第3章 生物质热解液化技术
生物质快速热解液化技术_姚福生
为了深入研究生 物质快速热解液化的技 术参 数 , 山东工程学院采用等离子体加热手段研究了以 玉米秸粉为原料的液化技术 。等离子体加热具有温 度调节容易 , 射流速率可调的优点 , 特别适用于本 项研究 。 实验装置如图 1 所示 , 主要由四大部分组 成 。 它们是 :等离子体加热部分 ;料斗和加料器部 分 ;高温热解管部分 ;冷激部分 。
图 1 等离子体加热生物质快速热 解液化装置示意图
Fig.1 Schematic diagram of plasma heated biomass f ast py rolysis liquefaction equipment
第4期
姚福生等 :生物质快速热解液化技术
6 5
通过对装置的精心调整 , 成功地实现了玉米秸 秆的液化工作 。 表 1 是一组实验参数和产油率的例
据统计 , 全世界每年 农村生物质的 产量约为 300 ×108 t , 生物质能源占 世界能源消耗的 14 %, 仅次于石油 、 煤炭及 天然气等 化石能 源 , 居第四 位 。 1994 年统计 , 全世界生物质能源消耗量为 13 ×108 t , 相当于中东地区的石油产量 , 在许多发展 中国家占第一位 , 但仅占世界生物质资源的 4 %。 我国是农业大国 , 每年至少有 7 ×108 t 的农作物废 弃物 , 至今这些生物质能源仍占我国农村能源消费 的第一位 , 约合 3.5 ×108 t 标准煤 , 近年来 , 其他 能源进入农村 , 废弃物烧荒 , 特别是玉米秸秆在田 头的焚烧 , 引起大面积烟雾污染 , 人们叫苦不迭 , 严重影响空中和陆地交通 。所以不论从农村能源开 发 , 还是从环境保护出发 , 研究生物质能源的转化
生物质干热液化技术
生物质干热液化技术
生物质干热液化技术是一种将生物质转化为液态燃料的技术。
该技术利用高温和高压条件，将生物质转化为液态燃料，如生物油、生物柴油等。
生物质干热液化技术的优点是可以高效地将生物质转化为液态燃料，同时可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。
此外，该技术还可以将生物质中的纤维素、半纤维素等有机物质转化为有用的化学品，提高生物质的附加值。
生物质干热液化技术的应用前景非常广阔，可以用于生产生物油、生物柴油、化学品等。
该技术可以应用于农村地区，利用农业废弃物、林业废弃物等生物质资源，生产液态燃料，为农村地区提供可再生能源。
此外，该技术还可以应用于工业领域，利用工业废弃物等生物质资源，生产化学品，减少对化石燃料的依赖。
生物质干热液化技术是一种非常有前途的生物质转化技术，具有高效、环保、可持续等优点，可以为人类社会提供可再生能源和化学品。
生物质液化的基本原理
生物质液化的基本原理
生物质液化是一种将生物质分解成液体燃料的技术。
其基本原理是通过热解、气化、液化等化学反应将生物质中的复杂有机物质（如纤维素、半纤维素和木质素）分解成较为简单的液态烃类或气态烃类物质。
这些液态烃类或气态烃类物质可以作为生物柴油、乙醇、丁醇等液体燃料。
生物质液化的具体过程包括：生物质热解、气化、催化、升华和脱水等步骤。
其中，生物质热解是指将生物质在高温下进行热分解，产生液体和气体。
气化是指将生物质在加压和高温条件下进行气化反应，产生合成气。
催化是利用催化剂促进生物质分解反应的进行。
升华是指通过加热使生物质中的水分汽化，脱离生物质。
脱水是指去除生物质中的水分。
通过生物质液化技术，可以将生物质制成高能量密度、易于储存、易于运输的液态燃料，可广泛应用于能源、化工、交通等领域。
同时，生物质液化也是一种有效的生物质能利用方式，可以提高能源利用效率，减少对化石能源的依赖，具有重要的经济和环保意义。
第3章 生物质热解液化技术
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
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）
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% ～2mm（鼓泡流化床） ～6mm（循环流化床） 快速升温 合适的反应温度 短气相滞留时间 高效炭粒分离 热解气快速冷凝
干 燥
破 碎
热 解
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
净 化
冷 凝
