生物質(zhì)熱解液化試驗研究

第20卷第2期應用科學(xué)學(xué)報Vol. 20, No. 2002年6月JOURNAL OF APPLIED SCIENCESJune 2002文章編號:0255-829X2002)2-0215-03生物質(zhì)熱解液化試驗研究曾忠〔上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院,上海20003)摘要:介紹了自行設計的一套小型旋轉錐式閃速熱解液化系統并以松木屑為例詳細說(shuō)明了其熱解液化生產(chǎn)生物質(zhì)油的過(guò)程和相關(guān)工藝參數關(guān)鍵詞:熱解液化;生物質(zhì)油;可再生能源中圖分類(lèi)號:TK6文獻標識碼: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生物質(zhì)是地球上最普遍的一種可再生能源,它棄物)來(lái)生產(chǎn)氣體、液體和固體等燃料和化學(xué)產(chǎn)具有揮發(fā)組分高、碳的活性高、硫含量低、灰分低、品2-41采用該技術(shù)比其他處理技術(shù)可獲得更多的量大價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn).生物質(zhì)遍布于陸地和水域的千萬(wàn)能源和更大的效益種植物之中猶如一個(gè)巨大的太陽(yáng)能化工廠(chǎng)不斷地將太陽(yáng)能轉化為化學(xué)能并以有機物的形式儲存1熱解液化機理及產(chǎn)品于植物內部.如何更好地開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì),使它在21世紀發(fā)揮重要作用已成為人們日益關(guān)注的1.1熱解液化機理問(wèn)題1熱解是生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給的情況以前生物質(zhì)能的利用一般采用直接燃燒取熱下的熱降解過(guò)程其溫度一般在500~800℃和厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法.但此種方式由于水分生物質(zhì)種類(lèi)各異成分十分復雜,一般由纖維多、單位熱量低、容積大、資源分散,十分不利于收素、半纖維素和木質(zhì)素3種主要物質(zhì)以及一些少量集、儲存和運輸.因此將生物質(zhì)轉化為髙品位、能量提取物組成其熱裂解過(guò)程見(jiàn)圖1.首先,熱量傳到密度高能量載體的生物質(zhì)熱化學(xué)轉化技術(shù)越來(lái)越受生物質(zhì)顆粒表面局部迅速分解為炭和油蒸氣油蒸到人們的關(guān)注生物質(zhì)熱裂解技術(shù)以連續的工藝和氣包△休生物油和不可冷凝氣體當油工廠(chǎng)化的生產(chǎn)方式將低品位的用常規方法難以處理蒸氣中國煤化工分解為穩定的氣體和的有機生物質(zhì)如鋸末、稻殼、樹(shù)枝以及其他有機廢焦油CNMHG收稿日期:2001-01-20;修訂日期:2001-08-30基金項目:教育部骨干教師基金項目(4077)作者簡(jiǎn)癤繼揖4-)男四川中江人副教授博土216應用科學(xué)學(xué)報不可冷凝氣體和氣焦油生物質(zhì)沙粒圖1生物質(zhì)分解的反應途徑液化就是將熱解氣體在高溫下驟冷避免油蒸生物質(zhì)油氣的二次裂解最大限度地生產(chǎn)液態(tài)生物質(zhì)油熱解機理的研究結果表明改變加熱速率和反圖3旋轉錐式閃速熱解液化系統應溫度等工藝參數可改變氣體、液體和炭3種產(chǎn)品送料系統包括生物質(zhì)輸送和熱載體(沙粒腧輸的比例送.采用螺旋輸送機構將生物質(zhì)送入反應器同時(shí)通1.2熱解液化產(chǎn)品與應用入一定壓力的氮氣以促進(jìn)生物質(zhì)流動(dòng)沙粒在送入熱解生產(chǎn)的液體產(chǎn)品為較濃的黑色油狀物由前用煤氣加熱至反應溫度沙?？