第4章 生物質(zhì)熱解技術(shù)

1、2010-06Page 1第第4章章 生物質(zhì)熱解技術(shù)生物質(zhì)熱解技術(shù)4.1 生物油簡(jiǎn)介生物油簡(jiǎn)介4.2 生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較4.3 生物油技術(shù)發(fā)展歷程生物油技術(shù)發(fā)展歷程4.4 生物質(zhì)熱解技術(shù)工藝流程生物質(zhì)熱解技術(shù)工藝流程4.5 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類4.6 生物質(zhì)熱解液化主要裝置對(duì)比生物質(zhì)熱解液化主要裝置對(duì)比4.7 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器4.7.1 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-燒蝕渦流反應(yīng)器燒蝕渦流反應(yīng)器4.7.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器4.7.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典

2、型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器4.7.3 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器4.7.4 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-流化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器4.7.5 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-熱輻射反應(yīng)器熱輻射反應(yīng)器4.8 生物油組分及性質(zhì)比較生物油組分及性質(zhì)比較4.8.1 生物油組成成分比較生物油組成成分比較4.8.2 生物油主要性質(zhì)比較生物油主要性質(zhì)比較4.8.3 生物油主要性質(zhì)說(shuō)明生物油主要性質(zhì)說(shuō)明4.9 生物質(zhì)熱解技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)生物質(zhì)熱解技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)4.10 生物油深加工技術(shù)介紹生物油深加工技術(shù)介紹2010-06P

3、age 24.1 生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較表表. 生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較工藝類型工藝類型滯留期滯留期升溫速率升溫速率最高溫度最高溫度/主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物慢速熱裂解慢速熱裂解炭化炭化數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)-數(shù)天數(shù)天非常低非常低400炭炭常規(guī)常規(guī)5-30min低低600氣、油、炭氣、油、炭快速熱裂解快速熱裂解快速快速0.5-5s較高較高650油油閃速（液體）閃速（液體）1s高高650油油閃速（氣體）閃速（氣體）1s高高650氣氣極快速極快速0.5s非常高非常高1000氣氣真空真空2-30s中中400油油反應(yīng)性熱裂解反應(yīng)性熱裂解加氫熱裂解加氫熱裂解10s高高50

4、0油油2010-06Page 3 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的一般工藝流程由物料的干一般工藝流程由物料的干燥、粉碎、熱解、產(chǎn)物炭燥、粉碎、熱解、產(chǎn)物炭和灰的分離、氣態(tài)生物油和灰的分離、氣態(tài)生物油的冷卻和生物油的收集等的冷卻和生物油的收集等幾個(gè)部分組成。幾個(gè)部分組成。4.2 生物質(zhì)熱解工藝類型及研究現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解工藝類型及研究現(xiàn)狀4.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程生物質(zhì)熱解液化工藝流程2010-06Page 4 原料干燥和粉碎原料干燥和粉碎 生物油中的水分會(huì)影響油的穩(wěn)定性、粘度、生物油中的水分會(huì)影響油的穩(wěn)定性、粘度、PH值、腐蝕性以值、腐蝕性以及一些其它特性，而天然的生物質(zhì)原料中含有

5、較多的自由水，及一些其它特性，而天然的生物質(zhì)原料中含有較多的自由水，相比從生物油中去除水分，反應(yīng)前物料的干燥要容易的多，相比從生物油中去除水分，反應(yīng)前物料的干燥要容易的多，因而在一般的熱解工藝中，為了避免將自由水帶入產(chǎn)物，物因而在一般的熱解工藝中，為了避免將自由水帶入產(chǎn)物，物料要求干燥到水份含量低于料要求干燥到水份含量低于10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）?？焖贌峤庵朴凸に囈蟾叩目焖贌峤庵朴凸に囈蟾叩膫鳠崴俾蕚鳠崴俾?，除了從反應(yīng)器的傳熱，除了從反應(yīng)器的傳熱方面入手，方面入手，原料尺寸原料尺寸也是重要的影響因素，通常對(duì)原料需要也是重要的影響因素，通常對(duì)原料需要進(jìn)行粉碎處理，不過(guò)隨著原料的尺寸變

6、得越小，整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)行粉碎處理，不過(guò)隨著原料的尺寸變得越小，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本也會(huì)相應(yīng)提高。運(yùn)行成本也會(huì)相應(yīng)提高。4.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程生物質(zhì)熱解液化工藝流程2010-06Page 5熱裂解反應(yīng)器熱裂解反應(yīng)器 反應(yīng)器是熱解的主要裝置，反應(yīng)器類型的選擇和加熱方式是反應(yīng)器是熱解的主要裝置，反應(yīng)器類型的選擇和加熱方式是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適合于快速熱解的反應(yīng)器型式是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適合于快速熱解的反應(yīng)器型式是多種多樣的，但所有熱解制油實(shí)用性較強(qiáng)的反應(yīng)器都具備了多種多樣的，但所有熱解制油實(shí)用性較強(qiáng)的反應(yīng)器都具備了三個(gè)基本特點(diǎn)：加熱速率快，反應(yīng)溫度中等和氣相停留時(shí)間三個(gè)基本特點(diǎn)：

7、加熱速率快，反應(yīng)溫度中等和氣相停留時(shí)間短。短。4.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程生物質(zhì)熱解液化工藝流程2010-06Page 64.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程生物質(zhì)熱解液化工藝流程 焦炭和灰的分離焦炭和灰的分離 在生物質(zhì)熱解制油工藝中，一些細(xì)小的焦炭顆粒不可避免地在生物質(zhì)熱解制油工藝中，一些細(xì)小的焦炭顆粒不可避免地進(jìn)入到生物油液體當(dāng)中。研究表明：液體產(chǎn)物中的進(jìn)入到生物油液體當(dāng)中。研究表明：液體產(chǎn)物中的焦炭焦炭會(huì)導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致致生物油不穩(wěn)定生物油不穩(wěn)定，加快聚合過(guò)程加快聚合過(guò)程，使生物油的粘度增大使生物油的粘度增大，從，從而而影響生物油的品質(zhì)影響生物油的品質(zhì)。同時(shí)，生物質(zhì)中幾乎所有的同時(shí)，生物質(zhì)中

8、幾乎所有的灰分灰分都保留在都保留在焦炭焦炭當(dāng)中，而灰分當(dāng)中，而灰分是影響生物質(zhì)熱解液體產(chǎn)物收率的重要因素，它的存在將大是影響生物質(zhì)熱解液體產(chǎn)物收率的重要因素，它的存在將大大催化揮發(fā)成分的二次分解，所以大催化揮發(fā)成分的二次分解，所以分離焦炭也會(huì)影響分離灰分離焦炭也會(huì)影響分離灰分分。分離焦炭除了采用分離焦炭除了采用熱蒸汽過(guò)濾外熱蒸汽過(guò)濾外，還可以通過(guò)，還可以通過(guò)液體過(guò)濾裝置液體過(guò)濾裝置（濾筒或過(guò)濾器等）來(lái)完成，目前，后者仍處于研究開發(fā)階（濾筒或過(guò)濾器等）來(lái)完成，目前，后者仍處于研究開發(fā)階段。焦炭的分離雖然很困難，但是對(duì)所有的系統(tǒng)而言都是必段。焦炭的分離雖然很困難，但是對(duì)所有的系統(tǒng)而言都是必不可少的

