生物质热解反应器

关键词： 生物质

生物质热解反应器（精选九篇）

生物质热解反应器 篇1

申请公布日:2016.05.18

申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院

地址:100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号

发明人:王鑫;张庆军;刘继华;张忠清

Int.Cl:C10J3/60(2006.01)I;C10J3/84(2006.01)I

生物质热解反应器 篇2

两段式生物膜-膜生物反应器的试验研究

试验对传统两段式生物反应器(TSBR)进行了改进,二段采用生物膜-膜生物反应器(BMBR);在一段HRT=SRT=2.82～4.23 h,二段HRT=6.44～9.66 h、SRT→∞,每日空曝气8 h的运行条件下,对该工艺进行了试验研究.结果表明,系统稳定后,出水水质稳定,CODcr、NH+4-N和TP的去除效率分别为95%、80%和60%以上,膜污染得到了有效控制.

作 者：刘琳 宋碧玉 Liu Lin Song Biyu  作者单位：武汉大学资源与环境科学学院,湖北,武汉,430079 刊 名：环境污染与防治  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 27(3) 分类号：X5 关键词：两段式生物反应器   生物膜-膜生物反应器   生物膜  

生物质热解反应器 篇3

(1. 安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南232001；2. 中国矿 业大学化工学院，江苏徐州221008）

摘要： 为了更全面地研究新鲜生物质的热解气化过程，对二种新鲜生物质不同热解气化条 件下的半焦特性进行了研究。采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）法分别考察了温度和水分对 生物质热解气化半焦特性的影响。结果表明，生物质在200 [KG-*1/5]℃热解后各种基团量 增大，此后 随着热解温度的升高各基团呈逐渐减小的趋势；水分的存在有利于-OH、C＝O基团脱落或转 化。

关键词：新鲜生物质；热解气化；FTIR

中图分类号：X705文献标识码：A[WT]文章编号：16721098(2008)02005504

Study on Pyrolysis Gasification Semicoke Characteristics of FreshBiomass by FTIR

MIN Fanfei1,2,ZHANG Mingxu CHEN Qingru CHEN Mingqi ang1

（1. School of Materials Science and Engineering, Anhui university of Science an d Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. School of Chemical Engineering, Ch ina University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221008, China） Abstract: Pyrolysis gasification semicoke charateristics of two kinds of fresh b iomass were studied in order to better investigate the pyrolysis gasification me chanism of fresh biomass. The influence of temperature and moisture on charateri stics of pyrolysis gasification semicoke was investigated by Fourier transform i nfrared spectroscopy (FTIR). The result showed that content of radical groups in creased during pyrolysis of biomass at 200℃, and then with further increase oftemperature content of radical groups gradually decreased; moisture accelerateddropout or conversion of radical groups -OH and C＝O.

Key words:fresh biomass; pyrolysis gasification; FTIR

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源， 在整个能源系统中占有重要地位。 生物质能是 一种环境友好的可再生能源, 生物质生长过程中吸收的CO2与其利用中排放的CO2是相等 的， 消除了产生“温室效应”的根源； 生物质通常含有很低的灰分， 几乎不含硫， 所以 生物质的利用转化污染很小［13］。

我国的生物质资源极为丰富，每年农村中仅秸秆量就有6.5亿吨左右。但目前我国生物质能 利用存在一些问题，一是生物质主要是在农村直接用于燃烧，燃烧效率低仅为8%～12%左右 ［4］636；二是大量秸秆被废弃或焚烧，既浪费了能源又污染了环境，因此开展生 物质能 的转化利用研究具有重要的意义。生物质的热解过程是生物质能源利用的一个非常关键的环 节，开展新鲜生物质（存放时间较短，水分含量较大）的热解特性的研究可以为利用新鲜生 物质热解气化制取富氢燃料气提供基础理论和实验数据［4］3680。1生物质原料特性的测定

试验采用的生物质原料来自安徽淮南地区的小麦秸秆（Wheat straw， WS）和玉米 秸秆（Corn straw, CS）(见表1)。表1生物质原料工业分析及元素分析结果玾獴/%

样 品C゛d[]H゛d[]N゛d[]O゛d[]S﹖,ad[]M゛d[]Vad[]FC゛d[]A゛dWS[]39.90[]6.02[]0.21[]53.77[]0.10[]9.42[]67.14[]13.39[]10.29[BHDWG2]CS[]41.77[]6.08[]0.35[]51.77[]0.03[]9.19[]74.12[]11.96[]9.46[BG)F]

2实验仪器及方法

实验仪器为德国BRUKER公司生产的Vector33型傅立叶变换红外光谱仪。实验采用KBr压片法 。首先将KBr和样品在WS701红外线快速干燥器中干燥，然后取KBr载体200 mg 左右置于玛瑙研钵中， 加入在不同条件下生物质热解气化半焦样品2 mg左右，将二者充分混合研细（粒度小于2 μm）， 装模，将样品压成厚度为1 mm左右的透明薄片，用样品架固定薄片并放入红外光谱仪样品室中进行测试，由计算机 采集得到样品的红外光谱图。通过对生物质样品及不同热解条件下生物质样品的红外光谱图 分析可以分析其官能团的变化情况，从而来了解新鲜生物质的热解机理。

3结果及讨论

3.1热解温度对生物质基团的影响

3.1.1实验结果样品WS和CS在氮气保护下（氮气流量为180 mL/min），在固定床中不同温度下热解10 min ，将热解后的残留物进行FTIR分析(见图1)。σ/cm-1σ/cm-1

图1WS和CS不同温度热解后半焦的FTIR综合对比图

3 430～3 400 cm-1处的吸收峰主要是分子间氢键缔合的醇、酚的－OH伸 缩振动，从图1可以看出，两种生物质中都含有－OH，而且是一个较高较宽的吸收峰，但吸 收强度不同。2 920 cm-1，2 855 cm-1的吸收峰为脂 肪烃或环烷烃的－CH3，－CH2的对称伸缩振动与非对称伸缩振动，同时CH对其也有贡献 。1 740～1 730 cm-1的吸收峰反映的是脂肪族中>C=O的伸缩振动。说明 生物质原样及热解残留物中有酸、醛、酮基团存在。1 700～1 600 cm-1 的吸收峰 为三种结构的伸缩振动吸收峰， 其一： 具有－O－取代的芳核上的C=C伸缩振动吸收峰；其二： >C=O与－OH形成的氢键共振， 是生物质中－COOH的贡献； >C=O伸缩振动。 1 520 ～1 387 cm-1的吸收峰为芳香性的C=C、－CH2、－CH3的伸缩振动（ 芳环骨架 振动）的吸收峰，从图1可以看出，2种生物质在此范围内均有吸收峰存在，而且不弱，说明 生物质具有芳环结构。其中，1 378 cm-1处的吸收峰为－CH2和－CH 3的对称弯曲振动。1 330～1 060 cm-1的吸收峰为酚、醚、醇的>C=O伸 缩振动， C=C伸缩及OH面外弯曲振动的吸收峰。 900～700 cm-1处的一 组较弱的吸收峰为芳香族化合物的特征吸收峰，是由芳环上C－H的面外弯曲振动引起的。 此外在3 735 cm-1处有一较弱的吸收峰，这是双原子OH的振动［5 6］。