3.2 生物质热解液化核心反应器
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）
反应器处理能力大 原料粒径要求宽
生物质液化技术简介
生物质液化技术简介８．１．概述随着我国国民经济的持续发展导致对能源需求的高速增长，大量化石燃料燃烧利用过程中所排放的SO2、NOx等污染物使生态环境受到严重污染，同时，作为世界上第二大CO2排放国，CO2大量排放所加剧的"温室效应"影响在我国也得到了重视，另外，由于石油危机的数次爆发以及石油价格的不稳定，也促使代用液体燃料的开发应用提上了日程。
相比于煤炭等化石燃料，生物质是一种可再生清洁能源资源，同时因为生物质利用过程中具有CO2零排放特点，从而对于缓解日益严重的"温室效应"有着特殊的意义。
在生物质的能源化利用领域中，生物质热裂解液化技术是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术。
该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料（生物油），其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改性加工使液体燃料的品质接近柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。
相比于常规的化石燃料，生物油因且其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为二十一世纪的绿色燃料。
在生物质热裂解液化的各种工艺中，国外采用了多种不同的试验装置和技术路线，以达到增加生物油产率和提高能源利用水平的目的。
如快速裂解、加氢裂解、真空裂解、低温裂解、部分燃烧裂解等，但一般认为在常压下的快速裂解仍是生产液体燃料最为经济的方法，其一般可分为如下几类：(a)机械接触式反应器，其主要通过一灼热的反应器表面直接或间接与生物质接触，将热量传递到生物质使其快速升温从而达到快速热裂解，典型的有英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、NREL提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥生物质热裂解制油反应器等；(b) 间接式反应器，这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解所需的热量，其主要通过热辐射进行热量传递，如美国Washington大学的热辐射反应器；(c) 混合式反应器，其主要是借助热气流或气固多相流对生物质进行快速加热，其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于热裂解一次产物及时析出，如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和GTRI 的快速引射流反应器等。
生物质 热解
生物质热解
生物质热解是一种热化学转化技术方法，它指的是在没有氧化剂存在或只提供有限氧的条件下，将生物质加热到超过500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（如木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（如固态炭、可燃气、生物油）。
生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。
同时，还能从生物油中提取高附加值的化学品。
生物质热解气化技术以其规模适度、启动灵活、原料收集半径小等优点，可与大型直燃发电优势互补，建设形成10 MW以下规模的生物质气化发电项目，完成生物质发电的规模与空间布局。
总的来说，生物质热解是一种有效的生物质能源利用技术，它不仅可以提高能源的利用效率，还可以帮助减少环境污染。
第三章生物质的热解气化
3.1气化的基本原理
注：1kcal是一千卡，1kcal=4.17kJ
3.1气化的基本原理
气化技术分类 生物质气化有多种形式，如果按气体介质分，可分为使用 气化介质和不使用气化介质两种，不使用气化介质有干馏气化 ；使用气化介质则分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水 蒸气-氧气混合气化和氢气气化等。
生物质能工程，32学时
3 生物质的热解气化