9、。不可少的。2010-06Page 74.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程生物質(zhì)熱解液化工藝流程液體生物油的收集液體生物油的收集 液體的收集一直以來(lái)都是整個(gè)熱解過(guò)程中運(yùn)行液體的收集一直以來(lái)都是整個(gè)熱解過(guò)程中運(yùn)行最困難的部分，最困難的部分，目前幾乎所有的收集裝置都不能很有效的收集。目前幾乎所有的收集裝置都不能很有效的收集。這是因?yàn)榱呀鈿猱a(chǎn)物中揮發(fā)份在冷卻過(guò)程中與非冷凝性氣體這是因?yàn)榱呀鈿猱a(chǎn)物中揮發(fā)份在冷卻過(guò)程中與非冷凝性氣體形成了形成了煙霧狀的氣溶膠形態(tài)煙霧狀的氣溶膠形態(tài)，是一種由蒸汽、微米級(jí)的小顆，是一種由蒸汽、微米級(jí)的小顆粒、帶有極性分子的水蒸氣分子組成的混合物，這種結(jié)構(gòu)給粒、帶有極性分子的水

10、蒸氣分子組成的混合物，這種結(jié)構(gòu)給液體的收集帶來(lái)困難。液體的收集帶來(lái)困難。在在較大規(guī)模較大規(guī)模的反應(yīng)系統(tǒng)中，采用與冷液體接觸的方式進(jìn)行的反應(yīng)系統(tǒng)中，采用與冷液體接觸的方式進(jìn)行冷冷凝收集，凝收集，通?？梢允占酱蟛糠值囊后w產(chǎn)物，但通常可以收集到大部分的液體產(chǎn)物，但進(jìn)一步進(jìn)一步的收的收集則需要依靠集則需要依靠靜電捕捉靜電捕捉等對(duì)處理微小顆粒比較有效地技術(shù)了。等對(duì)處理微小顆粒比較有效地技術(shù)了。2010-06Page 84.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀19801990199520002005201020世紀(jì)世紀(jì)80年代初，加年代初，加拿大拿大Waterloo大

11、學(xué)開大學(xué)開始了以提高液體產(chǎn)率始了以提高液體產(chǎn)率為目標(biāo)的為目標(biāo)的循環(huán)流化床循環(huán)流化床研究，研究，為現(xiàn)代快速、為現(xiàn)代快速、閃速裂解提供了基礎(chǔ)，閃速裂解提供了基礎(chǔ)，被公認(rèn)為本領(lǐng)域中最被公認(rèn)為本領(lǐng)域中最廣泛深入的研究成果。廣泛深入的研究成果。1990年左右，年左右，歐美一些國(guó)家歐美一些國(guó)家開始建設(shè)速熱開始建設(shè)速熱解示范性工廠解示范性工廠或試驗(yàn)臺(tái)?；蛟囼?yàn)臺(tái)。1995年左右，目前生物年左右，目前生物質(zhì)熱解制油質(zhì)熱解制油主流設(shè)備主流設(shè)備已已經(jīng)普遍完成研發(fā)。之后，經(jīng)普遍完成研發(fā)。之后，隨著試驗(yàn)規(guī)模的反應(yīng)裝隨著試驗(yàn)規(guī)模的反應(yīng)裝置置逐步完善逐步完善化，歐美示化，歐美示范性和商業(yè)化運(yùn)行的熱范性和商業(yè)化運(yùn)行的熱裂解項(xiàng)

12、目不斷開發(fā)和建裂解項(xiàng)目不斷開發(fā)和建造。造。2000年左右，年左右，中國(guó)各科研機(jī)中國(guó)各科研機(jī)構(gòu)紛紛開始對(duì)構(gòu)紛紛開始對(duì)生物質(zhì)熱解設(shè)生物質(zhì)熱解設(shè)備備的研發(fā)。的研發(fā)。2005年后，年后，國(guó)外科研國(guó)外科研機(jī)構(gòu)開始機(jī)構(gòu)開始加大力度加大力度研發(fā)生物研發(fā)生物油的油的深加深加工工技術(shù)。技術(shù)。近期，中國(guó)一近期，中國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)也些科研機(jī)構(gòu)也開始研發(fā)生物開始研發(fā)生物油的油的深加工深加工技技術(shù)。術(shù)。2010-06Page 94.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀 生物質(zhì)熱解技術(shù)在世界上還屬于生物質(zhì)熱解技術(shù)在世界上還屬于新技術(shù)新技術(shù)，生產(chǎn)工藝上尚有，生產(chǎn)工藝上尚有很多問(wèn)題有待解決和

13、完善。很多問(wèn)題有待解決和完善。 中國(guó)在生物油熱解液化中國(guó)在生物油熱解液化設(shè)備設(shè)備研究方面明顯研究方面明顯落后于國(guó)外落后于國(guó)外，國(guó)，國(guó)內(nèi)開發(fā)的反應(yīng)器主要以接觸式和混合式為主，具有代表性的內(nèi)開發(fā)的反應(yīng)器主要以接觸式和混合式為主，具有代表性的是是流化床式反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器流化床式反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器。目前我國(guó)熱解液化工藝。目前我國(guó)熱解液化工藝整體上尚有許多需要改進(jìn)之處。整體上尚有許多需要改進(jìn)之處。 國(guó)外對(duì)生物油深加工的研究早已展開，但是暫時(shí)沒有取得國(guó)外對(duì)生物油深加工的研究早已展開，但是暫時(shí)沒有取得突破性進(jìn)展。突破性進(jìn)展。 中國(guó)在生物油深加工方面的研究尚處于起步階段，研發(fā)的中國(guó)在生物油深加工方面的研

14、究尚處于起步階段，研發(fā)的機(jī)構(gòu)不多。東北林大、中科大、山東理工對(duì)生物油與柴油混機(jī)構(gòu)不多。東北林大、中科大、山東理工對(duì)生物油與柴油混合制備乳化油技術(shù)進(jìn)行了研究，但短期內(nèi)無(wú)法取得突破性進(jìn)合制備乳化油技術(shù)進(jìn)行了研究，但短期內(nèi)無(wú)法取得突破性進(jìn)展展。2010-06Page 10 生物質(zhì)快速熱解制取生物油的技術(shù)從生物質(zhì)快速熱解制取生物油的技術(shù)從20世紀(jì)世紀(jì)80年代興起，年代興起，經(jīng)過(guò)近經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，逐漸進(jìn)入到規(guī)模化，商業(yè)化。年的發(fā)展，逐漸進(jìn)入到規(guī)模化，商業(yè)化。隨著技術(shù)的不斷完善，研究方向和重點(diǎn)也開始拓寬。隨著技術(shù)的不斷完善，研究方向和重點(diǎn)也開始拓寬。過(guò)去過(guò)去的的研究只要側(cè)重研究只要側(cè)重?zé)峤夥磻?yīng)器熱解反

15、應(yīng)器類型以及反應(yīng)器參數(shù)，以尋求產(chǎn)物類型以及反應(yīng)器參數(shù)，以尋求產(chǎn)物的最大化。技術(shù)的成熟使生物油產(chǎn)量上的發(fā)展空間已經(jīng)不是的最大化。技術(shù)的成熟使生物油產(chǎn)量上的發(fā)展空間已經(jīng)不是很大了，最大產(chǎn)量基本上都可以達(dá)到很大了，最大產(chǎn)量基本上都可以達(dá)到70%80%左右。左右。生物油品質(zhì)和反應(yīng)系統(tǒng)整體效率的提高生物油品質(zhì)和反應(yīng)系統(tǒng)整體效率的提高是目前發(fā)展的是目前發(fā)展的新趨勢(shì)新趨勢(shì)。通過(guò)預(yù)處理原始物料以及催化，改性等方法提高產(chǎn)物的品質(zhì)通過(guò)預(yù)處理原始物料以及催化，改性等方法提高產(chǎn)物的品質(zhì)以適合以適合高層次應(yīng)用高層次應(yīng)用時(shí)拓展技術(shù)應(yīng)用空間和前景的重要手段。時(shí)拓展技術(shù)應(yīng)用空間和前景的重要手段。而而整體利用生物質(zhì)資源的聯(lián)合工

