第3章 生物质热解液化技术
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由能量衡算可知，完全可以利用生物质热解副产物 （焦炭和不凝气）供热，实现自热式热解液化。
2. 自热式热解供热系统
方式一：副产物燃烧后的热烟气直接送入热 解反应器
方式二：副产物燃烧后加热热解反应器，通 过固壁传热的方式供热
方式三：副产物燃烧后加热载气，由载气将 热量带入反应器
方式四：副产物燃烧后加热热载体（砂 子），由砂子供热
规模（kg·h-1）
50 2000 50 30 20 1360 50 42 10 2000 200 10 50 5 1 20
现状
1990年废弃 停用 停用 1997年拆除 运行 1994年废弃 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行
1.鼓泡流化床反应器—加拿大Dynamotive公司
目前已在Ontario省建立了日处理100吨木屑的工业示范装置
1.鼓泡流化床反应器—加拿大Waterloo大学
1.鼓泡流化床反应器—西班牙Union Fenosa
1.鼓泡流化床反应器—英国Wellman
2. 循环流化床反应器—加拿大Ensyn
目前世界上唯一实现生物质热解液化技术商业化应用的研究 单位，已建立多个工厂，遍布美国、意大利、芬兰和加拿大 等过，目前最大规模的装置日处理50吨原料
国家
西班牙 加拿大 德国 加拿大 加拿大 意大利 希腊 意大利 芬兰 加拿大 美国 意大利 加拿大 加拿大 加拿大 比利时
技术
流化床 流化床 流化床 流化床 流化床 循环流化床 循环流化床 搅动/流化床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 引流床
规模（kg·h-1）
第三章 生物质热解液化技术
内容
3.1. 生物质热解液化技术概述 3.2. 生物质热解液化核心反应器 3.3. 生物质热解液化辅助设备 3.4. 生物质热解液化典型装置
3.1 概述
以最大液体产率为目标的热解技术，即为热解液化技术 生物质热解液化一般在缺氧状况下进行，经快速受热分解后快 速冷凝，从而获得最大的液体产率
研发单位
GTRI Castle Capital BBC NREL NREL Interchen University of Laval WWTC University of Tübingen BTG BTG/Kara University of Twente 沈阳农业大学/Twente 华东理工大学 山东工程大学 中国科学技术大学
热解反应器
有载气
鼓泡流化床 循环流化床 喷动流化床
无载气 旋转锥 真空移动床 烧蚀反应器 螺旋反应器
1.鼓泡流化床反应器（bubbling fluid bed）
结构简单 运行可靠 温度控制简单 规模容易扩大
颗粒粒径要求严格 热量传递速率限制 了反应器的处理能力
2. 循环流化床反应器（circulating fluid bed）
经旋风分离后的热解 气
过滤器的工作温度为热解气的 露点温度
还处于小试阶段，存在的主要问题：如何移除过滤器 中的积碳；如何最大限度地降低热解气在过滤器中的 二次裂解。
5. 热解气快速冷凝系统
喷雾
不凝气
采用生物油喷雾对高温热解 热解气
气进行快速冷凝
(300~320℃) 55~60℃
冷凝热由水冷换热器带出冷 凝系统
基本不 可行
效率最 高，难度
最大
3. 气固分离系统
旋风气流速度20~25 m/s
对于粒径20μm以上的颗粒，分离 效率≥ 95%
热解产物
热解气体
焦炭
旋风分离器是最常用的分离系统，但对于粒径在10 μm以下的固体颗粒的分离效率较差。
4. 热解气过滤系统
以烧结金属或多孔陶瓷微材
料，有别于传统的袋式除尘器
反应器处理能力大 原料粒径要求宽
磨损严重 砂子循环控制困难 温度控制困难 需要使用大量载气
3. 旋转锥反应器（rotating cone）
反应器结构紧凑 不需要使用载气
使用运动部件 需要极细的物料
3.3 生物质热解液化辅助设备