王孝强
3.1气化的基本原理
20世纪70年代，Gahly等首次提出了将气化技术用于生物质这种含能 密度低的燃料。生物质气化是生物质转化过程最新的技术之一。生物质 原料通常含有70℃～90℃挥发分，这就意味着生物质受热后，在相对较 低的温度下就有相当量的固态燃料转化为挥发分物质析出。由于生物质 这种独特的性质，气化技术非常适用于生物质原料的转化。不同于完全 氧化的燃烧反应，气化通过两个连续反应过程将生物质中的碳的内在能 量转化为可燃烧气体，生成的高品位的燃料气既可以供生产、生活直接 燃用，也可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，从而实 现生物质的高效清洁利用。生物质气化的一个重要特征是反应温度低至 600～650℃，因此可以消除在生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团 聚等运行难题。 生物质气化采用的技术路线种类繁多，可从不同的角度对其进行分 类。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根 据反应气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气及其 这些气体的混合物的气化。根据采用的气化反应器的不同又可分为
3.1气化的基本原理
1.干馏气化 干馏气化其实是热解气体的一种特例，它是在完全无氧或只提供极 有限的氧使气化不至于大量发生情况下进行的生物质热解，也可描述成 生物质的部分气化。它主要是生物质的挥发分在一定温度作用下进行挥 发，生成四种产物：固体炭、木焦油和木醋液（可凝挥发物）与气化气
热解液化反应
生物质热解液化生物质热解液化定义生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况下受热后讲解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程，影响生物质热解液化最重要的四个参数是：10^4-10^5度/秒的加热速率，500度左右的反应温度不超过2s的气相滞留时间和生物油的快速冷凝与收集。
气体产量随着温度和气相滞留时间的延长而增加，反之较低的温度和较低的加热速率又会导致物料更易炭化，使固体生物质炭的产量增加，三种热解产物的产率很大程度上由热解过程的工艺参数所决定，液体产物生物油的价值非常大，它通过精制可以成为柴油、汽油的替代物，也可以通过高压催化加氢或者利用沸石做催化剂处理成为高辛烷提升剂。
在最佳反应条件下，秸秆热解生物油的产率一般不低于50％，木屑热解生物油的产率一般不低于60％，生物油的热值均为16～17 MJ／kg，约为柴油热值的2/5。
生物质的热解已经有很长的历史，如古埃及人将热解得到的液体用作防腐剂，古希腊人和古罗马人将这种液体用于填充和连接木船上的细缝和接口，在石化工业发展以前，木材热解是得到化学物质如丙酮、乙酸和甲醇的主要渠道，随着20世纪70年代石油危机和新能源技术的发展，对生物质这一可再生能源的研究又重新得到了关注。
生物质能是唯一可再生的碳源，是一种清洁能源，是唯一可提供液体有机物（可作为燃料，精炼提质制成化工品等）的可再生能源，是其他新能源或可再生能源所不具有的优势[7-8]，另外，生物质与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，与基于化石能源的现代工业和现代化生活具有最大的兼容性[9]。
生物质快速热解液化是生物质原料在无氧或缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，使生物质中的有机高聚物分子迅速断裂为短链分子，产生小分子不可凝气体，可凝性挥发份及少量焦炭产物，可凝性挥发份被快速冷却为高品质液体产物的技术。
生物质转化为液体产物后，能量密度提高5倍以上[7]，而且过程中对生物质原料的适用性广泛，主要为农林生物质废弃物，例如秸秆、木屑、果壳等，避免了粮食和土地占用引起的问题，另外与采用生化方法液化生物质相比，热解液化生产过程在常压、中温下进行，具有工艺流程简单，反应速度快等优点，热解液体产物能量密度高，更易储存和运输，除可以直接燃烧提供动力能量外，还可通过进一步分离和精制制成燃料油和化工原料。
快速热解液化技术
快速热解液化技术
快速热解液化技术是一种将生物质原料在高温、高压、无氧等条件下，快速加热使其物理、化学变化，最终得到液态或半液态产品的技术。