16、藝以及系統(tǒng)整體效率整體利用生物質(zhì)資源的聯(lián)合工藝以及系統(tǒng)整體效率則被認(rèn)則被認(rèn)為是為是最大化熱解制油經(jīng)濟(jì)效益最大化熱解制油經(jīng)濟(jì)效益，具有相當(dāng)大的潛力的發(fā)展方，具有相當(dāng)大的潛力的發(fā)展方向。向。4.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀2010-06Page 11 生物質(zhì)熱裂解最初的研究主要集中在歐洲和北美地區(qū)。生生物質(zhì)熱裂解最初的研究主要集中在歐洲和北美地區(qū)。生物質(zhì)熱解液化技術(shù)始于物質(zhì)熱解液化技術(shù)始于20世紀(jì)世紀(jì)70年代末期的北美，加拿大西年代末期的北美，加拿大西安大略大學(xué)開始利用輸送床以制造氣體和液體燃料及化工產(chǎn)安大略大學(xué)開始利用輸送床以制造氣體和液體燃料及化工產(chǎn)

17、品的研究。然而其發(fā)表的資料主要是關(guān)于乙烯和丙烯產(chǎn)物的品的研究。然而其發(fā)表的資料主要是關(guān)于乙烯和丙烯產(chǎn)物的研究，并沒有引起做夠的重視。研究，并沒有引起做夠的重視。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代初，加拿大年代初，加拿大Waterloo大學(xué)開始了以提高液體大學(xué)開始了以提高液體產(chǎn)率為目標(biāo)的循環(huán)流化床研究，隨后開始了持續(xù)閃速熱解流產(chǎn)率為目標(biāo)的循環(huán)流化床研究，隨后開始了持續(xù)閃速熱解流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)得到研制。他們的工作為現(xiàn)代快速和閃速裂解提化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)得到研制。他們的工作為現(xiàn)代快速和閃速裂解提供了基礎(chǔ)，被公認(rèn)為本領(lǐng)域中最廣泛深入的研究成果。供了基礎(chǔ)，被公認(rèn)為本領(lǐng)域中最廣泛深入的研究成果。4.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究

18、及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀2010-06Page 12 1989年，歐洲第一家生物質(zhì)熱解加工廠，一個(gè)傳統(tǒng)的慢速年，歐洲第一家生物質(zhì)熱解加工廠，一個(gè)傳統(tǒng)的慢速熱解示范性工廠（熱解示范性工廠（500kg/h）在意大利落成，其液體和焦炭的）在意大利落成，其液體和焦炭的產(chǎn)量大致上都在產(chǎn)量大致上都在25%左右。同一時(shí)期，瑞典左右。同一時(shí)期，瑞典Bio-Alternative公公司建成了固定床反應(yīng)器的熱解示范性工廠，主要用來(lái)制取焦司建成了固定床反應(yīng)器的熱解示范性工廠，主要用來(lái)制取焦炭和副產(chǎn)品油，其焦油產(chǎn)率也比較低，僅炭和副產(chǎn)品油，其焦油產(chǎn)率也比較低，僅20%的質(zhì)量含量。的質(zhì)量含量。 西班牙

19、西班牙Fenosa聯(lián)邦于聯(lián)邦于1993年建立了基于年建立了基于Laterloo大學(xué)熱裂解大學(xué)熱裂解技術(shù)的技術(shù)的200kg/h閃速熱裂解試驗(yàn)臺(tái)。比利時(shí)閃速熱裂解試驗(yàn)臺(tái)。比利時(shí)Egemin公司于公司于1991年建立由他們自行設(shè)計(jì)的，容量為年建立由他們自行設(shè)計(jì)的，容量為200kg/h引射流反應(yīng)器并在引射流反應(yīng)器并在1992投入運(yùn)行使用。許多重要的熱裂解技術(shù)在歐洲一些著名投入運(yùn)行使用。許多重要的熱裂解技術(shù)在歐洲一些著名實(shí)驗(yàn)室和研究所中進(jìn)行開發(fā)，實(shí)驗(yàn)室和研究所中進(jìn)行開發(fā)，90年代初歐共體年代初歐共體JOULE計(jì)劃中計(jì)劃中的用生物質(zhì)生產(chǎn)能源項(xiàng)目的很多課題的啟動(dòng)也顯示了歐盟對(duì)的用生物質(zhì)生產(chǎn)能源項(xiàng)目的很多課題

20、的啟動(dòng)也顯示了歐盟對(duì)生物質(zhì)熱裂解制油技術(shù)的重視程度。生物質(zhì)熱裂解制油技術(shù)的重視程度。4.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀2010-06Page 13 生物質(zhì)熱解制油技術(shù)的蓬勃發(fā)展從生物質(zhì)熱解制油技術(shù)的蓬勃發(fā)展從20世紀(jì)世紀(jì)90年代初開始，隨年代初開始，隨著試驗(yàn)規(guī)模的反應(yīng)裝置逐步完善化，示范性和商業(yè)化運(yùn)行的著試驗(yàn)規(guī)模的反應(yīng)裝置逐步完善化，示范性和商業(yè)化運(yùn)行的熱裂解裝置被不斷開發(fā)和建造。不同規(guī)模的、各種各樣型式熱裂解裝置被不斷開發(fā)和建造。不同規(guī)模的、各種各樣型式的快速熱裂解系統(tǒng)在世界各國(guó)先后建立起來(lái)。的快速熱裂解系統(tǒng)在世界各國(guó)先后建立起來(lái)。4.2.2 生物質(zhì)

21、熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀2010-06Page 14 在北美，在北美，20世紀(jì)世紀(jì)90年代初成立的年代初成立的加拿大達(dá)茂科技公司加拿大達(dá)茂科技公司利用利用該公司的生物質(zhì)反應(yīng)爐專利技術(shù)，于該公司的生物質(zhì)反應(yīng)爐專利技術(shù)，于1997年年6月成立了可日產(chǎn)月成立了可日產(chǎn)半噸生物油的示范廠，該公司認(rèn)識(shí)到生物質(zhì)熱裂解技術(shù)具有半噸生物油的示范廠，該公司認(rèn)識(shí)到生物質(zhì)熱裂解技術(shù)具有將農(nóng)林業(yè)的廢棄物轉(zhuǎn)化為清潔燃料生物油，并進(jìn)一步加工成將農(nóng)林業(yè)的廢棄物轉(zhuǎn)化為清潔燃料生物油，并進(jìn)一步加工成生化石灰與緩效性肥料等高附加值產(chǎn)品的巨大潛力，并于生化石灰與緩效性肥料等高附加值產(chǎn)品的巨大潛力，并

22、于1998年與年與RTI公司合作開發(fā)生物油系列產(chǎn)品。公司合作開發(fā)生物油系列產(chǎn)品。加拿大加拿大Castle Capital有限公司有限公司將將BBC公司開發(fā)的公司開發(fā)的1025kg/h的橡膠熱燒蝕反的橡膠熱燒蝕反應(yīng)器放大后，在新思科舍建造了應(yīng)器放大后，在新思科舍建造了15002000kg/h規(guī)模的固體廢規(guī)模的固體廢棄物熱燒蝕裂解反應(yīng)器，用以制取液體燃料，同時(shí)把該技術(shù)棄物熱燒蝕裂解反應(yīng)器，用以制取液體燃料，同時(shí)把該技術(shù)發(fā)展為連續(xù)燒蝕反應(yīng)系統(tǒng)，在新斯科舍建設(shè)了發(fā)展為連續(xù)燒蝕反應(yīng)系統(tǒng)，在新斯科舍建設(shè)了50t/d規(guī)模的示規(guī)模的示范性裝置。范性裝置。加拿大加拿大Ensyn公司公司進(jìn)行的市場(chǎng)商業(yè)化的快速熱解