孔灾芈淙霃碗s的含氧碳氫化合物組成其水分一般占重量的反應器由旋轉的外錐、靜止的內錐、電加熱元件20%黏度范圍在輕質(zhì)油與重燃油之間與生物質(zhì)具和絕熱密封殼體組成其工作原理如圖4有相同的元素,熱值較高(20~25MJ/kg),pH值較低有一定的腐蝕性生物質(zhì)氮氣熱解氣體固體產(chǎn)品為炭熱解氣體產(chǎn)品含有烴類(lèi)其高熱粒值大約15~22M/Nm3低熱值為4~8MJ/N熱解液化產(chǎn)品的應用情況如圖2所示燃料加熱反應器發(fā)電加熱原料作為燃料銷(xiāo)售作為燃料銷(xiāo)售圖4旋轉錐反應器結構示意圖加熱反應器炭油漿液干燥原料發(fā)電熱解一體反應器由電加熱元件加熱并穩定至反應溫度加氫處理生物質(zhì)與沙粒相遇沿著(zhù)熾熱旋轉的錐壁螺旋上升圖2熱解產(chǎn)品及應用在無(wú)氧情況下被迅速加熱到裂解溫度而分解成氣由于液體產(chǎn)品具有較高的能量容積密度且是體產(chǎn)物隨即從反應器流出以抑制氣態(tài)油進(jìn)一步裂潛在的高級燃料的替代物有較大的市場(chǎng)優(yōu)勢引起解.沙粒既和熱錐面一起向生物質(zhì)傳熱又可防止生了科技界的濃厚興趣成的炭在錐表面的沉積.沙粒和熱解產(chǎn)生的炭被拋離并被收集在下面的沙箱中2旋轉錐式閃速熱解液化裝置產(chǎn)品收集系統由旋風(fēng)分離機和冷凝器兩部分組成.流出反應器的氣體產(chǎn)物首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器將本文設計建立了一套小型的旋轉錐式生物質(zhì)閃夾帶的少量的炭分離出去后進(jìn)入冷凝器熱量被循速熱解液化系統結構如圖3所示.該系統以較高的環(huán)水帶走可冷凝的氣態(tài)物質(zhì)凝結成生物質(zhì)油排放加熱速率1000C0以上對生物質(zhì)加熱然后將生到生物質(zhì)油收集器中不可冷凝的氣體產(chǎn)物(CO物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解氣體在600℃左右(視生物CO2中國煤化工空燃燒或作他用質(zhì)種類(lèi)的不同而異煴度下驟冷可使熱解中間產(chǎn)物CNMHG冷凝防止高分子化合物熱解為氣體產(chǎn)品最大限度3試驗過(guò)程地生產(chǎn)液體生物質(zhì)油該裝置由送料系統、反應器、產(chǎn)品收集系統三部3.1試驗原料分組成加主能為10kg/h生物質(zhì)料生物質(zhì)材料為松木屑粒徑為100~200m,密期曾忠:生物質(zhì)熱解液化試驗研究度100~135g/LH值5.5左右使用前烘干.沙粒按照上述工藝參數,產(chǎn)油率約20%~23%這粒徑范圍在lmm左右,去除泥土.氮氣用以避免松比國外60%~70%的最高水平還有一定的差距.因木屑與空氣中的氧氣接觸同時(shí)促進(jìn)生物質(zhì)流動(dòng).此我們的反應器系統結構和工藝參數有待于進(jìn)3.2試驗過(guò)程步改進(jìn)和優(yōu)化(1)裝料:松木屑和沙粒3.3.2生物質(zhì)油特性(2)加熱沙粒:600℃試驗得到的生物質(zhì)油為棕黑色液體流動(dòng)性比(3)加熱反應器:600℃較好有濃烈的刺激性氣味經(jīng)測試其特性分析結果4)供給冷卻水:流量為0.2L/s見(jiàn)表(5)啟動(dòng)旋轉錐:400r/min6)系統清洗:通入氮氣3min4應用前景(7)進(jìn)行反應:沙粒流速100kg/h,生物質(zhì)流速:10kg/h(1)由于石油、天然氣和煤炭等儲量有限會(huì )逐8)停止反應:停止加熱停止送生物質(zhì)、沙步枯竭人們不得不逐步轉向開(kāi)發(fā)和利用可再生的粒停止輸氮氣關(guān)閉冷卻水停止錐轉動(dòng)生物質(zhì)能(9)收集生物質(zhì)油2)把普通的固體生物質(zhì)燃料熱解液化為品位(10)清洗系統較高的液體燃料已經(jīng)成為生物質(zhì)能的發(fā)展趨勢3.3試驗結果3)從有機廢棄物的利用和環(huán)境保護出發(fā),研3.3.1產(chǎn)油率究生物質(zhì)熱解液化技術(shù)也是一項有利于子孫后代的表生物質(zhì)油特性分析結果迫在眉睫的重大課題和一條開(kāi)發(fā)可再生能源的新的途徑碳44.67±0.067.68±0.0參考文獻0.20±0.01[1]丁淑珍王孟杰.生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利瓶J]農業(yè)工程學(xué)報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]李文李保慶.生物質(zhì)的熱解與液體產(chǎn)物的精制J]新能源19971910)22-28gOh/g[4]徐保江,曾忠.旋轉錐式閃速熱解生物質(zhì)試驗研究沸點(diǎn)℃105.0J]環(huán)境工程,J999,175)71-74.中國煤化工CNMHG