3.1.2不同温度热解后生物质基团的变化从图1可以看出，生物质在不同的温度下热解后，特别是在高温热解后其各基团发生了较大 变化，为了说明不同温度热解对生物质基团的影响，用专用软件opus5.0计算了不同温 度热解后生物质各主要吸收峰的面积(见表2)。

聚以及一些组分开始裂解一些基团开始形成有关，具体 机理还需要进一步进行研究。

3 430～3 400 cm-1处的吸收峰面积在随着热解温度的升高逐渐减小，当 热 解温度为600 ℃（CS为700 ℃）时，吸收峰的面积又开始增大，说 明此时有新的热解反应发生。同时说明随着热解温度的升高生物质的－OH逐渐减少，而后又 有所增加。同时还注意到，WS和CS在400 ℃左右－OH减少幅度较大。2 920 cm-1，2 855 cm-1处的吸收峰面积，样品CS对应峰面积 随 着热解温度的升高逐渐减小，而样品WS对应峰面积先减小在500 ℃左右开始增 加，说明脂肪烃的－CH3，－CH2对温度非常敏感，随着热解温度的升高，生物质中的脂 肪族结构脱落较快，其伸缩振动峰逐渐减弱。至于样品WS对应峰面积在500 ℃ 左右开始增加原因需要进一步进行研究，文献［7］在研究煤的低温热解时也得 到了类似的结果。1 700～1 600 cm-1处吸收峰的面积随着热解温度的升 高，呈逐渐减小的趋势，但CS在700 ℃有所增加。说明随着热解温度的升高1 7 00～1 600 cm-1处吸收峰所代表的基团基本上是逐渐减少的。1 520～1387cm-1处吸收峰的面积随着热解温度的升高，呈逐渐减小的趋势，但CS在7 00 ℃左右有所增加，这可能与生物质热解缩聚反应有关。说明芳香性的C=C、 －CH2、－CH3随着热解温度的升高逐渐脱落，其对应的伸缩振动（芳环骨架振动）的吸 收峰也减弱。1 330～1 060 cm-1处吸收峰面积随着热解温度的升高先减 小 后增大，而且在高温热解时的增幅较大，说明生物质热解时在较低温度时酚、醚、醇的>C=O 逐渐脱落，而生物质在较高温热解时有较多的酸、醚、酚、醇的生成，当这些组分由于生物 质快速冷却而未能挥发出时便会留在生物质残留物中，从而使对应的吸收峰增强。900～700cm-1处的吸收峰较弱对应面积较小，CS的对应吸收峰非常弱。随着热解 温度的升高这组峰的面积先增大后减小。

3.2水分对生物质热解基团变化的影响

将水分为20%和30%左右的样品WS和CS分别在固定床中700 ℃下热解10 min，将热解后的残留物进行FTIR分析(见图2)，红外光谱主要吸收峰面积如表3所示 。σ/cm-1

从图2可以看出，水分的大小对生物质热解后FTIR的各吸收峰的位置没有影响，也没有新 的吸收峰出现；但从表3中的数据可以看出，各吸收峰的面积大小发生了变化，说明水分 对生 物质热解过程一些反应的进行有促进或阻碍作用。水分的 增大使得3 430～3 400 cm-1处吸收峰面积减小，说明水分的存在有利于－OH的脱 落或转 化；水分增大2 920 cm-1,2 855 cm-1、1 700 ～1 600 cm-1和1 520～1 387cm-1处吸收峰增强， [CM(10] 说明水分的存在不利[CM)]于－CH 2、 －CH3和C＝C基团的脱除； [CM(4*2]水分增加[CM)]后1 330～1060 cm-1处吸收峰减弱，说明水分对酚、醚和醇的＞C＝O基团脱落或转变有利。

4结论

新鲜生物质随着热解温度的升高各基团总体呈逐渐减小的趋势，但一些基团在较高温度时又 呈增大的趋势，说明生物质在高温下热解和较低温度下热解机理不同，同时也说明在较高温 度下有新的热解反应发生如缩聚等反应的发生。不同生物质的热解机理有一定区别。 水分的存在有利于－OH和酚、醚和醇的＞C＝O基团脱落或转化有利；不利于－CH2、－CH 3和C＝C基团的脱落或转化。

参考文献：

［1］AYHAN DEMIRBAS. Biomass Resource Facilities and Biomass Conv ersion Processing for Fuels and Chemicals［J］.Energy conversion & Management,2 001,42:13571 378.

［2］M SAMI,K A NNAMALAI,M WOOLDRIDGE.Co-firing of Coal and Bi omass Fuel Blends［J］.Progress in Energy and Combustion Science ,2001,27:171 214.

［3］AYHAN DEMIRBAS.Combustion Characteristics of Different Biom ass Fuels［J］.Progress in Energy and Combustion Science ,2004,30:219230.

［4］吴创之，马隆龙．生物质能现代利用技术［M］．北京：化学工业出版社，2 003：636，3638.

［5］孙旭光，陈建平.塔里木盆地煤显微组分显微傅立叶变换红外光谱特征及意 义［J］.北京大学学报(自然科学版)，2001，37（6）：832837.

［6］戴中蜀，郑昀辉.低煤化度煤经低温热解后各基团变化的研究［J］.煤炭转 化，1997，20（1）：5458.

［7］V R RUSTAMOV, K M ABDULLAYEV, E A SAMEDOV.Biomass Conversi on toLiquid Fuel by Two Stage Thermochemical Cycle［J］. Energy Convers.Mgmt ,1998, 39(9):869875.

［8］肖鹏，康爱红，李雪峰. 基于红外光谱法的SBS改性沥青共混机理［J］.江 苏大学学报(自然科学版)，2005，26（6）：529532.

