生物质热解液化及其应用(之二)
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生物质热解液化 及其应用
（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
第四节 生物质热解液化典型技术
一、液化技术分类与比较
生物质热解液化机组一般应包括原 料破碎和烘干用的预处理设备、生物质 进料装置、液化反应器、气固分离装置、 快速冷却装置和气体输送设备等，其中 液化反应器是核心部件，它的运行方式 决定了液化技术的种类。
生物质热解液化及其应用（之二）
3．第三阶段――气流输送
气流流速继续增加，当气流速度大于固体
颗粒的沉降速度，这时，床层高度大于容器高
度，固体颗粒被气流带走，空隙度增加，床层
压力减少。这种当流速增大到某一数值，使流
速对物料的阻力和物料的实际重量相平衡的流
速，称为“悬浮速度”、“最大流化速度”、“带出
速度”，当气流速度稍高于“带出速度”，被干燥
生物质热解液化及其应用（之二）
4、整个床层具有象流体一样的特性：
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床Biblioteka Baidu似液体的特性
（1） 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面。 （2） 床层倾斜，床层表面仍能保持水平； （3） 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示 （△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度） （4） 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出； （5） 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡。
缺点是反应器含有运动构件(如旋转锥等)，而运 动构件一般又都需要在高温和高粉尘环境下作悬 臂旋转，故而对材料和轴承的耐热性、耐磨性、 密封性等要求相当高。
生物质热解液化及其应用（之二）
二、热解液化典型技术介绍
1.流化床式
如图所示为采用 外部电加热提供 热解热源的一种 流化床式生物质 热解液化装置的 工艺流程。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质经风干、磨碎、筛分预处理后成为 粒径小于一定值（如1mm）的颗粒物料， 然后通过可调速的螺旋进料器送入液化反 应器，物料喂入点一般要伸入反应床的内 部。流化床反应器的床料兼热载体是沙子， 流化介质为热解生成的气体 (启闭阶段需要 用氮气代替)，它由空气压缩机泵入可控的 电加热器，经过预热后再均匀分布地吹入 床内。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化介质进入床内时的温度不能过高，一般应控 制在600℃以内，否则部分生物质物料将会受到过 热热解，不利于提高生物油的产率。但生物质热 解过程又是一个不断吸热的过程，因此，仅靠电 加热器预热后的流化介质的热焓难以连续为进入 床内的生物质提供热解所需要的全部热源，同时 也为了避免床身壁面温度梯度过大而导致可冷凝 气体在反应床内壁凝结，所以，在流化床反应器 的床身、联结管道和旋风分离器的外壁均需敷设 一定功率的电加热元件。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床概念
流化床是指在一个设备中，将颗粒物料 堆放在分布板上，当气流由设备下部通 入床层，随着气流速度加大到某种程度， 固体颗粒在床内会产生沸腾状态，这种 床层称为流化床。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化过程及原理
生物质热解液化及其应用（之二）
1．第一阶段――固定床
湿物料进入床层，先落在设备底部设有金属制的 多孔板（又分布板）上，在热气流未足以使其运动时， 物料颗粒层虽与气流接触，但固体颗粒不发生相对位 置的变动，称之固定床。
流体空塔速度v0
容积流量 v0 空床横截面积
生物质热解液化及其应用（之二）
2.第二阶段－－流化床阶段
当通入的气流速度进一步增大，增大到足以 把物料颗粒吹起，使颗粒悬浮在气流中自由运动， 物料颗粒间相互碰撞、混合，床层高度上升，整 个床层呈现出类似液体般的流态，这时，再增加 流速，压力降亦保持不变。
物料则被气流带走，这一阶段称之为气流输送
阶段。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
非流化床式的反应器 ：