进料系统 自热式供热系统 气固分离系统 热解气过滤系统 热解气快速冷凝系统
然而，生物质热解所需的热量是比较少。 ① NREL的研究表明，1公斤生物质快速热解所需热量仅为 230 KJ； ② 何芳利用同步热分析仪确定小麦秸秆从303 K到773 K过 程的升温和热解所需总热量为558 KJ/kg； ③ Dynamotive的研究表明，生产1公斤生物油的总供热仅为 2.5 MJ（包括散热损失）。
换热器
30~35℃
生物油
冷却水
生物油 出口
冷却水
采用喷雾与降膜复合式冷凝系统能实现热解气的快速
冷凝，避免热解气在冷凝过程中发生缩聚反应，获得
最大的生物油收率以及均相的生物油。
3.4 生物质热解液化典型装置
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
研发单位
Union Fenosa/Waterloo Dynamotive University of Hamburg Dynamotive RTI Pasquali/ENEL CRES Alten VTT/Ensyn Red Arrow/Ensyn Red Arrow/Ensyn ENEL/Ensyn Ensyn Ensyn Ensyn Egemin
①加热速率103～105 ℃/s ②反应温度～500℃ ③气相滞留时间<2s ④热解气快速淬冷
生物质热解液化工艺流程
水分含量<10%
干燥
～2mm（鼓泡流化床）
破碎
～6mm（循环流化床）
快速升温
热解
合适的反应温度
短气相滞留时间
净化
高效炭粒分离
冷凝
热解气快速冷凝
3.2 生物质热解液化核心反应器
国家
美国 加拿大 加拿大 美国 美国 美国 加拿大 加拿大 德国 荷兰 荷兰 荷兰 中国 中国 中国 中国
技术
引流床 烧蚀管 烧蚀床 烧蚀涡流器 烧蚀涡流器 烧蚀涡流床 真空移动床 奥格窑(Augur kiln) 奥格窑(Augur kiln) 旋转锥 旋转锥 旋转锥 旋转锥 喷动流化床 等离子电加热 流化床
谢 谢！
2. 循环流化床反应器—希腊CRES
2. 循环流化床反应器—希腊CPERI
2. 循环流化床反应器—芬兰VTT
3. 旋转锥反应器—荷兰BTG
目前已在马来西亚建立了日处理50吨棕榈壳的工业示范装置
4. 携带床反应器（entrained bed reactor） 美国GTRI
4. 携带床反应器（entrained bed reactor） 比利时Egemin
5. 烧蚀热解反应器—加拿大Castle Capital
5. 烧蚀热解反应器—美国Colorado矿业大学
6. 螺旋热解反应器（screw reactor）
技术还不太成熟
代表单位：美国ROI
7. 真空热解反应器（vacuum reactor）
加拿大Pyrovac
真空热解实际上是慢速至中速热解，生物油产率低，且粘 度大，该技术已经被废弃
5. 烧蚀热解反应器（ablative reactor）
具有相对运动 速度的生物质 颗粒与高温反 应器壁面接触 热解
5. 烧蚀热解反应器—英国Aston大学
5. 烧蚀热解反应器—美国NREL
5. 烧蚀热解反应器—美国NREL
5. 烧蚀热解反应器—美国Interchem
5. 烧蚀热解反应器—加拿大BBC
1. 进料系统—两级螺旋
第百度文库级螺旋：低速运转， 用于定量供料
第二级螺旋：高速运转， 用于快速送料
料筒
高
第一级螺旋
温
电机
反
应
100~200 rpm 电 机
器
第二级螺旋
1500 rpm
两级螺旋进料系统有效地解决了生物质原料容易受热 软化而堵料的问题。
2. 自热式热解供热系统
生物质热解是一个吸热过程，需要源源不断地向反应器内提 供热量。
200 1500 50 20 20 50 10 500 20 125 1250 625 100 40 10 200
现状
运行 运行 运行 运行 运行 停用 运行 1992年废弃 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 1992年废弃
3.4 生物质热解液化典型装置
序号