褐煤热解特性及宏观反应动力学研究 篇4

通过前面的研究可以看出, 目前的研究主要集中利用热重分析仪等方法对煤热解过程的微观动力学进行研究。但是, 工业上的煤热解过程为宏观反应, 宏观动力学则不仅涉及到反应过程, 还涉及到了过程中的传热和传质过程。然而, 对于褐煤热解过程中的宏观反应动力学则很少有人研究。

因此, 通过利用自主研发的单炉处理量为3 kg的低温试验装置, 考察不同热解温度、热解时间等条件对褐煤低温热解挥发分析出率的影响, 获得褐煤最佳热解条件。在试验数据基础上结合温度分布给出褐煤宏观热解反应的半经验公式, 并利用公式估计挥发分析出率与热解时间、热解温度的关系, 进而为后续褐煤热解工艺包的形成奠定基础。

1 褐煤热解动力学测定原理

通常, 煤热解动力学方程式为[8]

其中, k1为反应速率常数 (min-1) , t为时间 (min) , x为挥发分析出率 (%) , 其表达式为

式中:w0为煤样的初始挥发分质量 (kg) , wt为t时刻煤样的挥发分析出量 (kg) 。

由于不同反应时间内热解炉内煤的径向温度分布不同, 因此不同时刻煤的平均反应温度也就不同。这就给积分法求反应动力学常数带来了很大的难度。因此, 根据上述特点, 宜采用微分法[9]求取反应动力学常数, 其原理如下。将式 (1) 离散化得

式 (3) 中, xi+1和xi分别为i+1时刻和i时刻煤热解的挥发分析出率 (%) , ti+1和ti分别为i+1时刻和i时刻的热解时间 (min) , 反应速率常数与温度有关, 其形式如下

式 (4) 中, A0为指前因子 (min-1) , Ea为活化能 (k J/mol) , R为理想气体常数 (J/ (K·mol) ) , Ti为i时间段内的径向平均温度 (K) 。将式 (4) 带入式 (3) 并通过非线性拟合的方法, 即利用热解过程中的失重率和不同径向位置的温度分布, 求得反应速率常数A0和Ea。

2 试验装置与操作方法

在自主研发的单炉处理量为3 kg的低温热解试验系统中进行干燥试验。具体工艺流程如图1所示。试验装置由反应系统、油水冷凝系统、煤气测量和储存系统以及仪表控制系统等组成。试验前首先对煤样进行全水分析。向反应炉内装入一定量的经过干燥脱水的煤样, 测定装料高度, 并设定干燥温度;用外热式加热使热解炉内的炉壁达到规定的试验温度。当反应到达设定温度时, 每20 min称量水和焦油产量, 记录湿式流量计读数, 并取荒煤气进行色谱分析;每10 min记录电耗值和径向不同位置的物料温度。当实验结束时, 测定半焦的剩余量, 取半焦样进行工业分析和元素分析。

3 试验

通过在3 kg热解装置中进行一系列褐煤低温热解试验, 获得了热解温度、热解时间等对褐煤低温热解效果的影响, 并在数据分析基础上获得了褐煤挥发分的析出率与热解时间和热解温度的经验关联式, 具体结果如下。

3.1 物料径向温度分布

热解温度对于褐煤热解过程中的反应速率, 热解效果有着十分重要影响。然而, 对于褐煤热解, 尤其是褐煤升温过程中, 褐煤物料温度并不均匀;因此, 考察不同热解时间内, 褐煤物料温度分布对于反应速率公式的回归以及热解效果的估计有着十分重要的意义。不同热解温度下, 褐煤的径向温度分布随热解时间变化如图2所示。

图2不同径向位置温度随干燥时间变化关系

如图2所示, 在热解开始时, 不同位置的温度差很大;而且越接近炉壁温差越大。但是, 随着热解的进行, 不同位置的温差逐渐变小。当热解时间大于90 min时, 不同位置的温差基本相同。但是, 当热解时间到达90 min时, 挥发分析出率 (62.5%~80.49%) 也达到了总挥发分析出率 (73.65%~89.98%) 的80%。因此, 在回归反应速率公式参数过程中, 要考虑料层温度分布的影响。

3.2 反应速率公式参数的回归

由3.1可知, 褐煤热解过程中物料不同位置的温差很大, 因此需要在回归热解反应速率公式时加以考虑。所以, 在本节中, 反应速率公式式 (5) 中的温度Ti为整个物料的加权平均温度 (K) 。对于3 kg热解炉, 平均温度的表达式为

式 (5) 中, n为在3 kg热解炉不同径向位置的测量点个数, Ti, j代表i时刻, 距中心第j个测试点的温度 (K) , r为3 kg热解炉的半径 (m) 。将上面求得的Ti代入式 (3) 和 (4) 即可回归出反应动力学参数Ea和A0。不同热解温度下, 热解动力学试验结果及拟合结果如表1所示。

将不同温度下拟合的动力学参数代入式 (1) ~ (4) 并与试验结果对比, 结果如图3所示。

图3热解速率试验值与预测值对比

将前面求得的热解动力学参数 (活化能和指前因子) 代入式 (4) 和式 (1) , 并对时间进行积分, 就可以得到不同温度和热解时间下的挥发分析出率公式, 结果如下

其中, Ti为物料不同位置平均温度 (K) , 其表达式如式 (6) 所示。利用上式计算热解温度为500℃和600℃, 不同热解时间下的挥发分析出率;并将计算结果与试验结果进行对比, 结果如图4所示。

如图3所示, 不同温度下, 热解反应速率预测值与试验值在初始段 (热解速率较高) 具有较好的预测效果;但是在热解反应的末段 (热解速率较低) , 预测值明显大于试验值。不过, 如图4所示, 由于热解反应的末段反应速率较小, 因此对于累计挥发分析出率的预测影响不大。

图4不同热解温度下挥发分析出率试验值与预测值对比

4 结论

根据褐煤热解动力学原理, 本报告初步建立了实验室褐煤热解宏观动力学试验研究方法。

(1) 通过一系列褐煤低温热解试验获得了热解温度、热解时间等对褐煤低温热解挥发分析出情况的影响。

(2) 数据分析基础上获得了褐煤挥发分析出率与热解时间和热解温度的经验关联式, 进而为后续进一步研究工业生产中褐煤热解过程的预测奠定基础。

参考文献

[1]孙庆雷, 李文, 李保庆.神木煤显微组分热解特性和热解动力学[J].化工学报, 2002, 53 (11) :1122-1127.

[2]刘辉, 吴少华, 孙锐, 等.快速热解褐煤焦的比表面积及孔隙结构[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (12) :86-90.

[3]魏砾宏, 姜秀民, 张超群, 等.超细化煤粉在热解条件下氮的迁移特性试验研究[J].中国电机工程学报, 2006, 26 (7) :62-66.

[4]阎维平, 陈吟颖.生物质混合物与煤共热解的协同特性[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (2) :80-86.

[5]张翠珍, 衣晓青, 刘亮.褐煤热解特性及反应动力学研究[J].热力发电, 2006 (4) :17-20.

[6]杨景标, 张彦文, 蔡宁生.煤热解反应动力学的单一反应模型与分布活化能模型比较[J].热能动力工程, 2010, 25 (3) :301-305.

[7]何启林, 王德明.煤的氧化和热解反应的动力学研究[J].北京科技大学学报, 2006, 28 (1) :1-5.

[8]王国金, 李术元, 王剑秋, 等.煤颗粒脱挥发分的数学模拟研究[J].燃料化学学报, 1996, 24 (2) :181-185.

