生物质热解液化试验研究

第20卷第2期应用科学学报Vol. 20, No. 2002年6月JOURNAL OF APPLIED SCIENCESJune 2002文章编号:0255-829X2002)2-0215-03生物质热解液化试验研究曾忠〔上海理工大学机械工程学院,上海20003)摘要:介绍了自行设计的一套小型旋转锥式闪速热解液化系统并以松木屑为例详细说明了其热解液化生产生物质油的过程和相关工艺参数关键词:热解液化;生物质油;可再生能源中图分类号:TK6文献标识码:AThe Technology of Rotating Cone Pyrolysis of BiomassZENG ZhongSchool of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science andTechnology Shanghai 200093, ChinaAbstract: In this paper a biomass flash pyrolysis system with a rotating cone reactor is introduced. As an example we define the process of pyrogenation and liquefaction of wood-bits and the related technical parameordene生物质是地球上最普遍的一种可再生能源,它弃物)来生产气体、液体和固体等燃料和化学产具有挥发组分高、碳的活性高、硫含量低、灰分低、品2-41采用该技术比其他处理技术可获得更多的量大价廉等优点.生物质遍布于陆地和水域的千万能源和更大的效益种植物之中犹如一个巨大的太阳能化工厂不断地将太阳能转化为化学能并以有机物的形式储存1热解液化机理及产品于植物内部.如何更好地开发和利用生物质,使它在21世纪发挥重要作用已成为人们日益关注的1.1热解液化机理问题1热解是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况以前生物质能的利用一般采用直接燃烧取热下的热降解过程其温度一般在500~800℃和厌氧发酵生产沼气的方法.但此种方式由于水分生物质种类各异成分十分复杂,一般由纤维多、单位热量低、容积大、资源分散,十分不利于收素、半纤维素和木质素3种主要物质以及一些少量集、储存和运输.因此将生物质转化为髙品位、能量提取物组成其热裂解过程见图1.首先,热量传到密度高能量载体的生物质热化学转化技术越来越受生物质颗粒表面局部迅速分解为炭和油蒸气油蒸到人们的关注生物质热裂解技术以连续的工艺和气包△休生物油和不可冷凝气体当油工厂化的生产方式将低品位的用常规方法难以处理蒸气中国煤化工分解为稳定的气体和的有机生物质如锯末、稻壳、树枝以及其他有机废焦油CNMHG收稿日期:2001-01-20;修订日期:2001-08-30基金项目:教育部骨干教师基金项目(4077)作者简疖继揖4-)男四川中江人副教授博土216应用科学学报不可冷凝气体和气焦油生物质沙粒图1生物质分解的反应途径液化就是将热解气体在高温下骤冷避免油蒸生物质油气的二次裂解最大限度地生产液态生物质油热解机理的研究结果表明改变加热速率和反图3旋转锥式闪速热解液化系统应温度等工艺参数可改变气体、液体和炭3种产品送料系统包括生物质输送和热载体(沙粒腧输的比例送.采用螺旋输送机构将生物质送入反应器同时通1.2热解液化产品与应用入一定压力的氮气以促进生物质流动沙粒在送入热解生产的液体产品为较浓的黑色油状物由前用煤气加热至反应温度沙粒靠自重落入复杂的含氧碳氢化合物组成其水分一般占重量的反应器由旋转的外锥、静止的内锥、电加热元件20%黏度范围在轻质油与重燃油之间与生物质具和绝热密封壳体组成其工作原理如图4有相同的元素,热值较高(20~25MJ/kg),pH值较低有一定的腐蚀性生物质氮气热解气体固体产品为炭热解气体产品含有烃类其高热粒值大约15~22M/Nm3低热值为4~8MJ/N热解液化产品的应用情况如图2所示燃料加热反应器发电加热原料作为燃料销售作为燃料销售图4旋转锥反应器结构示意图加热反应器炭油浆液干燥原料发电热解一体反应器由电加热元件加热并稳定至反应温度加氢处理生物质与沙粒相遇沿着炽热旋转的锥壁螺旋上升图2热解产品及应用在无氧情况下被迅速加热到裂解温度而分解成气由于液体产品具有较高的能量容积密度且是体产物随即从反应器流出以抑制气态油进一步裂潜在的高级燃料的替代物有较大的市场优势引起解.沙粒既和热锥面一起向生物质传热又可防止生了科技界的浓厚兴趣成的炭在锥表面的沉积.沙粒和热解产生的炭被抛离并被收集在下面的沙箱中2旋转锥式闪速热解液化装置产品收集系统由旋风分离机和冷凝器两部分组成.流出反应器的气体产物首先进入旋风分离器将本文设计建立了一套小型的旋转锥式生物质闪夹带的少量的炭分离出去后进入冷凝器热量被循速热解液化系统结构如图3所示.该系统以较高的环水带走可冷凝的气态物质凝结成生物质油排放加热速率1000C0以上对生物质加热然后将生到生物质油收集器中不可冷凝的气体产物(CO物质热解后产生的热解气体在600℃左右(视生物CO2中国煤化工空燃烧或作他用质种类的不同而异煴度下骤冷可使热解中间产物CNMHG冷凝防止高分子化合物热解为气体产品最大限度3试验过程地生产液体生物质油该装置由送料系统、反应器、产品收集系统三部3.1试验原料分组成加主能为10kg/h生物质料生物质材料为松木屑粒径为100~200m,密期曾忠:生物质热解液化试验研究度100~135g/LH值5.5左右使用前烘干.沙粒按照上述工艺参数,产油率约20%~23%这粒径范围在lmm左右,去除泥土.氮气用以避免松比国外60%~70%的最高水平还有一定的差距.因木屑与空气中的氧气接触同时促进生物质流动.此我们的反应器系统结构和工艺参数有待于进3.2试验过程步改进和优化(1)装料:松木屑和沙粒3.3.2生物质油特性(2)加热沙粒:600℃试验得到的生物质油为棕黑色液体流动性比(3)加热反应器:600℃较好有浓烈的刺激性气味经测试其特性分析结果4)供给冷却水:流量为0.2L/s见表(5)启动旋转锥:400r/min6)系统清洗:通入氮气3min4应用前景(7)进行反应:沙粒流速100kg/h,生物质流速:10kg/h(1)由于石油、天然气和煤炭等储量有限会逐8)停止反应:停止加热停止送生物质、沙步枯竭人们不得不逐步转向开发和利用可再生的粒停止输氮气关闭冷却水停止锥转动生物质能(9)收集生物质油2)把普通的固体生物质燃料热解液化为品位(10)清洗系统较高的液体燃料已经成为生物质能的发展趋势3.3试验结果3)从有机废弃物的利用和环境保护出发,研3.3.1产油率究生物质热解液化技术也是一项有利于子孙后代的表生物质油特性分析结果迫在眉睫的重大课题和一条开发可再生能源的新的途径碳44.67±0.067.68±0.0参考文献0.20±0.01[1]丁淑珍王孟杰.生物质能的开发利瓶J]农业工程学报19939(4)51-570,008±0.0.014±02 J Bridgewater A V. Opportunities for biomass pyrolysis liquid0.014±0.003duction and upgrading[ J ] Energy and Fuel, 1992, 6(2):]l3-120黏度(20℃)mm2/s[3]李文李保庆.生物质的热解与液体产物的精制J]新能源19971910)22-28gOh/g[4]徐保江,曾忠.旋转锥式闪速热解生物质试验研究沸点℃105.0J]环境工程,J999,175)71-74.中国煤化工CNMHG