该技术主要采用常压、超高加热速率、超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在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽，蒸汽被迅速冷凝后，得到液体燃料、少量不可凝气体和焦炭。
其中，液体燃料被称为生物油，是一种绿色燃料，基本不含硫、氮和金属成分。
与传统燃烧方式相比，快速热解液化技术可大幅提高生物质能源的利用效率和降低污染排放，被认为是可持续发展的重要方向之一。
同时，该技术工艺简单，成本低，装置容易小型化，产品便于运输、储存。
然而，快速热解液化技术也存在一些挑战和限制。
例如，生物质原料的成分和性质对热解液化过程有很大影响，不同的生物质原料可能需要不同的工艺条件和催化剂。
此外，热解液化过程中产生的气体和焦炭等副产物需要进一步处理和利用，以避免对环境造成负面影响。
总的来说，快速热解液化技术是一种具有潜力的生物质能源转化技术，但需要在工艺优化、催化剂开发、副产物利用等方面进一步研究和改进。
生物质能的气化和液化技术
生物质能的气化和液化技术生物质能是一种可再生的绿色能源，指的是来自动植物和有机废弃物的能源。
随着全球对环保和可再生能源的追求，生物质能的气化和液化技术日益成为了发展的热点。
一、生物质能的气化技术气化技术是将生物质固体转化为可燃气体的一种技术。
相较于直接燃烧生物质，在气化过程中生成的气体更加干净，对环境的污染更少。
生物质气化技术主要分为固定床气化技术、流化床气化技术和炉膛底部喷嘴气化技术三种。
固定床气化技术将生物质研磨成小颗粒或细末，使其通过加热处理后在氧气或水蒸气的作用下产生可燃气体。
流化床气化技术在高速气流作用下，使生物质展开并在氧气或水蒸气的作用下进行气化。
炉膛底部喷嘴气化技术则是将生物质放入密闭炉膛中，上部加热，底部喷入大量氧气，使生物质在高温下气化产生可燃气体。
二、生物质能的液化技术液化技术是将固态生物质转化为液态燃料的一种技术。
液化后的生物质能够直接应用于燃料电池或发动机中，具有更高的能源使用效率。
生物质液化技术主要分为热解液化、催化液化和溶剂液化三种。
热解液化技术是将生物质经高温热解制得液态产物，然后通过分离、脱色等工艺进行加工。
催化液化技术是在催化剂的作用下将生物质转化为液态产物，催化剂可以选择钠、镁、钙等金属催化剂或是贵金属催化剂。
溶剂液化技术是在有机溶剂的作用下将固态生物质转化为液态产物，常用的有机溶剂有丙酮、二甲醚等。
三、生物质能气化和液化技术的优缺点气化技术和液化技术各有其优缺点。
生物质气化技术具有占地面积小、投资少、成本低和可替代性好等优点，但其需要清洗及处理产物中的灰分和燃气。
液化技术则可以高效利用生物质资源并直接用于燃料电池或内燃机中，但其液态产物的脱水、脱硫、脱氮等处理成本较高。
四、生物质能气化和液化技术的发展前景生物质能气化和液化技术在可再生能源中具有广阔的应用前景。
未来随着对碳排放的限制和对可再生能源的重视，生物质能的气化和液化技术将得到大力推广。
此外，随着技术的进步和工业化的加速，生物质能气化和液化已然成为了绿色能源发展的新方向。
生物质的热解液化
５生物质的微波裂解
传统加热方式的生物质裂解技术已经取得一 定的突破，生物油的产率按质量计算最高可达 ７０％，但由于其裂解工艺都无法解决热能传导的均 匀性问题，导致术质纤维素局部裂解过度，产生大 量不可冷凝气体．局部引起裂解产物二次反应，这 就要求裂解反应的生物质需经多次粉碎。消耗掉大 量的能量，使得产品生产价值远远高于产品本身价 值，从而严重地制约了产品的推广和生产规模。 近年来，微波加热技术发展较快，被应用于化 工合成、农业、医疗等较为广泛的领域。Ｍａｓａｋａｔｓｕ
２
２・１鬈薹蓑蠢嚣ｉ髫篙渊徽霎至萎言
的是为了获取热量。
生物质压缩技术可将固体农林废弃物压缩成 型，制成町替代煤炭的压块燃料，克服生物质能量 密度低的缺点“］。早在２０世纪３０年代，美国开始 设计螺旋式生物质压缩成型设备，同时，现代化的 活塞成型机在瑞典、德国得到推广；２０世纪５０年 代，日本人研制出了螺旋式生物质成型机，并逐步 推广到中国的台湾、泰国乃至欧洲和美国，２０世纪 ５０年代后，又相继产生了以油压为动力的生物质压 缩成型设备”］。 ２．２生物转换技术，通过微生物发酵方法制取液体 燃料或气体燃料 生物质经生物化学处理转化为富含能量的燃 料。如将生物质（农作物秸秆、粪便、有机废水等） 发酵制得沼气”“１，糖和淀粉原料发酵制酒精Ｅｓ］。 我国在这方面技术比较成熟。但这些技术对大规