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
2. 自热式热解供热系统
方式一：副产物燃烧后的热烟气直接送入热 解反应器
方式二：副产物燃烧后加热热解反应器，通 过固壁传热的方式供热
方式三：副产物燃烧后加热载气，由载气将 热量带入反应器
方式四：副产物燃烧后加热热载体（砂 子），由砂子供热
规模（kg·h-1）
50 2000 50 30 20 1360 50 42 10 2000 200 10 50 5 1 20
现状
1990年废弃 停用 停用 1997年拆除 运行 1994年废弃 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行
1.鼓泡流化床反应器—加拿大Dynamotive公司
目前已在Ontario省建立了日处理100吨木屑的工业示范装置
1.鼓泡流化床反应器—加拿大Waterloo大学
1.鼓泡流化床反应器—西班牙Union Fenosa
1.鼓泡流化床反应器—英国Wellman
2. 循环流化床反应器—加拿大Ensyn
目前世界上唯一实现生物质热解液化技术商业化应用的研究 单位，已建立多个工厂，遍布美国、意大利、芬兰和加拿大 等过，目前最大规模的装置日处理50吨原料
国家
西班牙 加拿大 德国 加拿大 加拿大 意大利 希腊 意大利 芬兰 加拿大 美国 意大利 加拿大 加拿大 加拿大 比利时
技术
流化床 流化床 流化床 流化床 流化床 循环流化床 循环流化床 搅动/流化床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 循环传输床 引流床
规模（kg·h-1）
第三章 生物质热解液化技术
内容
3.1. 生物质热解液化技术概述 3.2. 生物质热解液化核心反应器 3.3. 生物质热解液化辅助设备 3.4. 生物质热解液化典型装置
3.1 概述
以最大液体产率为目标的热解技术，即为热解液化技术 生物质热解液化一般在缺氧状况下进行，经快速受热分解后快 速冷凝，从而获得最大的液体产率
研发单位
GTRI Castle Capital BBC NREL NREL Interchen University of Laval WWTC University of Tübingen BTG BTG/Kara University of Twente 沈阳农业大学/Twente 华东理工大学 山东工程大学 中国科学技术大学
热解反应器
有载气
鼓泡流化床 循环流化床 喷动流化床
无载气 旋转锥 真空移动床 烧蚀反应器 螺旋反应器
1.鼓泡流化床反应器（bubbling fluid bed）
结构简单 运行可靠 温度控制简单 规模容易扩大
颗粒粒径要求严格 热量传递速率限制 了反应器的处理能力
2. 循环流化床反应器（circulating fluid bed）
经旋风分离后的热解 气
过滤器的工作温度为热解气的 露点温度
还处于小试阶段，存在的主要问题：如何移除过滤器 中的积碳；如何最大限度地降低热解气在过滤器中的 二次裂解。
5. 热解气快速冷凝系统
喷雾
不凝气
采用生物油喷雾对高温热解 热解气
气进行快速冷凝
(300~320℃) 55~60℃
冷凝热由水冷换热器带出冷 凝系统
基本不 可行
效率最 高，难度
最大
3. 气固分离系统
旋风气流速度20~25 m/s
对于粒径20μm以上的颗粒，分离 效率≥ 95%
热解产物
热解气体
焦炭
旋风分离器是最常用的分离系统，但对于粒径在10 μm以下的固体颗粒的分离效率较差。
4. 热解气过滤系统
以烧结金属或多孔陶瓷微材
料，有别于传统的袋式除尘器
反应器处理能力大 原料粒径要求宽
磨损严重 砂子循环控制困难 温度控制困难 需要使用大量载气
3. 旋转锥反应器（rotating cone）
反应器结构紧凑 不需要使用载气
使用运动部件 需要极细的物料
3.3 生物质热解液化辅助设备
进料系统 自热式供热系统 气固分离系统 热解气过滤系统 热解气快速冷凝系统