在这类反应器中生物质颗粒和加热载体主要依靠 自身的位移运动进行碰撞和混合，以实现动量和 热量的交换；
优点是极少或不需要外加气体，因而降低了系统 的运行能耗，避免了可燃气体的稀释；
G:颗粒的平均重量； A:床层横截面的 面积。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床阶段的特征
1、流化床层有一个不太稳定的上界面，界面以 每秒钟数次的频率上下波动。
2、床层中出现一部分气体以鼓泡的形式高速流 过床层，另一部分则以渗流的形式流过颗粒较 为密集的乳化相。
3、床层中固体颗粒相互之间作剧烈的相对运动， 发生强烈的混合和搅拌。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床动力学设计的关键是要将反应器中热解生 成的炭吹走，而热载体沙子则要保留在反应床内， 以减少反应床内的热量损失．这就需要仔细选择 和匹配固体颗粒(沙子和生物质)的粒径、流化速 度和床层结构参数。流化床内的反应温度由热电 偶进行多点测量，并控制在最佳反应温度之内(如 450 ～ 550℃)，反应压力为微正压(如1.0～5.0 kPa)。
生物质热解液化及其应用（之二）
反应产物流经旋风分离器首先分离掉炭， 剩下的气体产物被送入冷凝器进行强制冷 凝，其中可冷凝的气体则被冷凝为生物油 而储集在冷凝器的下部，至一定程度后用 专门的容器进行收集和储藏，而不可冷凝 的气体则通过过滤器过滤后，一部分送入 循环气体压缩机中用作流化床反应器的流 化介质，另一部分或用作生物质原料烘干 用的气体燃料，或作他用。
在这类反应器中生物质颗粒和热载体主要依靠气 体运动所产生的曳力进行碰撞和混合，以实现动 量和热量的交换；
优点主要是不含运动部件，结构较为简单，工作 可靠性大，运行寿命长等；
缺点是流化气体的引入提高了系统的运行能耗， 因为这部分外加气体也会经历加热和冷却的工艺 过程，此外，流化气体还稀释了热解产生的不可 冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来了 困难。
生物质热解液化及其应用（之二）
热解液化
流化床
有气体载体
循环流化床
喷动流化床
无气体载体
旋转锥式 真空移动床式
生物质热解液化及其应用（之二）
烧蚀式
根据生物质颗粒与热载体(如石英砂)运动方式 的不同，可以将热解液化反应器分为两大类：
流化床式反应器 非流化床式的反应器
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床式反应器
（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
第四节 生物质热解液化典型技术
一、液化技术分类与比较
生物质热解液化机组一般应包括原 料破碎和烘干用的预处理设备、生物质 进料装置、液化反应器、气固分离装置、 快速冷却装置和气体输送设备等，其中 液化反应器是核心部件，它的运行方式 决定了液化技术的种类。
生物质热解液化及其应用（之二）
3．第三阶段――气流输送
气流流速继续增加，当气流速度大于固体
颗粒的沉降速度，这时，床层高度大于容器高
度，固体颗粒被气流带走，空隙度增加，床层
压力减少。这种当流速增大到某一数值，使流
速对物料的阻力和物料的实际重量相平衡的流
速，称为“悬浮速度”、“最大流化速度”、“带出
速度”，当气流速度稍高于“带出速度”，被干燥
生物质热解液化及其应用（之二）
4、整个床层具有象流体一样的特性：
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床Biblioteka Baidu似液体的特性
（1） 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面。 （2） 床层倾斜，床层表面仍能保持水平； （3） 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示 （△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度） （4） 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出； （5） 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡。
缺点是反应器含有运动构件(如旋转锥等)，而运 动构件一般又都需要在高温和高粉尘环境下作悬 臂旋转，故而对材料和轴承的耐热性、耐磨性、 密封性等要求相当高。
生物质热解液化及其应用（之二）
二、热解液化典型技术介绍
1.流化床式