23、工進(jìn)行的市場(chǎng)商業(yè)化的快速熱解工廠的生產(chǎn)能力也達(dá)到了廠的生產(chǎn)能力也達(dá)到了10t/h。4.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀2010-06Page 15生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類 應(yīng)用于生物質(zhì)熱解的反應(yīng)器具有應(yīng)用于生物質(zhì)熱解的反應(yīng)器具有加熱速率快、反應(yīng)溫加熱速率快、反應(yīng)溫度中等、氣相停留時(shí)間短等共同特征度中等、氣相停留時(shí)間短等共同特征。綜合國(guó)外介紹的。綜合國(guó)外介紹的生物質(zhì)熱解制油反應(yīng)器，主要可按生物質(zhì)的生物質(zhì)熱解制油反應(yīng)器，主要可按生物質(zhì)的受熱方式分受熱方式分為三類。為三類。 機(jī)械接觸式反應(yīng)器機(jī)械接觸式反應(yīng)器 這類反應(yīng)器的共同點(diǎn)是通過(guò)灼熱這類反應(yīng)

24、器的共同點(diǎn)是通過(guò)灼熱的反應(yīng)器表面直接或間接與生物質(zhì)接觸，將熱量傳遞到的反應(yīng)器表面直接或間接與生物質(zhì)接觸，將熱量傳遞到生物質(zhì)而使其高速升溫達(dá)到快速熱解，其采用的熱量傳生物質(zhì)而使其高速升溫達(dá)到快速熱解，其采用的熱量傳遞方式遞方式主要為熱傳導(dǎo)，輻射是次要的，對(duì)流傳熱則不起主要為熱傳導(dǎo)，輻射是次要的，對(duì)流傳熱則不起主要作用。主要作用。常見的有常見的有燒蝕熱解反應(yīng)器、絲網(wǎng)熱解反應(yīng)器、燒蝕熱解反應(yīng)器、絲網(wǎng)熱解反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器等。等。4.3 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器生物質(zhì)熱解反應(yīng)器4.3.1 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類2010-06Page 16 間接式反應(yīng)器間接式反應(yīng)器 這類反應(yīng)器的

25、主要特征是由一高溫的這類反應(yīng)器的主要特征是由一高溫的表面或熱源提供生物質(zhì)熱解所需熱量，其主要通過(guò)表面或熱源提供生物質(zhì)熱解所需熱量，其主要通過(guò)熱輻熱輻射射進(jìn)行熱量傳遞，對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)則居于其次要地位，進(jìn)行熱量傳遞，對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)則居于其次要地位，常見的常見的熱天平熱天平也可以歸屬此類反應(yīng)器。也可以歸屬此類反應(yīng)器。 混合式反應(yīng)器混合式反應(yīng)器 其主要是借助熱氣或氣固多相流對(duì)生其主要是借助熱氣或氣固多相流對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行快速加熱，其主導(dǎo)熱量方式主要為對(duì)流換熱，物質(zhì)進(jìn)行快速加熱，其主導(dǎo)熱量方式主要為對(duì)流換熱，但熱輻射和熱傳導(dǎo)有時(shí)也不可忽略，常見的有但熱輻射和熱傳導(dǎo)有時(shí)也不可忽略，常見的有流化床反流化床反

26、應(yīng)器、快速引射床反應(yīng)器、循環(huán)流化床反應(yīng)器應(yīng)器、快速引射床反應(yīng)器、循環(huán)流化床反應(yīng)器等。等。 目前進(jìn)行的生物質(zhì)熱解制油技術(shù)研究中，針對(duì)目前進(jìn)行的生物質(zhì)熱解制油技術(shù)研究中，針對(duì)第一類第一類和第三類的反應(yīng)器和第三類的反應(yīng)器的工作開展得相對(duì)較多，并取得了一的工作開展得相對(duì)較多，并取得了一定的進(jìn)展，這些反應(yīng)器的定的進(jìn)展，這些反應(yīng)器的成本較低且宜大型化，從而能成本較低且宜大型化，從而能在工業(yè)上投入實(shí)際應(yīng)用在工業(yè)上投入實(shí)際應(yīng)用。4.3 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器生物質(zhì)熱解反應(yīng)器4.3.1 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類2010-06Page 17典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器 世界各國(guó)通過(guò)反應(yīng)器的設(shè)

27、計(jì)、制造及工藝條件的控制，開發(fā)了各種類型的快速熱解工藝，幾種有代表性的反應(yīng)器如下： 燒蝕渦流反應(yīng)器（燒蝕渦流反應(yīng)器（1995） 美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研制出的燒蝕渦流反應(yīng)器，其流程如圖所示。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-燒蝕渦流反應(yīng)器燒蝕渦流反應(yīng)器(1)2010-06Page 18 反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，生物質(zhì)顆粒需要用速度為反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，生物質(zhì)顆粒需要用速度為40ms的氮?dú)饣蜻^(guò)熱蒸汽流的氮?dú)饣蜻^(guò)熱蒸汽流引射引射（夾帶）沿切線方（夾帶）沿切線方向進(jìn)入反應(yīng)器管，生物質(zhì)在此條件下受到高速離心向進(jìn)入反應(yīng)器管，生物質(zhì)在此條件下受到高速離心力的作用，導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒在受熱

28、的反器壁上的受力的作用，導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒在受熱的反器壁上的受到到高度燒蝕高度燒蝕。燒蝕后，顆粒留在反應(yīng)器壁上的生物。燒蝕后，顆粒留在反應(yīng)器壁上的生物油膜迅速蒸發(fā)。如果生物質(zhì)顆粒油膜迅速蒸發(fā)。如果生物質(zhì)顆粒沒有被完全轉(zhuǎn)化沒有被完全轉(zhuǎn)化，可以通過(guò)特殊的可以通過(guò)特殊的固體循環(huán)回路固體循環(huán)回路循環(huán)反應(yīng)。循環(huán)反應(yīng)。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-燒蝕渦流反應(yīng)器燒蝕渦流反應(yīng)器(1)2010-06Page 19在在1995年，該實(shí)驗(yàn)室在原來(lái)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將主反年，該實(shí)驗(yàn)室在原來(lái)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將主反應(yīng)器改為垂直，并且還增加了熱蒸汽過(guò)濾裝置。改應(yīng)器改為垂直，并且還增加了熱蒸汽過(guò)濾裝置。改進(jìn)后的實(shí)

29、驗(yàn)系統(tǒng)可獲得更為優(yōu)質(zhì)的生物油，進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可獲得更為優(yōu)質(zhì)的生物油，主要是主要是因?yàn)榘惭b了熱蒸汽過(guò)濾設(shè)備，因?yàn)榘惭b了熱蒸汽過(guò)濾設(shè)備，成功的防止了微小的成功的防止了微小的焦炭顆粒在裂解氣被冷凝過(guò)程中混入生物油，同時(shí)焦炭顆粒在裂解氣被冷凝過(guò)程中混入生物油，同時(shí)這也使得油中的灰分含量低于這也使得油中的灰分含量低于0.01%，并且堿金屬，并且堿金屬含量很低。這套系統(tǒng)所生成油的產(chǎn)量在含量很低。這套系統(tǒng)所生成油的產(chǎn)量在67%左右，左右，但該油中氧含量較高。但該油中氧含量較高。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-燒蝕渦流反應(yīng)器燒蝕渦流反應(yīng)器(1)2010-06Page 20 真空熱解反應(yīng)器

30、真空熱解反應(yīng)器/真空移動(dòng)床（真空移動(dòng)床（1996） 加拿大Laval大學(xué)生物質(zhì)真空熱解裝置，已經(jīng)完善反應(yīng)過(guò)程和提高產(chǎn)量，并在1996年成立了ProSystem能源公司，負(fù)責(zé)把這個(gè)反應(yīng)器大型化，上述這套系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器(2)2010-06Page 21物料干燥和破碎后物料干燥和破碎后進(jìn)入反應(yīng)器，物料送進(jìn)入反應(yīng)器，物料送到兩個(gè)水平的金屬板，到兩個(gè)水平的金屬板，金屬板被混合的熔融金屬板被混合的熔融鹽加熱且溫度維持在鹽加熱且溫度維持在530左右。熔融鹽是左右。熔融鹽是通過(guò)一個(gè)靠在熱解反通過(guò)一個(gè)靠在熱解反應(yīng)中產(chǎn)生不