然而，生物质热解所需的热量是比较少。 ① NREL的研究表明，1公斤生物质快速热解所需热量仅为 230 KJ； ② 何芳利用同步热分析仪确定小麦秸秆从303 K到773 K过 程的升温和热解所需总热量为558 KJ/kg； ③ Dynamotive的研究表明，生产1公斤生物油的总供热仅为 2.5 MJ（包括散热损失）。
换热器
30~35℃
生物油
冷却水
生物油 出口
冷却水
采用喷雾与降膜复合式冷凝系统能实现热解气的快速
冷凝，避免热解气在冷凝过程中发生缩聚反应，获得
最大的生物油收率以及均相的生物油。
3.4 生物质热解液化典型装置
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
研发单位
Union Fenosa/Waterloo Dynamotive University of Hamburg Dynamotive RTI Pasquali/ENEL CRES Alten VTT/Ensyn Red Arrow/Ensyn Red Arrow/Ensyn ENEL/Ensyn Ensyn Ensyn Ensyn Egemin
①加热速率103～105 ℃/s ②反应温度～500℃ ③气相滞留时间<2s ④热解气快速淬冷
生物质热解液化工艺流程
水分含量<10%
干燥
～2mm（鼓泡流化床）
破碎
～6mm（循环流化床）
快速升温
热解
合适的反应温度
短气相滞留时间
净化
高效炭粒分离
冷凝
热解气快速冷凝
3.2 生物质热解液化核心反应器
国家
美国 加拿大 加拿大 美国 美国 美国 加拿大 加拿大 德国 荷兰 荷兰 荷兰 中国 中国 中国 中国
技术
引流床 烧蚀管 烧蚀床 烧蚀涡流器 烧蚀涡流器 烧蚀涡流床 真空移动床 奥格窑(Augur kiln) 奥格窑(Augur kiln) 旋转锥 旋转锥 旋转锥 旋转锥 喷动流化床 等离子电加热 流化床
谢 谢！
2. 循环流化床反应器—希腊CRES
2. 循环流化床反应器—希腊CPERI
2. 循环流化床反应器—芬兰VTT
3. 旋转锥反应器—荷兰BTG
目前已在马来西亚建立了日处理50吨棕榈壳的工业示范装置
4. 携带床反应器（entrained bed reactor） 美国GTRI
4. 携带床反应器（entrained bed reactor） 比利时Egemin
5. 烧蚀热解反应器—加拿大Castle Capital
5. 烧蚀热解反应器—美国Colorado矿业大学
6. 螺旋热解反应器（screw reactor）
技术还不太成熟
代表单位：美国ROI
7. 真空热解反应器（vacuum reactor）
加拿大Pyrovac
真空热解实际上是慢速至中速热解，生物油产率低，且粘 度大，该技术已经被废弃
5. 烧蚀热解反应器（ablative reactor）
具有相对运动 速度的生物质 颗粒与高温反 应器壁面接触 热解
5. 烧蚀热解反应器—英国Aston大学
5. 烧蚀热解反应器—美国NREL
5. 烧蚀热解反应器—美国NREL
5. 烧蚀热解反应器—美国Interchem
5. 烧蚀热解反应器—加拿大BBC
1. 进料系统—两级螺旋
第百度文库级螺旋：低速运转， 用于定量供料
第二级螺旋：高速运转， 用于快速送料
料筒
高
第一级螺旋
温
电机
反
应
100~200 rpm 电 机
器
第二级螺旋
1500 rpm
两级螺旋进料系统有效地解决了生物质原料容易受热 软化而堵料的问题。
2. 自热式热解供热系统
生物质热解是一个吸热过程，需要源源不断地向反应器内提 供热量。
200 1500 50 20 20 50 10 500 20 125 1250 625 100 40 10 200
现状
运行 运行 运行 运行 运行 停用 运行 1992年废弃 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 1992年废弃
3.4 生物质热解液化典型装置
序号
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32