目前生物质能的转化技术主要途径
现价段，生物质能的转化技术可以主要归纳成
以下３种途径：
・３１８・
模处理生物质将会受到生物质种类和生物技术的
限制。
响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的 响应时问变短，有利于热解：但同时颗粒内外的温 差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进 行。随着升温速率的增大，物料失重和失重速率曲 线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热 解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度） 均随升温速率的提高呈线性增长。在一定的热解 时问内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停 留时问，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应， 导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程 度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二 次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发 分在高温环境下的停留时间增加，促进了二次裂解 的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高。 ４．２停留时间对热解产物的影响 停留时间是指热解生成的气相产物在加热区 所滞留的时间，试验中通过调节载气流ｔ来实现调 节停留时间的目的．载气的流量和停留时间成反 比。停留时间也是影响生物质热解的重要参数之 一。随挥发份停留时间的增长，液体产率有所下 降，而气体产率明显增加，焦碳产率略有增加。分 析原因，由于长停留时间使得挥发份中大分子焦油 组分有更多的时间和机会发生二次反应裂解为小 分子气体。同时，停留时间的延长，大分子焦油组
生物质液化技术
生物质液化技术的研究进展摘要能源问题是全球的重大问题，为了解决能源紧张问题给社会经济生活带来的影响，替代能源逐步成为人们研究和关注的问题。
生物质能是一种有效的替代能源，可以缓解能源的紧张问题。
我国生物质能资源比较丰富，对生物质能的利用，把生物质能转化为液体燃料是个新的开发和研究方向。
本文主要介绍生物质快速热裂解液化技术存在的主要工艺流程，分析比较各工艺的特点及存在的主要问题，得出最具有潜力生物质液化技术为循环流化床工艺技术，其处理量可以达到较高的规模，是目前利用最多、液体产率最高的工艺。
关键词：生物质；液化；热解；引言能源是经济发展和社会文明的物质基础，随着国民经济的持续发展导致对能源需求的高速增长，大量化石燃料燃烧利用过程中所排放的SO2、NOx等污染物使生态环境受到严重污染；另外，由于石油危机的数次爆发以及石油价格的不稳定，也促使代用液体燃料的开发应用提上了日程。
相比于煤炭等化石燃料，生物质能因其自身具有可再生性、低污染性以及高产量性等优点越来越受到人们的重视。
生物质热解液化是将难处理的固体生物质废弃物转化为液体生物油,以便于运输、贮存、燃烧和改性,这样能更好地利用生物质原料,并减少直接燃烧这些物质引起的环境污染。
因此,生物质快速热裂解液化技术己被认为是最具发展潜力的生物质能技术之一。
国际能源署(IEA)己组织加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国和美国等十余个研究小组进行相关技术的研究,开发出了许多各具特色的热解液化工艺,并拥有各自的技术优势[1~4]。
我国在这方面的研究起步较晚,近年来,沈阳农业大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学热能工程系、浙江大学热能工程研究所、东北林业大学机电工程学院等单位在这方面开展了一定的研究[5,6],但是基本上仍处于实验室阶段,设计容量很小,且基础理论研究不够全面,与国外发达技术差距很大。
本文综述国内外生物质快速热解液化技术的研究进展,介绍生物质液化工艺技术的研究现状以及生物质热解液化过程影响因素的研究进展,为可再生能源研究提供参考。
【精品】热解液化反应