31、可凝氣體應(yīng)中產(chǎn)生不可凝氣體燃燒提供熱源的爐子燃燒提供熱源的爐子來(lái)加熱。另外，合理來(lái)加熱。另外，合理地使用電子感應(yīng)加熱地使用電子感應(yīng)加熱器以保持反應(yīng)器中的器以保持反應(yīng)器中的溫度連續(xù)穩(wěn)定。溫度連續(xù)穩(wěn)定。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器(2)2010-06Page 22 物料中的有機(jī)質(zhì)物料中的有機(jī)質(zhì)加熱分解所有產(chǎn)生加熱分解所有產(chǎn)生的的蒸汽蒸汽依靠反應(yīng)器依靠反應(yīng)器的真空狀態(tài)很快被的真空狀態(tài)很快被帶出反應(yīng)器，帶出反應(yīng)器，揮發(fā)揮發(fā)分氣體分氣體質(zhì)解輸入到質(zhì)解輸入到兩個(gè)冷凝系統(tǒng)：兩個(gè)冷凝系統(tǒng)：一一個(gè)是收集重油，一個(gè)是收集重油，一個(gè)收集輕油和水分。個(gè)收集輕油和水

32、分。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器(2)2010-06Page 23 通過(guò)這套系統(tǒng)得到的比較典型的和物料有關(guān)的熱解產(chǎn)物是通過(guò)這套系統(tǒng)得到的比較典型的和物料有關(guān)的熱解產(chǎn)物是47%的生物油、的生物油、17%的裂解水、的裂解水、12%的焦炭、的焦炭、12%的不可凝的不可凝熱解氣。該系統(tǒng)熱解氣。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是真空下一次裂解產(chǎn)物很快溢出最大的優(yōu)點(diǎn)是真空下一次裂解產(chǎn)物很快溢出反應(yīng)器從而降低了揮發(fā)份的劣化和重整等，減少了裂解氣二反應(yīng)器從而降低了揮發(fā)份的劣化和重整等，減少了裂解氣二次反應(yīng)的概率。次反應(yīng)的概率。不過(guò)，反應(yīng)器所需要的真空需要真空泵的專不過(guò)，反

33、應(yīng)器所需要的真空需要真空泵的專業(yè)運(yùn)作以及很好的密封性來(lái)保證，這就加大了成本和運(yùn)行難業(yè)運(yùn)作以及很好的密封性來(lái)保證，這就加大了成本和運(yùn)行難度。度。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-真空熱解反應(yīng)器真空熱解反應(yīng)器(2)2010-06Page 24 旋轉(zhuǎn)錐熱解反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐熱解反應(yīng)器（1995） 旋轉(zhuǎn)錐熱解反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐熱解反應(yīng)器是一個(gè)比較新穎的反應(yīng)器，是一個(gè)比較新穎的反應(yīng)器，它巧妙地利用了它巧妙地利用了離心力的原離心力的原理理，成功的將反應(yīng)的，成功的將反應(yīng)的熱解氣熱解氣和固體產(chǎn)物分離開來(lái)和固體產(chǎn)物分離開來(lái)。 該反應(yīng)器是由荷蘭該反應(yīng)器是由荷蘭Twente大學(xué)反應(yīng)器工程組及生物質(zhì)大學(xué)反應(yīng)器

34、工程組及生物質(zhì)技術(shù)集團(tuán)（技術(shù)集團(tuán)（BTG）從）從1989年年開始研制開發(fā)的，經(jīng)過(guò)幾年開始研制開發(fā)的，經(jīng)過(guò)幾年的不斷完善，到的不斷完善，到1995年發(fā)展年發(fā)展成如圖所示的新型反應(yīng)器。成如圖所示的新型反應(yīng)器。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器(3)2010-06Page 25 其特點(diǎn)是：升溫速率其特點(diǎn)是：升溫速率高、固相滯留期短、氣高、固相滯留期短、氣相滯留期小。相滯留期小。其工藝流其工藝流程可簡(jiǎn)述為：生物質(zhì)顆程可簡(jiǎn)述為：生物質(zhì)顆粒與過(guò)量的惰性載熱體粒與過(guò)量的惰性載熱體沙子一起進(jìn)入反應(yīng)器旋沙子一起進(jìn)入反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)外錐的底部，當(dāng)生物轉(zhuǎn)外錐的底部，當(dāng)生物質(zhì)和沙

35、子的混合物沿著質(zhì)和沙子的混合物沿著熾熱的錐壁螺旋向上傳熾熱的錐壁螺旋向上傳時(shí)，生物質(zhì)發(fā)生裂解轉(zhuǎn)時(shí)，生物質(zhì)發(fā)生裂解轉(zhuǎn)化。整個(gè)過(guò)程化。整個(gè)過(guò)程不需要載不需要載氣氣，從而減小了隨后油，從而減小了隨后油收集系統(tǒng)的體積成本。收集系統(tǒng)的體積成本。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器(3)2010-06Page 26 反應(yīng)器非常緊湊而且有很反應(yīng)器非常緊湊而且有很強(qiáng)的固體傳輸能力。強(qiáng)的固體傳輸能力。沙子可沙子可以和焦炭一起被移出反應(yīng)器，以和焦炭一起被移出反應(yīng)器，之后焦炭被燃燒掉，熱的沙之后焦炭被燃燒掉，熱的沙子返回到反應(yīng)器中。該反應(yīng)子返回到反應(yīng)器中。該反應(yīng)器使用沙子作

36、載熱體的另一器使用沙子作載熱體的另一個(gè)功能就是避免生物質(zhì)顆粒個(gè)功能就是避免生物質(zhì)顆粒和炭在錐壁上的積累，通過(guò)和炭在錐壁上的積累，通過(guò)阻隔旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部的部分空間，阻隔旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部的部分空間，可減少旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)的氣體容積，可減少旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)的氣體容積，因此減少了反應(yīng)器的氣相滯因此減少了反應(yīng)器的氣相滯留期和抑制氣相中生物油的留期和抑制氣相中生物油的裂化反應(yīng)。裂化反應(yīng)。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器(3)2010-06Page 27 流化床熱解反應(yīng)器（流化床熱解反應(yīng)器（1996） 加拿大加拿大Waterloo大學(xué)早在大學(xué)早在20世紀(jì)世紀(jì)80年代就開發(fā)了年代就開發(fā)了一

37、種大氣壓流化床熱解工藝，當(dāng)初的主要一種大氣壓流化床熱解工藝，當(dāng)初的主要目的是為了找到生物質(zhì)熱解制油產(chǎn)油量最目的是為了找到生物質(zhì)熱解制油產(chǎn)油量最大的狀態(tài)大的狀態(tài)。最初設(shè)計(jì)的是大氣壓下流化床連續(xù)熱解最初設(shè)計(jì)的是大氣壓下流化床連續(xù)熱解臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)，反應(yīng)參數(shù)為顆粒尺寸臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)，反應(yīng)參數(shù)為顆粒尺寸105250m、給料速率、給料速率50g/h、氮?dú)庾鳛檩d、氮?dú)庾鳛檩d氣、溫度氣、溫度400600。結(jié)果表明：揮發(fā)分停。結(jié)果表明：揮發(fā)分停留時(shí)間在留時(shí)間在0.5s時(shí)，油的產(chǎn)量在時(shí)，油的產(chǎn)量在60%左右。左右。 之后，在此基礎(chǔ)上建造了一個(gè)之后，在此基礎(chǔ)上建造了一個(gè)3kg/h的連的連續(xù)工藝裝置，其工藝流程如圖所示。續(xù)

