生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現狀及展望

第37卷第1期林業(yè)機械與木工設備Vol 37 No. 12009F1 A FORESTRY MACHINERY WOOD WORKING EQUIPMENTJan.2009綜述生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現狀及展望李曉娟,常建民,范東斌(北京林業(yè)大學(xué),北京100083)摘要:概述了生物質(zhì)能的轉換利用方法,重點(diǎn)介紹了生物質(zhì)的快速熱解技術(shù),綜述了快速熱解技術(shù)現及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);快速熱解;生物油中圖分類(lèi)號:062125;5216文獻標識碼:B文章編號:1001-4462(20001-0007-03Prospect and Technical Status of Fast Pyrolysis of BiomassLI Xiao-juan, CHANG Jian-min, FAN Dong-bin( Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)Abstract: Methods of biomass energy conversion and utilization are summarized biomass fast pyrolysis technologies aremainly introduced and present status of fast pyrolysis and its development trend are overviewed.Key words biomass; fast pyrolysis; bio-oil生物質(zhì)是一種環(huán)保型的可再生能源,它是地球上的綠色植物通過(guò)光合作用獲得的各種有機物質(zhì),主要收稿日期:2008-10-22包括林業(yè)生物質(zhì)農業(yè)廢棄物、水生植物能源作物、城新型加工設備,筆者認為將其單列有利于它的發(fā)展。品采集加工機械按標號列出,造林機械的代碼為其產(chǎn)人造板貼面機械和細木工板生產(chǎn)機械按行業(yè)分類(lèi)業(yè)代碼應該歸屬其它人造板機械但我國細木工板和貼面板已由于我國大學(xué)現在的專(zhuān)業(yè)目錄已經(jīng)沒(méi)有林業(yè)機械經(jīng)具有一定的規模,單列有好處。其它人造板機械則指木工機械專(zhuān)業(yè),本文的行業(yè)分類(lèi)對大學(xué)的學(xué)科建設專(zhuān)木塑復合材、重組木、膠拼板等,它們的行業(yè)產(chǎn)業(yè)方向代業(yè)設置課程設置影響不大但對今后教材的撰寫(xiě)研究碼都歸類(lèi)為2129。生研究方向有一些影響。具體教材的章節撰寫(xiě)、研究生同樣,門(mén)窗加工機被地板加工機械模板加工機研究方向修改可以參考本文的分類(lèi)。對行業(yè)方向細分械裝飾條加工機械也只能共享2031這個(gè)代碼。后各專(zhuān)業(yè)委員會(huì )可以在委員會(huì )下面按產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結構與對于非木質(zhì)家具機械筆者將其分成3組由于C24研發(fā)方向增設行業(yè)聯(lián)誼會(huì )將各個(gè)行業(yè)進(jìn)行細化,產(chǎn)業(yè)的塑料家具不屬于林業(yè)與木工機械行業(yè)的范疇,沒(méi)有單產(chǎn)品結構與研發(fā)方向完全一致的企業(yè)組織有助于同類(lèi)列。因此將塑木復合家具機械作為C4的一部分列入企業(yè)規劃自己的行業(yè)發(fā)展及研發(fā)方向調整價(jià)格和規劃非木質(zhì)家具機械比較合理同樣鋼木復合家具機械作為市場(chǎng)也可成立同業(yè)聯(lián)誼會(huì )以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。c23的部分放入非木質(zhì)家具機械更為合適。如果木材在這兩種原材料中占主要部分塑料和鋼材僅占其中很少4結束語(yǔ)的部分,一般稱(chēng)之為木塑復合家具和木鋼復合家具機械本文只是筆者的設想和建議,僅供參考。逐步完善林他們可以作為板式家具和實(shí)木家具機械并入前面2組中。