生物质热解液化制备生物油技术研究进展_路冉冉(精)

第44卷第3期

2010年5月生物质化学工程B iomass Che m ical Eng i n eering V o.l 44N

o .3

M ay 2010

生物质热解液化制备生物油技术研究进展

收稿日期:2010-02-03

基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助(200804251020

作者简介:路冉冉(1987-,女,山东聊城人,硕士生,研究方向为微波生物质热解技术*通讯作者:商辉(1974-,女,河北保定人,副研究员,博士,从事生物能源与微波化学研究;E -m ai:l shangh l@j m sn .co m 。

路冉冉1,商辉1*,李军2

(1.中国石油大学(北京重质油国家重点实验室,北京102249;2.中国石油规划总院,北京100083

摘要:介绍了国内外生物质热解液化工艺、主要反应器及其应用现状;简述了生物质催化热解、生物质与煤共热解液化、微波生物质热解、热等离子体生物质热解几种新型热解工艺;并对目前生物质热解动力学研究进行了总结;对未来生物质热解液化技术的研究进行了展望。

关键词:生物质;热解;液化;生物油

中图分类号:TQ351 文献标识码:A 文章编号:1673-5854(201003-0054-06

Research Progress on Bi o mass Pyr ol ysis Technol ogy f or L i qui d O il Producti on

LU Ran -ran 1,SHANG H u i 1,LI Jun 2

(1.S tate K ey L aboratory of H eavy O il Processing ,China U n i versity of Pe tro leum (Be iji ng,Be iji ng 102249,Ch i na ;

2.Ch i na P etro l eu m Eng i nee ri ng and P l ann i ng Instit ute ,Be iji ng 100083,Chi na

Abstrac t :B i om ass li que facti on techno logy,m ai n reactor types for b i om ass pyro lysis and t he ir deve lop m ent status i n do m estic and aboard we re descr i

bed .Cata l y ti c py ro l y si s of b i omass ,co -li que facti on o f bio m ass and coa,l m i crowave assi sted pyro l ysis as w ell as ther m a l plas m a b i o m ass pyro l ysis techno l og ies were descri bed ,and t he curren t k i neti cs o f b i om ass pyro lysisw ere su mm ar ized .T he future o f bio m ass li que facti on techno log i es w ere prospected .

K ey word s :b i o m ass ;pyrolysis ;lique facti on ;b i o -o il

能源是社会经济发展和人类赖以生存的基础,当前社会的主要能源是化石能源,属不可再生资源。同时,化石能源的迅速消耗造成生态环境不断恶化,排放的温室气体导致全球气候变化,严重威胁人类社会的可持续发展。从能源发展和环境保护角度来看,寻找一种新型可再生的清洁能源已迫在眉

睫[1]。生物质能是以化学能形式储存的太阳能,具有分布广泛、可再生和无污染等特点,它的高效转换和清洁利用受到广泛重视。但是从自然界直接获得的生物质能量密度低,直接利用有很多缺点,如:燃烧效率低,需要寻求更为有效的方式加以

利用。生物质的利用技术主要包括生物转化技术和热化学转化技术,热化学转化包括直接燃烧、气化和热解液化技术,其中热解液化技术将生物质转化成液体生物油加以利用,是开发利用生物质能有效途径之一。该技术所得油品基本上不含硫、氮和金属成分,是一种绿色燃料,生产过程在常压、中温下进行,工艺简单,装置容易小型化,液体产品便于运输和存储。因此,在生物质转化的高新技术中,生物质热解液化技术受到广泛重视[2-6]。

1 生物质热解液化技术概述

生物质热解指生物质在隔绝氧气或有少量氧气的条件下,采用高加热速率、短产物停留时间及适中的裂解温度,使生物质中的有机高聚物分子迅速断裂为短链分子,最终生成焦炭、生物油和不可凝气体的过程。生物质快速热解技术将低品位的生物质(热值大约12~15M J/kg转化成易储存、易运输、能

量密度高的燃料油(热值高达20~22M J/kg [7-8]。该技术具有明显的优点:1热解产物为燃气、生物

第3期路冉冉,等:生物质热解液化制备生物油技术研究进展55

油和焦炭,并可根据不同需要改变产物收率加以利用;2环境污染小,生物质在无氧或缺氧的条件下热解时,NO x、SO x等污染物排放少,且热解烟气中灰量小;3生物质中的重金属等有害成分大部分被固定在焦炭中,可以从中回收金属,进一步减少环境污染;4热解可以处理不适于焚烧的生物质,如医疗垃圾等[9-11]。

2生物质热解液化工艺

2.1工艺流程

生物质热解液化包括物料的干燥、粉碎、热裂解、产物焦炭和灰分的分离、气态生物油的冷却及其收集[12]。为了减少裂解原料中水分被带到生物油中,需要对原料进行干燥,一般要求物料的含水量在10%以下。为了达到很高的升温速率,要求进料颗粒要小于一定的尺寸,不同的反应器对生物质尺寸的要求也不同。热裂解技术要求反应器具有很高的加热速率、热传递速率、严格控制的温度以及热裂解挥发分的快速冷却,这样有利于增加生物油的产率。灰分留在焦炭中,在二次反应中起催化作用,使产生的生物油不稳定,必须予以分离。挥发分产生到冷凝的时间和温度对液体产物的产量和组成有很大影响,停留时间越长,二次反应的可能性越大,为保证生物油产率,需要迅速冷凝挥发产物。此外,热解液化工艺的设计除需要保证反应工艺的严格控制外,还应在生物油收集过程中避免生物油中重组分的冷凝造成堵塞[13-15]。