38、工藝裝置，其工藝流程如圖所示。風(fēng)干風(fēng)干的生物質(zhì)的生物質(zhì)錘磨錘磨后后篩分篩分出小于出小于595m的顆粒，的顆粒，料斗中的生物質(zhì)通過(guò)一個(gè)可變速的料斗中的生物質(zhì)通過(guò)一個(gè)可變速的雙螺旋雙螺旋給料器傳送給料器傳送，在給料器的末端生物質(zhì)顆粒，在給料器的末端生物質(zhì)顆粒被循環(huán)的產(chǎn)物氣體吹掃并被輸送進(jìn)反應(yīng)器。被循環(huán)的產(chǎn)物氣體吹掃并被輸送進(jìn)反應(yīng)器。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-流化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器(4)2010-06Page 28反應(yīng)器以砂子作為床料，反應(yīng)器以砂子作為床料，流化氣體是循環(huán)的產(chǎn)物氣體流化氣體是循環(huán)的產(chǎn)物氣體，該氣體在管路里被電加熱器該氣體在管路里被電加熱器預(yù)熱。此

39、外，反應(yīng)器上包有預(yù)熱。此外，反應(yīng)器上包有加熱線圈加熱線圈，能使額外的熱量，能使額外的熱量像所希望的那樣添加到流化像所希望的那樣添加到流化床或凈空空間。床或凈空空間。 反應(yīng)器的操作溫度范圍為反應(yīng)器的操作溫度范圍為425625，氣相滯留期為，氣相滯留期為3001500s，加工能力為，加工能力為3kg/h，壓力為，壓力為125kpa，升溫速率為，升溫速率為10000100000/s。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-流化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器(4)2010-06Page 29 熱解產(chǎn)物和所有生成的炭從反熱解產(chǎn)物和所有生成的炭從反應(yīng)器中被吹掃到應(yīng)器中被吹掃到旋分器旋分器，炭在

40、旋炭在旋分器中被分離出來(lái)，分器中被分離出來(lái)，產(chǎn)物氣和蒸產(chǎn)物氣和蒸汽被通到兩個(gè)汽被通到兩個(gè)冷凝器冷凝器中，第一個(gè)中，第一個(gè)冷凝器操作溫度為冷凝器操作溫度為60，第二個(gè)，第二個(gè)冷凝器用冷凝器用0 冰水作為冷卻介質(zhì)。冰水作為冷卻介質(zhì)。氣體氣體通過(guò)一系列通過(guò)一系列過(guò)濾器過(guò)濾器除去除去焦油焦油煙霧后送到循環(huán)壓縮機(jī)，從煙霧后送到循環(huán)壓縮機(jī)，從循環(huán)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮機(jī)卸載卸載分取一股調(diào)節(jié)氣量分取一股調(diào)節(jié)氣量去去流化反應(yīng)器和輸送生物質(zhì)到反應(yīng)流化反應(yīng)器和輸送生物質(zhì)到反應(yīng)器器，過(guò)量的氣體經(jīng)氣體分析和作，過(guò)量的氣體經(jīng)氣體分析和作為產(chǎn)物劑量后放掉。為產(chǎn)物劑量后放掉。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-流

41、化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器(4)2010-06Page 30 在反應(yīng)溫度達(dá)到在反應(yīng)溫度達(dá)到500時(shí)系時(shí)系統(tǒng)液體的產(chǎn)量最大，這與減少統(tǒng)液體的產(chǎn)量最大，這與減少在低溫時(shí)的二次分解反應(yīng)有關(guān)。在低溫時(shí)的二次分解反應(yīng)有關(guān)。油中氧含量比較高，一般在油中氧含量比較高，一般在38%左右。液體在室溫下表現(xiàn)左右。液體在室溫下表現(xiàn)穩(wěn)定，不可凝結(jié)氣體的熱值也穩(wěn)定，不可凝結(jié)氣體的熱值也較高，大約有較高，大約有14.1MJ/Nm。流。流化床熱解也還有一些問(wèn)題，例化床熱解也還有一些問(wèn)題，例如焦炭的磨損比較嚴(yán)重，需要如焦炭的磨損比較嚴(yán)重，需要對(duì)生物油有一個(gè)后續(xù)的處理以對(duì)生物油有一個(gè)后續(xù)的處理以減少油中的焦炭含量；一般的減

42、少油中的焦炭含量；一般的流化床都是采用稀相流化傳熱，流化床都是采用稀相流化傳熱，所以傳熱速率不是很高。所以傳熱速率不是很高。 4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-流化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器(4)2010-06Page 31 熱輻射反應(yīng)器熱輻射反應(yīng)器 熱輻射反應(yīng)器是典型的熱輻射反應(yīng)器是典型的間接式加熱反應(yīng)器間接式加熱反應(yīng)器。美。美國(guó)國(guó)Washington大學(xué)設(shè)計(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)了一種用于研究單顆生了一種用于研究單顆生物顆粒熱裂解行為的反物顆粒熱裂解行為的反應(yīng)器及相關(guān)的分析系統(tǒng)，應(yīng)器及相關(guān)的分析系統(tǒng)，如圖。如圖。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-熱輻射反應(yīng)器熱輻

43、射反應(yīng)器(5)2010-06Page 32該反應(yīng)器的熱源是一個(gè)該反應(yīng)器的熱源是一個(gè)1000W的氙燈，其均勻提供約的氙燈，其均勻提供約025W/cm的一維高強(qiáng)度熱通量給內(nèi)置在玻璃反應(yīng)器內(nèi)的一維高強(qiáng)度熱通量給內(nèi)置在玻璃反應(yīng)器內(nèi)套管的試樣，套管的試樣，反應(yīng)器、氙燈以及熱通量測(cè)定裝置反應(yīng)器、氙燈以及熱通量測(cè)定裝置固定在固定在光學(xué)架臺(tái)上進(jìn)行精確校正。采用光學(xué)架臺(tái)上進(jìn)行精確校正。采用鋁鉻熱電偶鋁鉻熱電偶測(cè)量顆粒溫測(cè)量顆粒溫度，而度，而紅外高溫計(jì)紅外高溫計(jì)則用來(lái)確定顆粒受熱輻射的表面溫度。則用來(lái)確定顆粒受熱輻射的表面溫度。氦氣流氦氣流使得顆粒解析出的揮發(fā)份快速冷卻，并將其送到使得顆粒解析出的揮發(fā)份快速冷卻，

44、并將其送到收集器和分析系統(tǒng)收集器和分析系統(tǒng)，在，在3Lmin的通用流量下，從顆粒表的通用流量下，從顆粒表面到采樣點(diǎn)的氣相產(chǎn)物的停留時(shí)間約為面到采樣點(diǎn)的氣相產(chǎn)物的停留時(shí)間約為2.8s，單顆粒生，單顆粒生物質(zhì)的熱解實(shí)驗(yàn)在常壓下進(jìn)行，得到了約物質(zhì)的熱解實(shí)驗(yàn)在常壓下進(jìn)行，得到了約40%左右的生左右的生物油。物油。4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-熱輻射反應(yīng)器熱輻射反應(yīng)器(5)2010-06Page 33 該反應(yīng)器中生物質(zhì)顆粒以及各熱解產(chǎn)物的輻射吸收該反應(yīng)器中生物質(zhì)顆粒以及各熱解產(chǎn)物的輻射吸收特性存在差異，這使得溫度控制較為困難，并對(duì)導(dǎo)致特性存在差異，這使得溫度控制較為困難，并對(duì)導(dǎo)致