典型废弃生物质的热解特性研究 篇5

关键词：二次能源,废弃生物质,理论研究,热解,TG/DTG,热解动力学

0 引言

生物质能是一种清洁的可再生能源,随着石化资源的枯竭,它将在我国的能源结构中占据越来越重要的地位,因此对生物质能源的开发和研究日益受到了各方的关注[1,2,3]。生物质能的原料非常广泛,其中以废弃生物质为原料来制取生物质能具有独特的意义,它不仅可以解决部分能源问题,同时能够起到保护环境作用。

热解是废弃生物质资源化利用的一种重要工艺,是制取生物质能的常规手段之一[4,5]。各种热解工艺和设备的设计、选用及优化都需要分析原料的热解特性,为其提供理论基础和实验依据。

本文通过对6种典型废弃生物质的热解实验,研究了它们的TG/DTG曲线,并通过该曲线分析了它们的基本热解特性,包括热解区间、最大热解速率的温度、不同加热速度的影响等,为这6种废弃生物质的资源化热解处理提供了基础数据,同时对它们进行了热解动力学分析,得出了热解动力学参数,对生物质能的研究具有一定的普遍意义。

1 实验部分

1.1 实验原料

本研究选取具有代表性的6种废弃生物质原料,分别为锯末(木材加工场废弃锯木屑)、稻壳、纸屑、橱芥(厨房垃圾中的烂菜叶,果壳,果皮的混合物)、废塑料(主要成分是聚乙烯)和废橡胶(来源于废旧轮胎)。前4种是生物类有机固体废弃物,其中锯木屑和稻壳是常见的农林业废弃物,纸屑和橱芥是常见的城市生活垃圾。而废塑料和废橡胶则是生活垃圾填埋场筛上物中常见的难降解组分,属于高分子类有机固体废弃物。为了对原料有更准确的认识,分别对这6种原料进行了工业分析和元素分析,结果如表1和表2所示。

由表1可以发现这6种生物质种均含有大量的挥发分,适合于热解处理。由表2可以发现生物质类的原料与高分子类原料的最大区别在于氧含量的大小,同时高分子类原料的成分较为单一,而生物类原料的原料成分复杂,这也是造成两大类生物质的不同热解特点的重要原因。

原料在实验前要进行预处理—干燥和粉碎,主要为去除杂质,粉碎后筛分至粒径为<0.45mm,最后装入磨口瓶中待用。

1.2 实验方法

实验仪器为上海天平仪器厂的WRT-1热重分析仪。实验温度:室温700℃或加热至TG曲线变平坦为止。气氛:99%N2,以一个大气压的恒定流速通入,流速80m L/min。升温速率:10℃/min,20℃/min,40℃/min。

每种原料做不同升温速率实验时,称取量尽可能相同。为简化实验数据的处理过程,热重曲线以失重质量百分数进行记录。每种试样在同一升温速率下的实验至少做3次,使TG曲线在相同失重率时的最大温差在5℃以下。

2 结果与讨论

图1为6种废弃生物质原料在3种不同升温速率下的TG/DTG曲线。其中,(a)为锯末;(b)为稻壳;(c)为废纸;(d)为橱芥;(e)为废塑料;(f)为废橡胶。

2.1 TG曲线的分析

1)对于生物质类废弃物,在加热过程中,小于200℃时失重较少,主要是残余水分和少量挥发分的析出。大约在200~500℃温度范围内(具体温度区间因原料而不同),各种原料的质量急剧下降,挥发分大量析出,在这个温度区域范围内的失重量大约为加热至700℃总失重量的85%~95%。500℃之后主要是炭化阶段,热重曲线在此温度区间内趋于平缓。

对于高分子类废弃物,由于其几乎不含水分,95%以上挥发分在220~500℃内析出。塑料的失重区间很狭窄,300℃才开始发生失重,在350℃以后开始剧烈失重。废橡胶中的挥发分的化学组成主要是天热橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶,这些物质在220℃左右开始分解,到500℃左右基本分解完成,剩下的为轮胎原料中的无机填料和焦炭。

以上分析可以看出,反应终温的变化将对有机固体废弃物热解的产物分布产生很大影响,对于整个热解过程影响十分重要。一般来说,在小于500℃的温度范围内,反应终温越高,原料中的挥发分析出量越大,相应的气、液产物也会越多,残余的固体产物越少。

2)随着升温速率的提高,TG曲线向温度高侧偏移,即达到相同失重的情况下,所需的热解温度也越高。这种情况除了物料本身的热解原因之外,更重要的原因可能是由于试样和炉壁不接触,试样的升温靠加热炉的辐射,氮气介质的对流和坩锅的导热等复杂的传热方式进行的,在炉子与试样之间有温差形成。该温差还受到试样的导热性、尺寸试样本身物理或化学变化引起的热导率变化等因素的影响,并可能在试样内部形成温度梯度,这个非平衡过程随升温速率提高而加剧,即温差随升温速率的提高而增加。所以,升温速率越大所产生的热滞后现象越严重,从而使曲线向高温侧偏移。

3)物料在不同的升温速率下,其最终挥发分析出总量相差约1%~7%,即升温速率对最终挥发性产物收率(包括可凝性气体和不可凝性气体)的影响不是很大,需要注意的是本实验采用的3种升温速率属于同一个数量级,其热解机理较为相似。因此,可以说小幅的升温速度变化对产物收率的影响不是很大;但是研究表明,在高升温速率下,最终的挥发性产物收率会比本实验明显提高,这也就是通常说的闪速热解。同时,通过对热解产物的收集和分析,可以发现,不同的升温速度对产物的成分影响还是很大的。

2.2 DTG曲线的分析

1)由DTG曲线也可以明显看出废弃生物质热解的温度区域基本维持为200~500℃之间,其具体温度区间及快速热解温度区间因原料不同而具有一定的变化。其中塑料的失重速率峰值区间最狭窄,失重速率最大。废橡胶的DTG曲线则有两个明显的失重峰,可能是由于其成分中天然橡胶和合成橡胶依次分解造成的。

2)当温度小于200℃时,升温速率的提高对失重速率影响很小,而在200~500℃的主要热解区间内,升温速率的提高对失重速率影响很大,最大失重速率明显提高,因此在此区间采用较快的升温速率对热解反应过程是有利的。同时,升温速率的提高使失重速率曲线向高温侧偏移,达到最大失重速率所对应的温度(特征温度)也向高温偏移。其原因很可能是与TG曲线向高温侧偏移的原因类似。3)升温速度对各原料最大热解速度及其对应温度的影响,如表3所示。由表3的数据可知,随着升温速率的提高,最大热解速率明显提高,达到相同热解程度所需要的时间也越短。φ=20℃/min时的最大热解速率约为φ=10℃/min的最大热解速率的1.5~2倍。φ=40℃/min时的最大热解速率约为φ=10℃/min的最大热解速率的3~4倍。

