生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)的應用現狀

第33卷第11期煤氣與熱力Vol 33 No II2013年11月GAS heatNoy.2013燃氣氣源與加工利用生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)的應用現狀陳聯(lián)國,陳志麗2,于京春2,王湘寧2,來(lái)世鵬2,羅興月2(1.平頂山燃氣有限責任公司,河南平頂山46700;2.中交煤氣熱力研究設計院有限公司,遼寧沈陽(yáng)110026)摘要:介紹生物質(zhì)干餾熱解的原理,分析生物質(zhì)千餾熱解制取燃氣、木醋液、生物質(zhì)炭技術(shù)的應用現狀關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能;生物質(zhì);干餾熱解;生物質(zhì)燃氣;木醋液;生物質(zhì)炭中圖分類(lèi)號:TU996文獻標識碼:B文章編號:1000-4416(2013)11-0B32-031概述大,可以從100℃到1000℃,壓力可以是常壓,也生物質(zhì)是世界公認的最具潛力的非傳統化石資可以是高壓(1.4MPa)。生物質(zhì)干餾所得氣體、液源之一,以沼氣、壓縮成型固體燃料、氣化生產(chǎn)燃氣、體和固體產(chǎn)物的相對數量隨加熱溫度、反應時(shí)間和干餾熱解生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣、氣化發(fā)電、生產(chǎn)燃料乙升溫速率變化而有所差別,如低溫干餾(500~580醇、熱裂解生產(chǎn)生物柴油和干餾熱解生產(chǎn)生物質(zhì)炭℃)一般可獲得較多的液體產(chǎn)物,高溫干餾(600~等形式利用,廣泛應用在國民經(jīng)濟的各個(gè)域。傳1000℃)可獲得較多的氣體產(chǎn)品。因此,變換和調統生物質(zhì)氣化生產(chǎn)燃氣的技術(shù)存在可燃氣體熱值低節干餾過(guò)程的條件可以達到不同的生產(chǎn)目的。和副產(chǎn)品利用率低的問(wèn)題,而生物質(zhì)干餾熱解生產(chǎn)3生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)的應用現狀的燃氣熱值高、可用于生活用燃氣如炊事、供暖和熱20世紀70年代開(kāi)始,生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用研水等同時(shí)可生產(chǎn)生物質(zhì)炭焦油和木醋液,這些產(chǎn)究已成為世界性的熱門(mén)研究課題。許多國家制定了品是非常重要的化工原料。因此,生物質(zhì)干餾熱解相應的開(kāi)發(fā)研究計劃,投入大量的人力和資金,從事技術(shù)成為生物質(zhì)能利用的一個(gè)重要發(fā)展方向。生物質(zhì)能的研究開(kāi)發(fā)。美國、巴西和日本在這方面2生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)的原理的應用技術(shù)已比較先進(jìn)。生物質(zhì)干餾熱解是一個(gè)復雜的化學(xué)反應過(guò)程,3.1生物質(zhì)干餾熱解制氣技術(shù)包括脫水、熱解、熱縮合、碳化等反應。不同生物質(zhì)生物質(zhì)干餾熱解產(chǎn)生的氣體的主要組分是的干餾過(guò)程雖各有差別,但一般均可分為以下3個(gè)H2、CH4、CO、CnHn,熱值較高,可以作為燃料,用于階段:①脫水。干餾操作初期,溫度相對較低,有機發(fā)動(dòng)機、鍋爐、民用爐灶等。美國有350座生物質(zhì)發(fā)物首先脫水,隨著(zhù)溫度升高,逐漸分解產(chǎn)生低分子揮電站,發(fā)電裝機總容量達700MW,提供了大約6.6發(fā)物。②熱解。隨著(zhù)干餾溫度的繼續升高,有機物×10′個(gè)工作崗位。美國Ⅴ armond大學(xué)建立了生物中的大分子發(fā)生鍵的斷裂,即發(fā)生熱解,得到液體有質(zhì)發(fā)電工業(yè)裝置,其原料處理能力達到200vd,發(fā)機物(木醋液和焦油)。③縮合和碳化。當溫度進(jìn)電能力為50MW,現已進(jìn)入正常運行階段。