45、生物油二次反應(yīng)的抑制作用較差，同時(shí)，因需要提供生物油二次反應(yīng)的抑制作用較差，同時(shí)，因需要提供高溫?zé)嵩炊拗屏似渌鼘?shí)際應(yīng)用，通常僅在機(jī)理研究高溫?zé)嵩炊拗屏似渌鼘?shí)際應(yīng)用，通常僅在機(jī)理研究時(shí)才采用。時(shí)才采用。 4.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器典型的快速熱解反應(yīng)器-熱輻射反應(yīng)器熱輻射反應(yīng)器(5)2010-06Page 34生物質(zhì)熱解液化主要裝置對(duì)比生物質(zhì)熱解液化主要裝置對(duì)比表表. 生物質(zhì)熱解液化主要裝置比較生物質(zhì)熱解液化主要裝置比較生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝研發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)備特點(diǎn)設(shè)備特點(diǎn)流化床反應(yīng)器Aston University,NREL,RTI等其特點(diǎn)是設(shè)備小巧，氣相停留時(shí)間很短，可以防止熱解蒸汽的二次

46、裂解，效率很高，并容易工業(yè)放大；但對(duì)原料顆粒尺寸要求較小，這就大大增加了原料的加工成本，而且生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)熱效率較低。燒蝕反應(yīng)器NREL,Aston University,BBC,Castle Capital該設(shè)備相對(duì)于其它系統(tǒng)可以用粒徑為2-6.35mm的大顆粒生物質(zhì)作為原料，但是生產(chǎn)的油中的氧含量比較高。循環(huán)流化床反應(yīng)器CRES,CPERI,ENEL/Pasquali循環(huán)流化床反應(yīng)器設(shè)備小巧，氣相停留時(shí)間段，可防止熱解蒸汽的二次裂解，該工藝的加熱、傳熱速率及產(chǎn)油率較高，而且處理規(guī)模也較大。缺點(diǎn)是需要載氣，對(duì)設(shè)備內(nèi)的熱載體及生物質(zhì)進(jìn)行流化。引射流反應(yīng)器GRTI,Egemin該設(shè)備的缺點(diǎn)是需要

47、大量高溫燃燒氣，并產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣，這個(gè)缺點(diǎn)造成此技術(shù)的發(fā)展前景不大。旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器Twente University,BTG/Schelde/Kara旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器采用反應(yīng)器壁加熱的方式，不用載氣，且生物油產(chǎn)率很高，達(dá)到物料的70%；缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小，能耗較高。輸送床反應(yīng)器ENSYN雖然可以解決熱量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，但是不易于大型化使用，而且還有焦渣磨損設(shè)備的問(wèn)題。真空移動(dòng)床反應(yīng)器Laval University/Pyrovac其優(yōu)點(diǎn)是熱解蒸汽停留時(shí)間很短，減少了二次裂解，但反應(yīng)器要有非常好的真空度，這就對(duì)真空泵和密封材料提高了要求，因此增大了制造成本和運(yùn)行難度。 在生物質(zhì)快速熱解的各種工藝中，

48、反應(yīng)器的類型及其加熱方式的選擇很大程度上決定了產(chǎn)物的最終分布，所以反應(yīng)器在生物質(zhì)快速熱解的各種工藝中，反應(yīng)器的類型及其加熱方式的選擇很大程度上決定了產(chǎn)物的最終分布，所以反應(yīng)器類型和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的制取生物質(zhì)液化燃料的反應(yīng)器都具有加熱速率快和很高的熱類型和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的制取生物質(zhì)液化燃料的反應(yīng)器都具有加熱速率快和很高的熱量轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)溫度中等、氣相停留時(shí)間短等共同特征。量轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)溫度中等、氣相停留時(shí)間短等共同特征。2010-06Page 35 生物油生物油是指在中溫是指在中溫(500600)、隔絕氧氣的條件下將生、隔絕氧氣的條件下

49、將生物質(zhì)物質(zhì)(木材、秸稈等木材、秸稈等)顆粒物迅速加熱使其裂解，再迅速冷凝顆粒物迅速加熱使其裂解，再迅速冷凝后得到的一種棕黑色液體。它具有原料來(lái)源廣泛、可再生、后得到的一種棕黑色液體。它具有原料來(lái)源廣泛、可再生、便于運(yùn)輸、能量密度較高等特點(diǎn)，是一種潛在的液體燃料便于運(yùn)輸、能量密度較高等特點(diǎn)，是一種潛在的液體燃料和化工原料。和化工原料。4.5 生物質(zhì)熱解產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)生物轉(zhuǎn)化流化床式熱輻射反應(yīng)器 生生物物質(zhì)質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)錐式真空移動(dòng)床式燒蝕式圖圖. 生物質(zhì)熱解液化主要技術(shù)種類生物質(zhì)熱解液化主要技術(shù)種類2010-06Page 364.5.1 生物油組成及性質(zhì)生物油組

50、成及性質(zhì)生物油的組成和理化性質(zhì)受生物油的組成和理化性質(zhì)受多個(gè)因素影響多個(gè)因素影響，如原料種，如原料種類、含水量、反應(yīng)器類型、反應(yīng)參數(shù)、產(chǎn)物收集方法等，類、含水量、反應(yīng)器類型、反應(yīng)參數(shù)、產(chǎn)物收集方法等，但不同途徑制得的生物油仍具有一些但不同途徑制得的生物油仍具有一些共同的性質(zhì)共同的性質(zhì)，如水，如水分含量高、含顆粒雜質(zhì)、黏度大、穩(wěn)定性差、有腐蝕性分含量高、含顆粒雜質(zhì)、黏度大、穩(wěn)定性差、有腐蝕性等，這與傳統(tǒng)石化燃料等，這與傳統(tǒng)石化燃料(柴油、汽油柴油、汽油)有很大不同，也給有很大不同，也給生物油用于柴油機(jī)帶來(lái)了很多困難。生物油用于柴油機(jī)帶來(lái)了很多困難。4.5 生物質(zhì)熱解產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)生物質(zhì)熱解產(chǎn)

51、物特性及應(yīng)用技術(shù)2010-06Page 374.5.1 生物油組成成分比較生物油組成成分比較物質(zhì)物質(zhì)含量含量%物質(zhì)物質(zhì)含量含量%乙酸乙酸16.781-羥基羥基-2-丙烷醋酸酯丙烷醋酸酯0.861-羥基羥基-2-丙酮丙酮7.01鄰甲氧基苯酚鄰甲氧基苯酚0.82甲醇甲醇4.111-羥基羥基-2-丁酮醋酸酯丁酮醋酸酯0.671-羥基羥基-2-丁酮丁酮3.47丁乙酸丁乙酸0.66糖醛糖醛2.09甲酸甲酸0.662，6-二甲氧基苯酚二甲氧基苯酚1.97丁內(nèi)酯丁內(nèi)酯0.66左旋葡萄糖左旋葡萄糖1.89丙酸丙酸0.66-當(dāng)歸丙酮當(dāng)歸丙酮1.81乙醇乙醇0.594-甲基甲基-2，6-二甲氧二甲氧基苯酚基苯酚1

52、.812，3-丁丁 酮酮0.542，3-戊二酮戊二酮0.54丙烯酸丙烯酸0.33頡草酸頡草酸0.542-丁酮丁酮0.33異頡草酸異頡草酸0.543-乙酸甲酯乙酸甲酯0.215-甲基甲基-糖醛糖醛0.54甲基甲基-呋喃呋喃-丙酮丙酮0.16戊內(nèi)酯戊內(nèi)酯0.33巴豆醇丙酮巴豆醇丙酮0.16丁酸丁酸0.332-甲基環(huán)戊酮甲基環(huán)戊酮0.16異丁酸異丁酸0.33環(huán)戊酸環(huán)戊酸0.16丙酮丙酮0.33落葉樹熱解液化成分分析落葉樹熱解液化成分分析2010-06Page 38物質(zhì)物質(zhì)含量含量%物質(zhì)物質(zhì)含量含量%甲酸甲酸7.691，2環(huán)丁酮環(huán)丁酮1.92乙醇乙醇6.772，3羥基內(nèi)醛羥基內(nèi)醛1.92甲苯甲苯5.0