業(yè)機械行業(yè)分類(lèi)的標準化建設,實(shí)現行業(yè)的管理科學(xué)化,由于塑木復合家具和鋼木復合家具機械在非木質(zhì)家具機包容本行業(yè)的全體企業(yè)與單位,合理地分配行業(yè)和產(chǎn)業(yè)產(chǎn)械中所占比例較大所以單獨列出。其它非木質(zhì)家具機械品結構與研發(fā)方向設置是調動(dòng)全行業(yè)積極性的基本條件。則包括石木復合家具和玻璃木材復合家具機械等。參考文獻:林業(yè)機械的分類(lèi)基本遵循原來(lái)的原則,將林副產(chǎn)[1lGBr475420,國民經(jīng)濟行業(yè)分類(lèi)與代碼S林業(yè)機械與木工設備第37卷市垃圾、有機廢水和人、畜糞便等。生物質(zhì)能源是可再轉換過(guò)程;二是實(shí)現工業(yè)性應用。國外研究表明,生生能源的重要組成部分,其作為一種環(huán)境友好型能源,物油經(jīng)過(guò)加氫處理和沸石合成技術(shù),可轉化成高級已引起了越來(lái)越多的人關(guān)注。生物質(zhì)能源的利用將是的烴類(lèi)燃料。除了用作燃料外,也可作為化工業(yè)的21世紀能源的發(fā)展方向,人類(lèi)對生物質(zhì)能轉化和利用重要原料。的研究是擺在我們面前的重大課題。2國內外快速熱解技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢1生物質(zhì)熱解技術(shù)概述2.1生物質(zhì)快速熱解技術(shù)生物質(zhì)能的轉換利用方法可歸結為生物法(微生物法)化學(xué)處理法和熱化學(xué)轉化法三種。其中,熱化學(xué)自20世紀80年代以來(lái),生物質(zhì)快速熱解技術(shù)有轉化法主要包括直接燃燒、液化、氣化和熱解等四個(gè)方了很大的發(fā)展。國際能源署(IEA)組織了加拿大、芬面,下面僅對熱解技術(shù)加以簡(jiǎn)要介紹。蘭、意大利、瑞典、英國和美國等國家的十幾個(gè)研究小組進(jìn)行了十余年的深入研究,重點(diǎn)對這一過(guò)程發(fā)展的1.1熱解機理潛力技術(shù)經(jīng)濟可行性及參加國際間的技術(shù)交流等進(jìn)生物質(zhì)熱解是其在完全無(wú)氧或缺氧的條件下熱行了評估和協(xié)調,所發(fā)表報告得出的結論十分樂(lè )觀(guān)裂解為可燃氣體、液體生物油和固體生物質(zhì)炭的過(guò)到1995年初加拿大、芬蘭和荷蘭等國已有20余套熱程,這三種產(chǎn)物的比例取決于熱解工藝和反應條件。解裝置在運行中,此領(lǐng)域的許多學(xué)者都在進(jìn)行該項技在生物質(zhì)熱解過(guò)程中,熱量傳遞從生物質(zhì)表面開(kāi)始。術(shù)的研究。生物質(zhì)顆粒被加熱后迅速裂解成木炭和油蒸汽,油在我國,沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)開(kāi)展了“生物質(zhì)熱裂解液化蒸汽包括可冷凝氣體和不可冷凝氣體,可冷凝氣體技術(shù)”的研究工作,并在生物質(zhì)熱裂解過(guò)程的實(shí)驗和理經(jīng)過(guò)快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反應可生論分析方面取得了很大的成效。近年來(lái),浙江大學(xué)、科成生物質(zhì)炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙學(xué)院化工冶金研究所、河北省環(huán)境科學(xué)院等單位也進(jìn)生物質(zhì)顆粒內部的揮發(fā)分將進(jìn)一步裂解,形成不可行了生物質(zhì)流化床液化實(shí)驗;山東工程學(xué)院則開(kāi)發(fā)了冷凝氣體和熱穩定的二次生物油。同時(shí),當揮發(fā)分氣等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù)。體離開(kāi)生物顆粒時(shí),進(jìn)行第二次裂化分解,即二次裂解反應。生物質(zhì)熱解后最終生成生物油、不可冷凝氣22快速熱解反應器體和生物質(zhì)炭。反應器是熱解工藝的核心部分,反應器類(lèi)型和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節。雖然12熱解分類(lèi)反應器多種多樣,但它們的工藝流程相似,主要包括生物質(zhì)熱解分低溫慢速熱解、中溫快速熱解和物料的干燥、粉碎、熱解、氣態(tài)生物油的冷卻和生物髙溫閃速熱解。a.