瑞典和步升高時(shí),隨著(zhù)水和有機物蒸氣的析出,剩余物質(zhì)丹麥利用生物質(zhì)能進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)計劃,使生物質(zhì)能受熱縮合成膠體。同時(shí)析出的揮發(fā)物逐漸減少,膠在提供高品位電能的同時(shí),滿(mǎn)足供熱的要求口。我體逐漸固化和碳化。隨著(zhù)溫度升高,加熱時(shí)間延長(cháng),國大連市環(huán)境科學(xué)設計研究院于1995年建成了所生成的固體產(chǎn)物中碳含量逐漸增多,氫、氧、氮和座可供1000戶(hù)農民生活用燃氣的生物質(zhì)熱解加工硫等其他元素含量逐漸減少。廠(chǎng),并于當q中國煤化工員會(huì )、國家環(huán)保不同生物質(zhì)的干餾所需的溫度和壓力差別很總局的技術(shù)CNMHG戶(hù)居民供應管B32www.watergasheat.com陳聯(lián)國,等:生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)的應用現狀第33卷第11期道燃氣。的蒸氣混合物經(jīng)冷凝分離后得到的液體產(chǎn)物,即粗早期的生物質(zhì)干餾熱解生產(chǎn)大多采用間歇操木醋液。粗木醋液是棕黑色液體,含有水相和油相,作,不能連續生產(chǎn),無(wú)法實(shí)現大規模生產(chǎn),因此,科研水相中含有200多種重要的有機化學(xué)組分,如乙酸、人員開(kāi)始研究生物質(zhì)連續干餾熱解技術(shù)。遼寧科技丙酸、甲醇、羥基丙酮等,可以進(jìn)行回收利用。油相大學(xué)在吉林省遼源市惠宇能源公司建成了以玉米秸是以生物油為主的黑色粘稠狀物質(zhì),元素含量與煤稈為原料的生物質(zhì)連續干餾制氣工業(yè)試驗裝置,取焦油相似,故稱(chēng)焦油。沉淀出的焦油經(jīng)加工后可以得了階段性成果,2007年該項目被國家發(fā)展和改革得到雜酚油、焦油抗聚劑、瀝青等產(chǎn)品。分離出焦油委員會(huì )列為全國示范項目。王家俊等發(fā)明一后的木醋液是一種紅褐色液體,是一種有價(jià)值的化種固體生物質(zhì)立式連續干餾裝置。該裝置由一只干工原料。木醋液中的多種組分所起的作用各不相餾筒和殼體組成,殼體和干餾筒之間構成加熱腔,物同,因此木醋液的用途也很多。例如木醋液的稀釋料在干餾筒內實(shí)現干餾過(guò)程。生成的干餾氣排出后液或木醋液與木炭粉的混合物(粉劑)施用于某些部分作為產(chǎn)品,另一部分與空氣混合、點(diǎn)燃再引入作物時(shí),其有明顯的促進(jìn)生長(cháng)的效果。采取不同的加熱腔供熱。干餾生成的炭自筒底的旋轉錐臺排精制方法得到的木醋液,可以作為醫藥原料(皮膚出,經(jīng)冷卻室落入排炭箱內,當排炭的出口與旋轉輸藥等)、食品添加劑(熏液等)、染料原料(媒染劑原料器配合時(shí)本裝置就可在密閉狀態(tài)下連續運轉。干料)、脫臭劑(家庭用脫臭劑原料等)、農藥原料(農餾所需要的能量一部分取自干餾的副產(chǎn)品干餾氣,藥添加劑)、土壤改良劑(發(fā)根促進(jìn)劑等)和植物生因此該裝置能耗低。陳宜亮等以農作物秸稈、稻長(cháng)促進(jìn)劑原料等。在日本,已有不同用途的木醋液殼及林業(yè)廢棄物為原料,發(fā)明了一種以制氣為目的產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷(xiāo)售(如消臭劑等)。在韓國,人們將的生物質(zhì)連續干餾制氣裝置。該裝置由螺旋上料機木醋液提煉加工成為一種叫“森林飲料”的保健品。構將備好的生物質(zhì)原料送到料倉,再用螺旋上料機總之,木醋液有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景,但我國目前對木構送入千餾爐內。先用發(fā)動(dòng)機余熱將其加熱至300醋液的利用技術(shù)僅局限于生產(chǎn)腳氣水、葉面肥等初400℃進(jìn)行熱解,再用高溫裂解氣余熱將其加熱級產(chǎn)品,與發(fā)達國家相比差距甚遠,嚴重制約著(zhù)生物到500-600℃進(jìn)行干餾,產(chǎn)生粗燃氣,進(jìn)一步用電質(zhì)干餾熱解技術(shù)的發(fā)展和生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用。