生物质热解液化生物质热解液化定义生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况下受热后讲解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程，影响生物质热解液化最重要的四个参数是：10^4—10^5度/秒的加热速率，500度左右的反应温度不超过2s的气相滞留时间和生物油的快速冷凝与收集。
气体产量随着温度和气相滞留时间的延长而增加,反之较低的温度和较低的加热速率又会导致物料更易炭化，使固体生物质炭的产量增加，三种热解产物的产率很大程度上由热解过程的工艺参数所决定,液体产物生物油的价值非常大，它通过精制可以成为柴油、汽油的替代物,也可以通过高压催化加氢或者利用沸石做催化剂处理成为高辛烷提升剂。
在最佳反应条件下,秸秆热解生物油的产率一般不低于50%，木屑热解生物油的产率一般不低于60％，生物油的热值均为16～17MJ／kg,约为柴油热值的2/5。
生物质的热解已经有很长的历史，如古埃及人将热解得到的液体用作防腐剂，古希腊人和古罗马人将这种液体用于填充和连接木船上的细缝和接口，在石化工业发展以前，木材热解是得到化学物质如丙酮、乙酸和甲醇的主要渠道,随着20世纪70年代石油危机和新能源技术的发展,对生物质这一可再生能源的研究又重新得到了关注。
生物质能是唯一可再生的碳源，是一种清洁能源，是唯一可提供液体有机物（可作为燃料,精炼提质制成化工品等)的可再生能源，是其他新能源或可再生能源所不具有的优势［7-8］，另外，生物质与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，与基于化石能源的现代工业和现代化生活具有最大的兼容性[9]。
生物质快速热解液化是生物质原料在无氧或缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，使生物质中的有机高聚物分子迅速断裂为短链分子，产生小分子不可凝气体，可凝性挥发份及少量焦炭产物,可凝性挥发份被快速冷却为高品质液体产物的技术。
生物质转化为液体产物后，能量密度提高5倍以上［7］,而且过程中对生物质原料的适用性广泛,主要为农林生物质废弃物，例如秸秆、木屑、果壳等，避免了粮食和土地占用引起的问题，另外与采用生化方法液化生物质相比，热解液化生产过程在常压、中温下进行,具有工艺流程简单，反应速度快等优点,热解液体产物能量密度高，更易储存和运输，除可以直接燃烧提供动力能量外，还可通过进一步分离和精制制成燃料油和化工原料.热解副产物不凝性气体可以为热解液化设备运行提供能量,实现设备的“自供给”运行，生物质残炭可以加工成活性炭、或肥料改善土壤等用途，因此热解液化产物的经济性和应用领域都将远远大于固体生物质原料。
生物质快速热解液化新技术
生物质快速热解液化新技术作者：郝许峰孙绍晖赵科等来源：《当代化工》2015年第10期摘要：介绍了催化热解、混合热解、临氢热解三种生物质快速热解液化新技术。
分析了成功的催化热解过程需要满足的准则，介绍了一些催化热解的催化剂。
报道了生物质与煤共热解液化的部分结果。
对美国天然气技术研究院近期开发的临氢热解（或加氢热解）技术进行了详细报道，列出了主要的技术指标。
要使这些新技术走向工业化，还有大量的工程技术问题要解决。
关键词：生物质；快速热解；催化热解；混合热解；临氢热解中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）10-2345-04New Fast Pyrolysis Liquefaction Technologies of BiomassHAO Xv-feng1， SUN Shao-hui2， ZHAO Ke2， SUN Pei-qin2（1. Zhengzhou Science&Technology Information Institute， H e’nan Zhengzhou 450007，China；2. School of Chemical Engineering and Energy， Zhengzhou University，He’nan Zhengzhou 450001， China）Abstract： Three kinds of new fast pyrolysis liquefaction technologies including catalytic pyrolysis， mixed pyrolysis and hydrogenation pyrolysis were introduced. The