3 热解动力学

从前述热解实验的结果看出,当加热温度达到550℃时,挥发分析出量已达到加热温度为700℃时的90%以上,且热解焦油在550℃以内基本不发生二次裂解反应[6]。所以,假设生物质废弃物仅通过一次热解反应生成焦炭、焦油和气体,可忽略焦油的二次反应。同时,可以认为该热解过程中热解反应速度与质量、温度的关系为阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程指数关系。

首先对热裂解动力学进行如下基本假设:

1)由于热重实验仪器的局限性,仅对热解过程的固体质量的变化进行动态测量,认为热裂解的反应类型为

其中,气体包括了可凝性焦油在内。

2)炉内的N2保护气氛对热裂解反应没有任何影响。

3)试样量很少,每次仅为8~10mg,加热时间长,所以可以假定温度与炉内温度相同,不存在温度梯度。

4)表示化学反应速率与温度关系的阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程对于式(1)的反应速率可表示为

其中,K为Arrhenius速率常数,且

式中E―活化能,k J/mol;

A―频率因子(1/s);

T―绝对温度(K)。

函数f(α)取决于反应机理,对于简单的反应,f(α)一般可用于下式表示

式中α—质量变化率;

n—反应级数。

通常由热重分析仪测得的典型热重曲线如图2所示。

本文研究的是原料挥发分的失重区间(TG曲线的主要失重阶段)的动力学模型,故取快速失重区间的起始质量为W0;W为T(t)时的质量;W∞为结束时的质量;⊿W为T(t)时的质量损失量;⊿W∞为最大质量损失量。

根据热重曲线,得出变化率为α

将式(5)与式(2)、式(3)、式(4)联立,可得

式中β为升温速率。

式(7)即为一个简单的热解动力学方程式。本实验采用了此方程对有机固体废弃物热解过程的动力学参数进行了计算。

对于大多数高分子聚合物,可先假设式(7)中的n=1,即不考虑热裂解过程中的二次反应,对试验的动力学参数进行计算。当n=1时,对式(7)进行积分,可得

对于不同的α和T值代入式(9)中,求出相应的K值。然后,将求得的K值代入式(3),并对方程两边取对数得

一般情况下研究者比较关心废弃生物质在主要热解区间(W0-W∞)的反应特性,因此在求解动力学参数时也主要考察这个阶段。因此设该区的起始温度的失重率α为0%,而终止温度转化率α为100%。做出不同升温速率下的lnK~1/T动力学求解曲线,将这些曲线在各自主要热解区间进行一元线性回归,锯末的ln K~1/T曲线,如图3所示,其直线斜率为-E/R,截距为lnA。即可求得活化能E、频率因子A,线性回归的相关系数为r,对于其它原料同样处理,得到如表4所示结果。对于复杂的反应,活化能体现了反应的难易程度:活化能越低,热解反应越易进行。

由表4可知,相关系数基本大于98%,一元线性回归的拟合度较好。各升温速率的动力学求解曲线基本平行,升温速率的变化对活化能没有显著影响,活化能呈不规则变化。锯末、稻壳、纸屑、橱芥和橡胶的活化能较低,说明这些物料的热解反应较容易进行,适合作为热解反应系统的原料。而塑料的活化能较高,说明塑料热解时需要更多热量才能使其分解。

4 结论

1)废弃生物质的热解温度区间一般都在200~500℃之间。其中,生物质类的废弃生物质的最大热解速度发生在300~400℃之间,高分子类有机固体废弃物的最大热解速度发生在400~500℃之间。

2)随着升温速率的提高,最大热解速率明显增加,同时TG与DTG曲线均向高温侧偏移。

3)锯末、稻壳、纸屑、橱芥和废橡胶的活化能较低,这些物料的热解反应较容易进行,而废塑料的活化能较高。因此,废塑料热解时需要更多热量才能使其分解。

参考文献

[1]马常耕,苏晓华.生物质能源概述[J].世界林业研究,2005,18(6):32-38.

[2]周中仁,吴文良.生物质能研究现状及展望[J].农业工程学报,2005,21(12):12-15.

[3]陈益华,李志红,沈彤.我国生物质能利用的现状及发展对策[J].农机化研究,2006(1):25-28.

[4]陈炜,罗永浩,陆方,等.生物质热解机理研究进展[J].工业加热,2006,35(5):4-8.

[5]蒋国良,袁超,史景钊,等.生物质转化技术与应用研究进展[J].河南农业大学,2005,39(4):464-471.

生物质与褐煤共热解协同作用研究 篇6

根据生物质和煤的成分特点, 将生物质和煤一同进行低温热解是近年来能源化工中崭新的研究课题。既能解决褐煤热利用率低的问题, 又克服生物质能量密度低的问题, 降低CO2等温室气体及SO2的排放。因此有效地利用生物质能源对解决环境和能源短缺问题非常重要。

本实验选用小麦秸秆作为生物质试样, 与蒙东褐煤进行共热解的实验研究寻求共热解的影响因素和协同作用的特性研究。

一、实验内容

1.1、生物质和褐煤的粉碎和筛选

先分别将生物质麦秆和褐煤放入粉碎机中进行粉碎, 然后用标准筛进行筛选。将麦秆及褐煤粉碎为一下几个等级:<0.2mm、0.2-0.3mm、0.3-0.6mm、>0.6mm。

1.2、热解试验条件

煤和型煤。温度范围:室温-1000℃;线性升温速率:20℃min;保护气和热解载气为高纯氮气 (99.95%) , 保护气流量为30m L/min, 热解载气流量为50m L/min。

麦秆。温度范围:室温-800℃;线性升温速率:15℃/min;保护气和热解载气为高纯氮气 (99.95%) , 保护气流量为30m L/min, 热解载气流量为50m L/min。

二、结果与讨论

2.1、生物质型煤热解过程分析

第一阶段为物料的脱水阶段, 表现为DTG曲线的向下波动。生物质煤由于是加热成型, 水分大部分被脱除, 热分析曲线也表现为峰值较小。

第二阶段为物料的软化、变形和大分子结构解聚阶段。试验物料失重很小, 热分析曲线均表现较为平坦。

第三阶段为物料发生热解的主要阶段。此阶段物料失重最多, DTG曲线急剧下降。热分析曲线表明生物质型煤在这第三阶段热解过程中出现了双峰, 这是由于小麦秸秆的最大失重温度比褐煤低。