加熱至1000℃,使粗燃氣中的高分子物質(zhì)如焦油3.3生物質(zhì)干餾熱解制取生物質(zhì)炭技術(shù)分解為CH4、H2、CO等高熱值的燃氣。已經(jīng)進(jìn)行了生物質(zhì)干餾熱解的固體產(chǎn)物是一類(lèi)高度芳香化大量的工業(yè)試驗研究,并取得了階段性成果。王士難熔性固態(tài)物質(zhì)6,即生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭的元素元等S以農作物秸稈、稻殼及林業(yè)廢棄物為原料,組成主要包括碳、氫、氧等,其次是鉀、鈣、鈉、鎂、硅發(fā)明了一種以制取高熱值燃氣為目的的生物質(zhì)連續等。生物質(zhì)炭孔隙結構發(fā)達,比表面積巨大,能吸附干餾制氣裝置。該裝置包括:原料處理和送料系統、水、土壤或沉積物中的無(wú)機離子(如Cu2'、Zn2'、干餾爐燃氣發(fā)生系統、燃氣凈化和輸送儲存系統、排Pb2、Hg2等)”及極性和非極性有機化合物l。炭回收系統。該發(fā)明從送料到排炭操作均釆用自動(dòng)生物質(zhì)炭的高度芳香化結構使其比其他任何形式的控制,勞動(dòng)強度低,系統正常運行后,原料升溫加熱有機碳具有更高的生物化學(xué)和熱穩定性,因此可以完全釆用設備自身所產(chǎn)燃氣提供生產(chǎn)熱量,煙氣余長(cháng)期保存于環(huán)境和古沉積物中而不易被礦化。生物熱還可引入系統外蒸汽鍋爐作為生產(chǎn)蒸汽的熱源。質(zhì)炭的以上特殊性質(zhì),使其用途變得極為廣泛。生該干餾爐的原料處理量可達15td,所得產(chǎn)物為燃物質(zhì)炭可以應用于改良土壤性質(zhì),增強土壤肥力氣(組分為H2、CH4、CO、CnHn、N2、O2、CO2)、輕質(zhì) C Steiner用生物質(zhì)炭結合化學(xué)改良法(與氮磷鉀肥油、重油、木醋液、生物質(zhì)炭,產(chǎn)率(產(chǎn)物質(zhì)量與原料和石灰按一定比例混合使用),比較單用肥料情況質(zhì)量之比)分別為40%-45%、10%-15%、5%~下的糧食產(chǎn)量,發(fā)現前者使糧食產(chǎn)量翻一番。生10%、5%~10%、30%~35%,是目前國內規模最大物質(zhì)炭可以應用于污水處理、水質(zhì)凈化廢氣處理等的生物質(zhì)連續制氣裝置。環(huán)境領(lǐng)域。生物質(zhì)活性炭對廢水中的無(wú)機重金屬離32生物質(zhì)干餾熱解制取木醋液技術(shù)子具有較好的選中國煤化工水質(zhì)處生物質(zhì)干餾熱解液體產(chǎn)物是在干餾設備中導出理飲用水與微污丬CNMHG。如采用B33第33卷第11期煤氣與熱力www.watergasheat.com臭氧-生物質(zhì)活性炭工藝,可高效去除水中溶解性7] CHEN X C. Adsorption properties of bamboo charcoal有機物和致癌突變物。稻殼干餾熱解反應生成的稻on copper( I)ion[J]. Journal of Long Yan University殼灰是生產(chǎn)精細化工產(chǎn)品白炭黑的理想原料,稻殼2007,25(6):78-80中含有質(zhì)量分數為16%~20%的無(wú)定型二氧化硅[8CORNELISSEN G. Extensive sorption of organic com-其他礦物雜質(zhì)含量極微,而絕干稻殼灰中二氧化硅pounds to black carbon, coal, and kerogen inand soils: Mechanisms and consequences for distribu-的質(zhì)量分數可以高達60%~90%,碳質(zhì)量分數為tion, bioaccumulation, and biodegradation[ J].Environ-10%~40%,其他元素質(zhì)量分數僅為0.3%。因此,ment Science and Technology, 2005, 39: 6881-6895如果能將稻殼中豐富的二氧化硅資源利用起來(lái),將[9] STEINER C. Long term effects of manure, charcoal and會(huì )大大提高稻殼的經(jīng)濟價(jià)值。