如图所示为采用 外部电加热提供 热解热源的一种 流化床式生物质 热解液化装置的 工艺流程。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质经风干、磨碎、筛分预处理后成为 粒径小于一定值（如1mm）的颗粒物料， 然后通过可调速的螺旋进料器送入液化反 应器，物料喂入点一般要伸入反应床的内 部。流化床反应器的床料兼热载体是沙子， 流化介质为热解生成的气体 (启闭阶段需要 用氮气代替)，它由空气压缩机泵入可控的 电加热器，经过预热后再均匀分布地吹入 床内。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化介质进入床内时的温度不能过高，一般应控 制在600℃以内，否则部分生物质物料将会受到过 热热解，不利于提高生物油的产率。但生物质热 解过程又是一个不断吸热的过程，因此，仅靠电 加热器预热后的流化介质的热焓难以连续为进入 床内的生物质提供热解所需要的全部热源，同时 也为了避免床身壁面温度梯度过大而导致可冷凝 气体在反应床内壁凝结，所以，在流化床反应器 的床身、联结管道和旋风分离器的外壁均需敷设 一定功率的电加热元件。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床概念
流化床是指在一个设备中，将颗粒物料 堆放在分布板上，当气流由设备下部通 入床层，随着气流速度加大到某种程度， 固体颗粒在床内会产生沸腾状态，这种 床层称为流化床。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化过程及原理
生物质热解液化及其应用（之二）
1．第一阶段――固定床
湿物料进入床层，先落在设备底部设有金属制的 多孔板（又分布板）上，在热气流未足以使其运动时， 物料颗粒层虽与气流接触，但固体颗粒不发生相对位 置的变动，称之固定床。
流体空塔速度v0
容积流量 v0 空床横截面积
生物质热解液化及其应用（之二）
2.第二阶段－－流化床阶段
当通入的气流速度进一步增大，增大到足以 把物料颗粒吹起，使颗粒悬浮在气流中自由运动， 物料颗粒间相互碰撞、混合，床层高度上升，整 个床层呈现出类似液体般的流态，这时，再增加 流速，压力降亦保持不变。
物料则被气流带走，这一阶段称之为气流输送
阶段。
生物质热解液化及其应用（之二）
生物质热解液化及其应用（之二）
非流化床式的反应器 ：
在这类反应器中生物质颗粒和加热载体主要依靠 自身的位移运动进行碰撞和混合，以实现动量和 热量的交换；
优点是极少或不需要外加气体，因而降低了系统 的运行能耗，避免了可燃气体的稀释；
G:颗粒的平均重量； A:床层横截面的 面积。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床阶段的特征
1、流化床层有一个不太稳定的上界面，界面以 每秒钟数次的频率上下波动。
2、床层中出现一部分气体以鼓泡的形式高速流 过床层，另一部分则以渗流的形式流过颗粒较 为密集的乳化相。
3、床层中固体颗粒相互之间作剧烈的相对运动， 发生强烈的混合和搅拌。
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床动力学设计的关键是要将反应器中热解生 成的炭吹走，而热载体沙子则要保留在反应床内， 以减少反应床内的热量损失．这就需要仔细选择 和匹配固体颗粒(沙子和生物质)的粒径、流化速 度和床层结构参数。流化床内的反应温度由热电 偶进行多点测量，并控制在最佳反应温度之内(如 450 ～ 550℃)，反应压力为微正压(如1.0～5.0 kPa)。
生物质热解液化及其应用（之二）
反应产物流经旋风分离器首先分离掉炭， 剩下的气体产物被送入冷凝器进行强制冷 凝，其中可冷凝的气体则被冷凝为生物油 而储集在冷凝器的下部，至一定程度后用 专门的容器进行收集和储藏，而不可冷凝 的气体则通过过滤器过滤后，一部分送入 循环气体压缩机中用作流化床反应器的流 化介质，另一部分或用作生物质原料烘干 用的气体燃料，或作他用。
在这类反应器中生物质颗粒和热载体主要依靠气 体运动所产生的曳力进行碰撞和混合，以实现动 量和热量的交换；
优点主要是不含运动部件，结构较为简单，工作 可靠性大，运行寿命长等；
缺点是流化气体的引入提高了系统的运行能耗， 因为这部分外加气体也会经历加热和冷却的工艺 过程，此外，流化气体还稀释了热解产生的不可 冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来了 困难。
生物质热解液化及其应用（之二）
热解液化
流化床
有气体载体
循环流化床
喷动流化床
无气体载体
旋转锥式 真空移动床式
生物质热解液化及其应用（之二）
烧蚀式
根据生物质颗粒与热载体(如石英砂)运动方式 的不同，可以将热解液化反应器分为两大类：
流化床式反应器 非流化床式的反应器
生物质热解液化及其应用（之二）
流化床式反应器