第四阶段为物料残留物缓慢分解阶段。型煤热重曲线表现略有波动, 最终生成碳和灰分。

2.3、生物质型煤热解动力学模型

根据以上不同物料不同阶段热解Coats-Redfern法拟合曲线, 得出拟合结果列于表2-1中。

三、结论

(1) 生物质型煤中生物质配比对生物质型煤的热解曲线略有影响。型煤的最大热解温度随着秸秆配比的增大而降低, 而型煤的最大失重率则是在不断的增大。

(2) 褐煤和小麦秸杆混合后, 热重曲线分阶段出现褐煤和秸杆的热解特性, 近似为二者的叠加, 说明褐煤和生物质共热解过程近似为两者的分阶段热解过程, 可能存在二者在共热解过程的协同作用。

(3) 小麦秸秆中的碱金属导致了生物质型煤在热解过程中具有协同作用。而且随着小麦秸秆中钾元素含量的增加, 型煤热解的最大和最终失重率均逐渐增大, 而且其最大失重温度也逐渐降低。

摘要：生物质型煤是指生物质与煤按一定比例掺混, 在高压力下压制而成的型煤。以蒙东褐煤与生物质 (小麦秸杆) 为试验物料, 制成生物质型煤, 进行热解。试验物料的热解过程可以分为四个阶段, 其中第三阶段为物料发生热解的主要阶段, 物料失重最多, 达40%-50%。采用Coats-Redfern法对热解曲线进行了拟合, 建立了分阶段的拟合动力学方程。其热重曲线分阶段出现褐煤和秸杆的热解特性, 近似为二者的叠加。

关键词：褐煤,生物质型煤,热解,特性研究

参考文献

[1]肖雷, 刘炯天, 陶秀祥.基于褐煤的生物质型煤成型机理及其特性研究[D].中国矿业大学学报, 2012:101-102.

[2]肖雷, 王传真, 姚菁华, 等.褐煤/秸秆混合燃料的成型试验研究[J].选煤技术, 2011, 1:2-4..

[3]杨玉立, 朱书全, 王国兴.中国生物质型煤技术的研究现状[J].洁净煤技术, 2007, 6 (13) :1-3.

[4]尚琳琳, 程世庆, 张海清, 等.生物质与三种不同变质程度的煤混合热解H2S析出规律[J].节能技术, 2007, 25 (5) :1-3.

生物质快速热解技术研究进展与趋势 篇7

生物质能源是未来可持续发展能源系统的重要组成部分, 是未来化石燃料的替代品之一, 其高效转换和洁净利用日益受到全世界的关注。

目前, 国外已经研究开发了快速热解技术, 即生物质瞬间热解制取液体燃料油, 是一种很有开发前景的生物质应用技术。作为一项资源高效利用的新技术, 生物质快速热解技术逐渐受到重视, 已成为国内外众多学者研究的热点课题。

2 国外发展现状

国外对于生物质的快速热解做了大量工作, 特别是欧、美等发达国家, 从20世纪70年代首次进行生物质快速热解实验以来, 已经形成较完备的技术设备和工业化系统。

为了方便热解液化方面的学术交流和技术合作, 欧洲在1995年和2001年分别成立了Py NE组织 (Pyrolysis Network for Europe和Gas Net (European Biomass Gasification Network) 组织, 前者拥有18个成员国, 后者现拥有20个成员国以及8家工业单位成员。这两大组织在快速热解技术的开发以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

国际能源署 (IEA) 组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作, 重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调, 并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论[1]。

荷兰Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并开始研制旋转锥式反应工艺 (Twente rotating cone process) , 到1995年取得初步成功[2,3]。

加拿大Ensyn工程师协会研制的循环流化床工艺在芬兰安装了20kg/h的小规模装置, 在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置[4,5]。

加拿大Waterloo (滑铁卢) 大学在20世纪80年代开始开发流化床热解技术, 目前加拿大达茂公司的设备日处理能力达200t[3,5]。

Christian Roy博士和他的研究小组1981年起在Laval大学进行真空移动床的工艺研究, 2000年被Pyrovac国际公司在加拿大的Jonquiere建立规模为3.5t/h的示范工厂[6,7]。

美国Georgia (佐治亚) 工学院1980年开发了引流床反应器, 但直到1989年左右才成功运行, 可得到58%的液体产物。

表1对以上五种装置典型试验结果进行了比。

3 国内发展现状

国内在生物质快速热解技术方面的研究工作起步较晚, 并不成熟。但相关研究机构正在从事方面研究工作, 也开发了多种反应器。浙江大学于20世纪90年代中期, 在国内率先开展了相关的原理性试验研究, 使用GC-MS联用技术定量分析了生物油的主要组分。山东工程学院开发了等离子体快速加热生物质液化技术, 1999年6月首次在国内制出了生物油并进行了成分分析。中国科学院广州能源研究所 (GIEC) 也自主研制了生物质循环流化床液化小型装置, 可取得63%的液体产率。

表2列举了近年来我国国内研究的几种主要反应器。

可见, 流化床反应器运行简单、结构紧凑、容易放大, 已经得到越来越多的重视。

4 发展趋势

目前尚待解决的问题有以下几点:

机理研究需要进一步深入。目前被用于快速热解的生物质原料已有几十种, 寻求合适的原料对于提高产物的品质至关重要。

液体的收集和工业放大方面仍需改进工艺。

降低成本, 增加生物质能的竞争力。我国劳动力和原料的价格低廉、产业化生产基建投资是最大的费用, 要在系统设计和设备的制造上有所创新以降低整个生产的投资。

在快速热解产物的分析和精制方面, 仍需大量的探索, 重点研发生物油的精制工艺, 提高生物油的品位, 使其能够真正成为石油的替代品。

可见, 开发和改进快速热解技术的主要方向应该是提高生物质的转化率, 提升生物油品质, 优化反应系统的整体效率及开发适于其特殊性质的新的应用领域。

5 结束语

生物质能源是备受世界关注的可再生能源, 已成为21世纪研究的重要课题, 其高效转换和洁净利用越来越受到世界各国关注。通过生物质快速热解技术制取生物油, 是一种很有开发前景的生物质应用技术, 已日益成为国内外众多学者研究的热点课题。该工艺虽然目前还未实现大规模工业化应用, 但研究证明切实可行, 具有广阔的市场前景。

摘要：文章综述了国内外快速热解技术的发展现状, 并提出了未来快速热解研究方面的主要方向和发展趋势。

关键词：生物质能源,快速热解,研究趋势

参考文献

[1]姚福生, 易维明等.生物质快速热解液化技术[J].中国工程科学, 2001, 3 (4) :63-67

[2]郭艳, 王, 魏飞等.生物质快速裂解液化技术的研究进展[J].化工进展, 2001, 20 (8) :13-17.

[3]吴创之, 阴秀丽.欧洲生物质能利用的研究现状与特点[J].新能源, 1999, 21 (3) :30-35.

[4]Meier D, Faix O.State of the art or applied pyrolysis of lignocellulosic materials:a review[J].Bioresource Technology, 1999, 68:71-77.