mineral fertilization on crop production and fertility on a4結語(yǔ)highly weathered Central Amazonian upland soil [ J21世紀面臨著(zhù)經(jīng)濟增長(cháng)和環(huán)境保護的雙重壓Plant and Soil, 2007, 291(1)力,因此改變能源生產(chǎn)和消費方式,開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)10T0 MASZEWSKA M,M0 IA S. Removal of organic matter能等可再生能源對建立可持續的能源系統,促進(jìn)國om water by PAC/UF system[ J]. Water Res, 2002, 36民經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義2。(16):4137-4143[11]王惠玲,張洪起,張永欣,等.利用稻殼制取白炭黑的我國生物質(zhì)干餾熱解技術(shù)起步較晚,進(jìn)行大規工藝研究[J].無(wú)機鹽工業(yè),2008,40(9):45-47模工業(yè)化的實(shí)施存在一定的困難?？蒲腥藛T應(12]楊海平,陳漢平,王賢華,等生物質(zhì)熱解研究的進(jìn)展在目前的研究基礎上,不斷開(kāi)發(fā)新的生物質(zhì)干餾熱[打].煤氣與熱力,206,26(5):18-22解技術(shù),在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),充分回收利用副產(chǎn)[13]由世俊,鄭萬(wàn)冬張歡,等生物質(zhì)炭催化裂解生物質(zhì)品,避免造成能源的浪費和污染環(huán)境,實(shí)現可持續發(fā)熱解焦油技術(shù)的研究[J].煤氣與熱力,2012,32展(7):B24-B27application Status of Biomass參考文獻:Carbonization and Pyrolysis Technologies[1]許英梅,張秋民.木醋液利用技術(shù)[M].北京:化學(xué)CHEN Lianguo, CHEN Zhili, YU Jingchun工業(yè)出版社,2008:3-6.WANG Xiangning, LAI Shipeng, LUO Xingyue[2]郭繼平,丁尚輝,馬慶元,等.生物質(zhì)連續干餾制氣工Abstract: The principles of biomass carboniza藝試驗研究[J].可再生能源,2008,26(4):62-tion and pyrolysis are introduced. The application sta-3]王家俊,陳楓,馬仁貴,等.一種固體生物質(zhì)立式連續 tus of biomass carbonization and pyrolysis technologies干餾裝置:中國,200810018551.5[P].2008-07for producing gas, wood vinegar liquid[4]陳宜亮,秦延勇,任淑瓊,生物質(zhì)干餾制氣工藝及裝Key words: biomass energy; biomass; carboni置:中國,200810159550.2P].200-07-15zation and pyrolysis; biomass gas; wood vinegar liq[5]王士元郭繼平.利用生物質(zhì)連續干餾制備燃氣之工uid; biomass carbon藝及裝置:中國,20061007164.0[P].2007-03作者簡(jiǎn)介:陳聯(lián)國(1969-),男,河南平頂山人,高級工程師,學(xué)士,主要從事城鎮燃氣和煤化工技術(shù)的[6 SHRESTHA G. Black carbons properties and role in the研究工作。environment: I comprehensive review. Sustainabili-收稿日期:2013-07-30;修回日期:2013-09-24y,2010,2(1):294-320.中國煤化工CNMHB34