧（O）、氮（N）、灰分。碳元素含量越高，熱值越高。碳元素含量與原料有關(guān)，更與干餾

9、溫度有 關(guān)。在450干餾溫度下的得到炭，碳含量在81-83%，在1500干餾溫度下得到的炭，碳含量達(dá)95%。81-83%碳的炭，發(fā)熱值約7000大卡 /kg，純碳的發(fā)熱值為8100大卡/kg。炭的物理形態(tài)有塊狀定型炭和散裝不定型炭兩種。木材、秸稈固化塊產(chǎn)生的炭為塊狀定型炭，木屑或秸稈屑、稻殼產(chǎn)生的炭為散狀不定型炭，也稱炭粉、粉炭等。生物中含的全部無機元素，如鈣、鎂、錳、鋅、鐵、銅、鎳、硅、鉀、鈉等，干餾結(jié)果卻集中到炭產(chǎn)品中，炭的灰分多少，取決于原料的灰分，像稻草、樹皮、馬鈴薯秸灰分很高的，干餾出炭灰分也就很高。與煤焦炭相比，生物質(zhì)炭的灰分是很低的，煤焦炭灰分一般在15-20%，而生物質(zhì)炭灰分一般在1-5%。根據(jù)炭的用途不同，炭的灰分不一定都是缺點，有的場合反而是優(yōu)點。（2）木煤氣生物質(zhì)被熱分解成小分子物質(zhì)，一般分子量在50以下者，在常溫下呈氣態(tài)，如：二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、氫、乙烯、乙炔