低溫慢速熱解為生物質(zhì)在極低的升油的收集。溫速率、溫度約500℃以下的條件下發(fā)生降解,反應目前國外開(kāi)發(fā)的反應器主要分為以下幾類(lèi):機械時(shí)間為15mn至幾天,產(chǎn)物以木炭為主,產(chǎn)炭率最高接觸式反應器間接式反應器和混合式反應器。國外可達到35%。b.中溫快速熱解為生物質(zhì)在溫度約對反應器的研究主要有美國、加拿大、芬蘭、意大利500-650℃的條件下發(fā)生降解,產(chǎn)物以液體生物油為英國和瑞典等國。荷蘭喬特( Twente)大學(xué)開(kāi)發(fā)的旋轉主。c高溫閃速熱解為生物質(zhì)在溫度約700-1100℃的錐式反應器采用反應器壁加熱的方式,不用載氣,且條件下發(fā)生降解,產(chǎn)物以可燃氣體為主。生物油產(chǎn)率很高,達到物料的70%;缺點(diǎn)是生產(chǎn)規模生物質(zhì)熱解制取生物油技術(shù)所釆用的溫度為常壓小,能耗較高。美國喬治亞理工學(xué)院G開(kāi)發(fā)的攜帶中等溫度(約500℃),升溫速率高達100000,床反應器,是利用內部高溫熱煙氣將生物質(zhì)快速加蒸汽停留時(shí)間在2s以?xún)?。應用該項技術(shù)所制得的液熱,生物油產(chǎn)量為物料的50%;缺點(diǎn)是需要大量熱煙體生物油的產(chǎn)率高僅有少量可燃的不凝性氣體和炭氣,而且還產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣。加拿大森林工產(chǎn)生。程師協(xié)會(huì )開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床反應器設備小巧,氣相停生物質(zhì)快速熱解的最大優(yōu)點(diǎn)是它可以最大限留時(shí)間短,可防止熱解蒸汽的二次裂解;缺點(diǎn)是需要度地生產(chǎn)生物油。生物油與原生物質(zhì)比較具有較高載氣對設備內的熱載體及生物質(zhì)進(jìn)行流化。美國太陽(yáng)的能量容積密度,且容易處理儲存和運輸,它代表能研究所(SER)已開(kāi)發(fā)出渦旋反應器,加拿大拉瓦爾了今后生物質(zhì)能轉換和利用的方向。目前生物質(zhì)快(Lva)大學(xué)則開(kāi)發(fā)出多層真空熱解磨反應器,目前又第1李曉娟,等:生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現狀及展望熱等離子體加熱生物質(zhì),使其迅速分離冷凝而得到已經(jīng)成為生物質(zhì)能的發(fā)展趨勢。生物質(zhì)能源作為一種液體產(chǎn)物。新型能源,具有能量密度高、清潔和可再生等優(yōu)點(diǎn),將目前國內開(kāi)發(fā)的反應器還沒(méi)有達到國外那種成是人類(lèi)能源研究的主要方向。熟階段。國內開(kāi)發(fā)的反應器主要以接觸式和混合式然而,目前生物質(zhì)快速熱解技術(shù)還存在一些問(wèn)為主,具有代表性的是流化床式反應器和旋轉錐反題:如各種熱解反應器在使用上都有各自的缺點(diǎn),還應器。沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)20世紀90年代引進(jìn)了荷蘭研有待于改進(jìn);生物油的含氧量高,物理和化學(xué)性質(zhì)不制的第一代閃速旋轉錐反應器,近年來(lái)設計了三錐穩定,長(cháng)時(shí)間貯存會(huì )發(fā)生相分離及沉淀;不同的生物組合式熱解反應器初步實(shí)驗已取得成功。東北林業(yè)油性質(zhì)差別很大,生物油的使用和銷(xiāo)售缺少統一的大學(xué)研制的旋轉錐式反應器,在其周?chē)M(jìn)行了保溫標準等等。針對以上問(wèn)題,今后研究的方向應主要集處理,采用內加熱和壁加熱相結合的加熱方式提高中在以下幾方面:①生物質(zhì)快速熱解技術(shù)與生物質(zhì)了加熱效率原料相適應,將適宜的反應器、反應工藝和反應條件總之,上述快速熱解反應器中,被人們廣泛釆用的有機地結合在一起;②提高熱解產(chǎn)物的得率;③加大是循環(huán)流化床反應器。該工藝的加熱傳熱速率及產(chǎn)油生物油的加工精制;④制定統一的生物油使用和銷(xiāo)率較高,而且處理規模也較大。售標準23產(chǎn)物的應用參考文獻:[1]林木森蔣劍春生物質(zhì)快速熱解技術(shù)現狀[]生物質(zhì)化學(xué)工程生物質(zhì)快速熱解的產(chǎn)物有氣體、液體和固體。