53、01，3-甲氧基丙烷甲氧基丙烷1.85甲基乙基醚甲基乙基醚4.543-甲基苯甲酸甲基苯甲酸1.15富馬酸單乙酯富馬酸單乙酯4.233-氰基苯甲酸氰基苯甲酸1.152-氨基環(huán)乙醇氨基環(huán)乙醇3.083-羥基丙醛羥基丙醛0.692，3二甲基丁酸二甲基丁酸3.002，5-環(huán)乙烯酮環(huán)乙烯酮0.62-羥基丁酸羥基丁酸2.313-辛炔辛炔-2酮酮0.382，6甲基甲基-吡喃酮吡喃酮2.15香豆酸香豆酸0.31秸稈等熱解液化成分分析秸稈等熱解液化成分分析4.5.1 生物油組成成分比較（續(xù)上表）生物油組成成分比較（續(xù)上表）2010-06Page 39采用流化床熱解液化技術(shù)采用流化床熱解液化技術(shù)特性特性典型生物質(zhì)

54、類型典型生物質(zhì)類型其它類型其它類型重油重油樺木樺木松木松木白楊樹白楊樹固體含量固體含量0.060.030.0450.0111PH2.52.42.82.03.7-水分含量水分含量18.91718.915300.1密度密度/t.m-31.251.241.21.11.30.940.97粘度（粘度（50）/mPa.s282813.51380180HHV/MJ.kg-116.517.217.4131840灰分灰分0.0040.030.010.0040.30.1C4445.746.5324985S00.020.020.000.051O494746.144601閃點(diǎn)閃點(diǎn)/62956450100604.5.1

55、 生物油主要性質(zhì)比較生物油主要性質(zhì)比較2010-06Page 40含水率含水率 生物油的含水率最大可以達(dá)到生物油的含水率最大可以達(dá)到30%45%，油品中的水分，油品中的水分主要來(lái)自于物料所攜帶的表面水和熱裂解過(guò)程中的脫水反應(yīng)。主要來(lái)自于物料所攜帶的表面水和熱裂解過(guò)程中的脫水反應(yīng)。水分有利于降低油的黏度，提高油的穩(wěn)定性，但降低了油的水分有利于降低油的黏度，提高油的穩(wěn)定性，但降低了油的熱值。含水率為熱值。含水率為25%時(shí)熱值為時(shí)熱值為17MJ/kg，相當(dāng)于汽油，相當(dāng)于汽油/柴油燃柴油燃料熱值的料熱值的40%PH值值 生物油的生物油的pH值較低，主要是因?yàn)樯镔|(zhì)中攜帶的有機(jī)酸，值較低，主要是因?yàn)樯?/p>

56、質(zhì)中攜帶的有機(jī)酸，如甲酸、乙酸進(jìn)入油品造成的，因而油的收集貯存裝置最好如甲酸、乙酸進(jìn)入油品造成的，因而油的收集貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料，如不銹鋼或聚烯烴類化合物。由于中性是抗酸腐蝕的材料，如不銹鋼或聚烯烴類化合物。由于中性的環(huán)境有利于多酚成分的聚合，所以酸性環(huán)境對(duì)于油的穩(wěn)定的環(huán)境有利于多酚成分的聚合，所以酸性環(huán)境對(duì)于油的穩(wěn)定是有益的。是有益的。密度密度 生物油的密度比水的密度大，大約為生物油的密度比水的密度大，大約為1.2x103kg/m34.5.1 生物油主要性質(zhì)說(shuō)明生物油主要性質(zhì)說(shuō)明2010-06Page 41高位熱值高位熱值 25%含水率的生物油的熱值含水率的生物油的熱值17MJ/k

57、g，相當(dāng)于，相當(dāng)于40%同等質(zhì)同等質(zhì)量的汽油或柴油。這意味著量的汽油或柴油。這意味著2.5kg的生物油與的生物油與1kg化石燃油能化石燃油能量相當(dāng)。量相當(dāng)。黏度黏度 生物油的黏度可在很大的范圍內(nèi)變化。室溫下，最低為生物油的黏度可在很大的范圍內(nèi)變化。室溫下，最低為10cP，若是長(zhǎng)期存放于不好的條件下，可以達(dá)到，若是長(zhǎng)期存放于不好的條件下，可以達(dá)到10000cP。水分、熱裂解反應(yīng)操作條件、物料情況和油品貯存的環(huán)境及水分、熱裂解反應(yīng)操作條件、物料情況和油品貯存的環(huán)境及時(shí)間對(duì)其有著極大的影響。時(shí)間對(duì)其有著極大的影響。固體雜質(zhì)固體雜質(zhì) 為了保證高加熱速率，熱裂解液化的物料粒徑一般很小，為了保證高加熱速率

58、，熱裂解液化的物料粒徑一般很小，因而熱裂解生成的生物質(zhì)炭的粒徑也很小，旋風(fēng)分離器不可因而熱裂解生成的生物質(zhì)炭的粒徑也很小，旋風(fēng)分離器不可能將所有的炭分離下來(lái)，因此可采用過(guò)濾熱蒸汽產(chǎn)物或液態(tài)能將所有的炭分離下來(lái)，因此可采用過(guò)濾熱蒸汽產(chǎn)物或液態(tài)產(chǎn)物的方法更好地分離固體雜質(zhì)。產(chǎn)物的方法更好地分離固體雜質(zhì)。4.5.1 生物油主要性質(zhì)說(shuō)明生物油主要性質(zhì)說(shuō)明2010-06Page 42穩(wěn)定性穩(wěn)定性 生物油一個(gè)生物油一個(gè)關(guān)鍵的特性關(guān)鍵的特性是由于多酚的慢速聚合和縮合反應(yīng)是由于多酚的慢速聚合和縮合反應(yīng)而具有而具有“老化老化”傾向傾向。暴露在具有氧氣和紫外光線環(huán)境下的。暴露在具有氧氣和紫外光線環(huán)境下的生物油，隨

59、著外界環(huán)境溫度的升高黏度增大。所以生物油，隨著外界環(huán)境溫度的升高黏度增大。所以生物油加生物油加熱不宜超過(guò)熱不宜超過(guò)80，宜避光，避免與空氣接觸保存，宜避光，避免與空氣接觸保存。生物油品質(zhì)生物油品質(zhì) 目前還沒有一個(gè)明確的生物油質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)燃料有目前還沒有一個(gè)明確的生物油質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)燃料有其品質(zhì)判定的標(biāo)準(zhǔn)，有必要也建立一個(gè)針對(duì)于不同用途的生其品質(zhì)判定的標(biāo)準(zhǔn)，有必要也建立一個(gè)針對(duì)于不同用途的生物油品質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。在使用前需進(jìn)行品質(zhì)測(cè)得。物油品質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。在使用前需進(jìn)行品質(zhì)測(cè)得。4.5.1 生物油主要性質(zhì)說(shuō)明（續(xù)上頁(yè)）生物油主要性質(zhì)說(shuō)明（續(xù)上頁(yè)）2010-06Page 434.5 生物質(zhì)熱解

60、產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)4.5.2 生物油用途生物油用途 生物油作為生物油作為燃料燃料可用于窯爐、鍋爐等產(chǎn)熱設(shè)備，將生物油可用于窯爐、鍋爐等產(chǎn)熱設(shè)備，將生物油用于柴油機(jī)也具有很大應(yīng)用前景，對(duì)減少柴油消耗、緩解高用于柴油機(jī)也具有很大應(yīng)用前景，對(duì)減少柴油消耗、緩解高品質(zhì)燃料油供應(yīng)緊張有重要意義。品質(zhì)燃料油供應(yīng)緊張有重要意義。 生物油能完全生物油能完全溶于酒精溶于酒精，摻入少量酒精可極大地提高燃料，摻入少量酒精可極大地提高燃料性質(zhì)，降低粘度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，利用乙醇，增加了其價(jià)格低性質(zhì)，降低粘度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，利用乙醇，增加了其價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，與商用級(jí)別的乙醇相比，這些混合產(chǎn)品更有利于