[5]Graham R G, Freel B A.Rapid thermal processing (RTP) :biomass fast pyrolysis overview[A].In:Hogan E, Robert J, Grassi G, et al.Biomass processing[M].Newbury, UK:CPL Press, 1992.52-63.

[6]徐保江, 李美玲, 曾忠.旋转锥式闪速热解生物质试验研究[J].环境过程工程, 1999, 17 (5) :71-74.

生物质热解气化技术的关键点分析 篇8

生物质热解气化技术是在一定的温度条件下, 将高分子有机物分解转化为小分子、高质量能源燃料, 实现能源利用的一项综合性技术。通过有机物的热解、氧化还原反应将有机物转化为富含一氧化碳、氢气的生物质燃气, 通过燃气的甲烷化反应还能够将其进一步制备成清洁、高品质的天然气。随着世界资源的日益匮乏以及环境保护观念的日渐深入, 各国对生物质热解技术的研究越来越深入, 美国、加拿大、瑞典、芬兰、德国等对生物质热解技术的研究以及生物质能的利用都比较成熟, 促进生物质能利用的规模化、自动化是生物质热解气化技术研究的核心[1]。我国的农林生物质能资源非常丰富, 加强这一技术研究对缓解我国能源匮乏的现状, 提高工业生产效率和能源供应具有重要意义。

2 生物质热解及气化技术的原理分析

2.1 生物质热解、气化反应的原理

生物质热解是在高温加热条件下, 生物质颗粒受热量作用裂解为小分子产物和挥发组分的过程;生物质气化则是利用气化剂将固体燃料中的碳氧化为气体燃料的过程[2]。生物质热解、气化的原理如图1、图2所示:

生物质热解气化反应是制备气态燃料的热化学过程, 是一个复杂的分解过程, 对反应的温度、压力、装置都有较为严格的限制, 由生物质有机物转化为气态燃料要经过干燥、液化、热解、气化等过程[4]。

2.2 生物质热解气化技术简介

自20世纪70年代以来, 世界各国对能源利用的研究逐渐重视, 对生物质能的开发研究也越来越多, 美国等发达国家对生物质能开发利用规模较大, 技术研究也较为成熟。美国对生物质热解气化技术的研究主要针对于生物质能发电, 其生物质联合循环发电技术、生物质综合气化装置联合燃气轮发电技术、炭化气化木煤气发生技术等对促进其经济发展起着非常重要的作用[5]。德国对于生物质热解气化的研究也是较为先进的, 德国公司设计的下吸式气化炉联合内燃机发电机技术气化效率几乎可以达到90%, 这为生物质能的高效利用起到了很大的推动作用。加拿大研究设计的固定床湿式上行气化装置及流化床气化装置利用规模较大, 自动化程度较高, 对生物质能的发展起到了很大的推动作用。芬兰是世界上利用生物质能最多、最成功的国家之一, 其开发的循环流化床锅炉技术发电效率及热转化效率较高, 废弃物的处理也较为科学。

生物质能的开发利用是缓解能源危机的一条有效途径, 要保障我国经济的持续稳定发展, 必须借鉴先进国家的经验和技术, 加强对生物质热解气化技术的研究。与上述发达国家相比, 我国生物质热解气化技术的研究起步较晚, 开始于20世纪80年代, 但经过近些年的努力也取得了很多先进的技术成果。我国自行研制的集中和分户式气化炉产品逐渐投入生产和使用, ND型气化及生物质干馏热解气化装置等为解决农村供电及工业生产带来很大的便利。下面介绍目前常用的几种生物质热解气化技术:

2.2.1 固定床式气化炉工艺技术

固定床式气化炉工艺技术是生物质热解气化研究较早的一项技术, 按照气化装置进料方式的不同可以分为上吸式、下吸式、横流式和开心式等。该项工艺技术主要以空气为气化剂, 设备装置通常比较简单, 运行操作也较易实现, 目前使用较多的为下吸式气化炉工艺技术。首先在热解过程中, 固相反应取决于加热的温度, 经历裂解、重整、变换等过程, 还要保障不同大小颗粒的燃烧速率, 这就要求在该项技术的研究中既要保障气化炉内足够好的加热条件, 又要保障在高温下的良好传热与传质。基于上述要求, 德国研发的下吸式气化炉联合发电机组系统性能及工作效率都比较高, 在国际上较为先进。我国在传统下吸式气化炉的研究基础上进行了创新改进, 研发的以蒸汽为气化剂的下吸式生物质热解和完全气化技术, 转化效率和热值都比较高, 随着研究的进一步深入仍有发挥潜力。国内某能源公司研发的可连续运行的下吸式固定床反应器, 加入了主动配风技术, 结合实时监控和反馈系统, 根据反应状况自动控制气化剂的供给, 其自动化程度及转化效率都比较高。

2.2.2 流化床气化炉工艺技术

流化床气化炉工艺技术是与固定床气化炉相对的一项工艺技术, 与之相比, 其设备结构及工作系统都比较复杂, 可分为单流化床气化炉、循环流化床气化炉、双流化床气化炉。流化床气化工艺中, 生物质原料的粒度通常比较细, 在工作中震动速率较快, 因此床的传质、传热效率都比较高, 气化也较为彻底。流化床是基于一种流态化操作技术, 各工作环节相互独立又相互配合, 其气化能力可以在较大的范围内进行调节, 但由于流化床难以实现较高的温度要求, 对于热解气化固态产物不能熔融, 故而会带来一些废渣处理问题[3]。多循环流化床反应系统由几个串联的锥形反应筒组成, 在各段锥形底部形成流化床, 能有效提高反应的速率, 串联的反应系统能够有效提高固、气滞留时间的比率, 生物质输送与氧化反应区各司其职, 能够减少运行故障, 提高气化效率。奥地利研发的双流化床蒸汽气化技术是生物质热解气化中一项非常重要的技术, 在该技术中将气化过程与反应产物利用分隔开来, 首先以蒸汽作为气化剂进行气化, 再将气化产生的固体作为燃料循环使用。双流化床蒸汽气化巧妙地运用了两段式热解气化, 能够提高气化产物的品质, 还能够实现热解产物的充分利用。

2.2.3 生物质合成天然气技术

早期对天然气能源利用是基于对煤气化技术的研究, 主要是通过甲烷化反应制备高品质的天然气, 这一技术的研究已经较为成熟, 而生物质燃气的研究较晚, 对于提高燃气品质以及生产效率的研究也有待进一步的深入。2008年奥地利某研究机构基于双流化床生产设备研发的天然气合成技术是生物质热解气化完整工艺的一次突破。在该项技术中, 首先在传统热解、气化反应基础上, 加入甲烷化及天然气合成系统, 将常规的热解气化产物一氧化碳、氢气转化为天然气, 再经过脱硫、脱氮、焦油处理等过程产生高品质的合成气体燃料。通过上述研究制得的气体燃料中甲烷的含量能够达到70%以上, 基本上可以代替常规天然气的使用, 这对于居民供暖、供气, 解决常规天然气的不足具有非常重要的意义。我国对于生物质合成天然气技术的研究尚处于实验阶段, 对该项技术的工业应用较少, 因此加强生物质高热值合成天然气的研究是我国生物质热解气化技术研究的一个重要方向, 推进该项技术的产业化、规模化发展有待进一步提高。