氣2006,40(1):21-26體是由H2COCO2、CHC2H6、C2H等組成的可燃性氣[2]吳新華我國木材熱解工業(yè)現狀與發(fā)展動(dòng)向福建林學(xué)院學(xué)體。固體為焦炭,其可被加工成活性炭用于化工和冶報,1993,13(3):306-310煉。液體產(chǎn)物即是生物油(bio-ol),但生物油的含氧量3]郭艷生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的研究進(jìn)展】技術(shù)進(jìn)展200高,吸濕性強,長(cháng)時(shí)間貯存會(huì )發(fā)生相分離及沉淀。因(8):13-1此在大規模利用生物油前,必須對其進(jìn)行精制處理。[4]張無(wú)敵等新能(M1200目前我國對生物油進(jìn)行精制處理的方法主要有加氫[5]丁啟朔農村能源[M98催化和催化裂解,后者較為經(jīng)濟。由于液態(tài)產(chǎn)品中還[6]高蔭榆雷占蘭郭磊,等生物質(zhì)能轉化利用技術(shù)及其進(jìn)展研究[J江西科學(xué),2006,24(6):529-533含有多種通過(guò)常規石油化工合成工藝不易合成的物(7]米鐵,唐汝江,陳漢平,等生物質(zhì)氣化技術(shù)及其研究進(jìn)展門(mén)]化質(zhì),所以可從中提取高附加值的化工產(chǎn)品,例如提取工裝備技術(shù),2005,26(2):50-56.液態(tài)產(chǎn)物中的苯酚,可用于酚醛樹(shù)脂的生產(chǎn)中,以降8] Bridgwater A V Principles and practice of biomass fast pyrolysis低酚醛樹(shù)脂的成本;在裂解前加入NaCl(催化劑),可processes for liquids[J Journal of Analytical and Applied Pyrolysis以提高乙醇醛的含量,降低低聚糖的含量;采用znCl1999,51(1):3-22.進(jìn)行催化,可以提高液態(tài)產(chǎn)品中呋喃的含量。但由于9劉菜厚新能源工程M北京;中國農業(yè)出版杜,206以上技術(shù)成本均較高且不夠成熟,故目前還沒(méi)有被廣104錚偉,徐清陳明強,等流化床生物質(zhì)快速裂解制液體燃料泛應用。目前,美、英等國家利用生物質(zhì)生產(chǎn)生物油悄然[11] A V Bridgewater and M L Cottam Opportunities for biomass pyrolysisliquid production and up-grading[J]. Energy& fuel. 1992, 6(2):興起,并已達到實(shí)用階段。在美國威斯康星州,由279-242.ENSYN Technology Inc.設計的加工能力為25天的生[12]姚福生,易維明等生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)]中國工程科物質(zhì)快速熱解裝置已投入生產(chǎn),其生產(chǎn)出的生物油一學(xué),2001,3(4):63-67部分用于食品添加劑,另一部分用于商業(yè)性的燃料。[13]劉世鋒王述洋白雪雙生物質(zhì)閃速熱解技術(shù)及生物油的應用在加拿大的渥太華,一個(gè)加工能力為5u天的快速熱解[林業(yè)勞動(dòng)安全,2006,19(1):29-33裝置現正在運行,效率為95%,其產(chǎn)品可作為食品添14劉榮厚張春梅我國生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的現狀[】可再生能加劑原料。源,2004,(3):11-14.[15]廖艷芬,王樹(shù)榮等生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料技術(shù)的發(fā)展能源工程,2002,(2):1-5.生物質(zhì)快速熱解技術(shù)研究展望[16]何芳,易維明,柏雪源國外利用生物質(zhì)熱解生產(chǎn)生物油的裝置能源短缺是21世紀人類(lèi)將面臨的重大問(wèn)題,人類(lèi)[J山東工程學(xué)院學(xué)報,199,13(3):61-64不得不開(kāi)發(fā)出新的可再生能源來(lái)替代日益枯竭的化石(17] Bridgwater A v Applied Catalysis A[M194能源。此外低品位的燃料已經(jīng)不適應于人類(lèi)文明發(fā)展18 Graham R G, Huffman d. RCommercial Aspects of Rapid Thermal