2.2.4 生物质富氧气化技术

生物质富氧气化技术是从气化剂的角度出发提高气化效率的一项新型气化技术。传统的生物质热解气化通常以空气为气化剂, 但是由于空气中大部分为氮气, 所以燃气质量及生产效率都比较低, 若在进入反应炉之前将氧气富化提纯则会增加氧化层厚度释放大量热能, 为反应炉提高足够高的温度, 进而大大改善反应的效果。国外对于富氧气化技术的研究较为成熟, 该项技术的研究主要基于双流化床设备, 氧气的浓度可以达到99%以上。西班牙学者研发的双流化床反应器, 通过膜控制技术富化反应中的氧气量, 对气化效率的提高有较好的效果[4]。我国浙江大学搭建的小型试验台, 研究通过富氧气化提高反应温度, 一次性热解气化的热值较高;山东大学对生物质富氧气化的研究也较多, 在传统生物质热解气化技术中加入膜法制气及氧气富化技术, 研发出一种膜法富氧生物质热解气化装置, 不仅使气化反应更加彻底, 还能够大大提高氧化炉的温度, 并减少了焦油及固体残渣产出[3]。生物质富氧气化技术对于提高燃气的热值具有重要意义, 但我国对该项技术的装备研发及工业应用尚不成熟, 推进生物质富氧气化技术的规模化、工业化应用还有待进一步推进。

2.2.5 生物质蒸汽气化技术[6]

与生物质富氧气化技术相同, 生物质蒸汽气化技术也是从气化剂的角度出发进行研究的。水蒸气是生物质热解气化中一种非常重要的产物, 将这一产物加以循环利用对于提高系统的生物质利用率有重要作用。水蒸气是生物质裂解反应及还原反应的重要原料, 若将水蒸气作为下一步气化的气化剂则上述两个过程的反应会大大加强, 因此生物质蒸汽气化技术是提高系统效率的一项重要途径[6]。奥地利某大学对双流化床蒸汽气化技术的研究较为深入, 其双段式蒸汽气化反应装置具有较好的效果。我国大连理工大学对生物质蒸汽气化技术的研究在国内较为领先, 其利用多孔的陶瓷介质作为热解反应的介质, 然后利用一种上吸式的蒸汽热解气化的装置能够实现富氢气燃气的制取[5]。生物质蒸汽气化技术是以蒸汽重整为基础, 一方面对生物质实现高效、高强度的气化, 另一方面对燃气进行重整, 对焦油及固态产物进一步热解, 这对提高生物质热解的效率和燃气的品质具有重要作用。生物质蒸汽热解气化技术是系统内部结构组合的优化, 能够提高反应的强度和效率, 是生物质热解气化技术重要的发展方向。

3 生物质热解气化技术的应用和发展方向

生物质热解气化技术的主要应用是生物质燃气供应和生物质发电。生物质燃气具有清洁方便的特点, 在人们生活中有着广泛的应用。通过生物质的热解气化, 能够产生以一氧化碳、氢气为主要成分的清洁燃料, 并通过进一步的甲烷化反应, 能够产生热值较高的合成天然气, 这对城市供气、供暖带来了极大的便利。生物质供电主要是通过生物质气化及直燃所释放的热量转化为电能, 生物质发电项目的研究为解决工业用电及城市功能用电发挥着非常重要的作用。

生物质能是一种可再生的清洁能源, 有着良好的发展前景。随着常规能源的日益枯竭, 推进生物质能利用的产业化、规模化是生物质热解气化技术发展的必然要求。生物质热解气化技术的研究中, 一方面要提高热解气化反应的强度和效率, 另一方面要提高燃气的品质, 因此研发高强度、高效率的固定式气化床及流化床工艺设备, 改善生物质蒸汽气化及富氧气化的效果, 加强对生物质合成天然气技术的深入研究是生物质热解气化技术的研究方向[7]。

4 结语

我国拥有丰富的农林生物质资源, 利用生物质热解气化技术开发和利用生物质能源, 能够达到清洁高效利用燃气的要求, 推进工业发展。深化生物质气化炉装备的研发以及生物质蒸汽气化技术、生物质富氧气化技术、生物质合成天然气技术的研究, 加强对生物质能源的利用, 能够有效缓解我国能源匮乏的现状, 对促进企业的产业结构升级具有强大的推动作用。

摘要：随着我国对能源需求的日益增大, 生物质能作为一种清洁、可再生能源, 在社会生产中发挥着越来越重要的作用。利用生物质热解气化技术能够将储存在生物质中的化学能转化为清洁、高质量的燃料。本文结合生物质热解气化的原理, 对其关键点进行了探究。

关键词：生物质,热解,气化,应用

参考文献

[1]Devi L, Kr Zysztof J, Ptasinski K J, et al.Pretreated olivineas tarremoval:atalvst for hiomass gasifiers:investigation using Naphthaleneas model hiomasstar[J].Fuel Proeessing Technologv, 2005, 86 (6) :707-730.

[2]Manuel Campoy, Alherto Gomez Barea, Fernando B Vidal, et al.Air-steam, gas ification of biomass in a fluidied bed:Processing optimisationbyenrichedair[J].Fuel Processing Technology, 2009, 90:677-685.

[3]赵世斌.生物质热解技术应用及展望[J].石家庄铁道大学, 2010 (5) .

[4]董玉平, 郭飞强等.生物质热解气化技术[J].中国工程科学, 2011 (11) .

[5]许敏.生物质热解气化特性分析与试验研究[C].天津大学, 2008 (4) .

[6]靳幻.生物质与水蒸气高温气化过程模拟研究[C].哈尔滨工业大学, 2013 (7) .

低碳热解生物燃料调合料 篇9

热解是在缺氧和大于500°C下, 通过加热使大分子进行热分解。该过程的产品之一是热解油。不过, 现在的快速热解过程生产的油不能直接使用。Carbon Trust公司将开发生产更好质量热解油的新方法, 并在送入炼油厂前或在炼油厂中使热解油改质。新的热解生物燃料与化石燃料相比, 有潜力可使碳排减少95%。

该集团将于2014年首次从中型装置生产生物燃料, 并且有潜力采用英国的生物质以放大规模生产超过200万吨/年, 这将可减少碳排700万吨, 相当于每年300万辆汽车的减排量。废弃物可在相对小规模内进行低成本的热解, 将来, 英国将在一些地点如填埋地建设小型热解油炼油厂网络。