requisite conditions for successful catalytic pyrolysis were analyzed； the catalysts for the catalytic pyrolysis were introduced. Partial results of the copyrolysis liquefaction of biomass and coal were reported. Recent development of the hydrogenation pyrolysis technology developed by the United States Research Institute of Natural Gas technology and its main technical indexes were introduced. It’s point out that there are many engineering technical problems that need be resolved before these technologies can be industrialized.Key words： Biomass； Fast pyrolysis； Catalytic pyrolysis； Mixed pyrolysis；Hydrogenation pyrolysis人类大量使用石油、煤炭、天然气化石能源造成了严重的能源危机和环境污染问题，使用可再生能源是解决上述问题的必然选择。
生物质热裂解液化的一般工艺流程
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生物质热解液化的工艺流程
生物质热解液化的工艺流程
一、原料准备阶段
1.原料收集和处理
(1)收集生物质原料，如木材、秸秆等
(2)进行原料的清洁、切割和破碎处理
2.原料预处理
(1)对原料进行预处理，如干燥和粉碎
(2)确保原料的适宜性和均匀性
二、热解反应阶段
1.热解反应器装载
(1)将预处理好的生物质原料装载到热解反应器中
(2)控制装载量和反应器的填充度
2.热解反应
(1)提供适当的热源，使原料在高温环境下进行热解
(2)控制热解反应的温度、时间和压力
3.产物收集
(1)收集热解反应产生的气体、液体和固体产物
(2)进行产物的分离和收集
三、液化处理阶段
1.液化反应
(1)将热解产物进行液化反应
(2)添加催化剂和溶剂，进行液相反应
2.产物分离
(1)对液化产物进行分离和提纯
(2)分离出目标产品和副产物
3.产品处理
(1)对目标产品进行后续处理，如脱水、脱色等
(2)获得符合要求的终端产品
四、废物处理阶段
1.废气处理
(1)对热解和液化过程产生的废气进行处理
(2)进行除尘、脱硫等废气处理操作
2.废液处理
(1)(1)对热解和液化过程产生的废液进行处理
(2)(2)进行沉淀、过滤等废液处理操作
3.固体废弃物处理
(1)对热解和液化过程产生的固体废弃物进行处理
(2)进行分类、处理和处置
五、能源利用阶段
1.产品利用
(1)将终端产品进行利用，如燃料、化工原料等
(2)实现产品的能源价值和经济价值
2.能源回收
(1)对热解和液化过程中产生的废热进行回收
(2)进行余热利用和热能回收。
热解液化技术在生物质能利用中的应用研究
热解液化技术在生物质能利用中的应用研究随着环保和可持续发展概念的日益普及，生物质能作为一种清洁能源，受到了越来越多的重视。
热解液化技术是目前生物质能利用中较为先进和成熟的技术之一，也是未来生物质能利用领域持续发展的一个方向。
本文将探讨热解液化技术在生物质能利用中的应用研究。
一、热解液化技术概述热解液化技术是将生物质在高温高压的条件下，加入适量的溶剂，使生物质分解成液态产物的一种方法。
这种方法可以通过改变反应条件，产生不同的产物，包括固体炭、液态油和气体。
其中，液态油可以被用作生产润滑油、燃料、化学原料等，同时还能降低生物质处理过程中的浸出剂使用量。
二、热解液化技术与传统技术的比较相比传统的生物质利用方法，如燃烧和气化，热解液化技术具有以下的优点：1.可同时生产多种产品，包括液态油、气体和固体炭等。
2.生产的液态油具有更高的储存密度和更低的粘度，便于运输和使用。
3.产生的固体炭可用于制造高温气化剂，从而提高了气化反应的效率。
4.可以用废弃物或低品质生物质制备液态油，具有降低制造成本的潜力。
三、热解液化技术的应用研究1.热解液化技术在生物质处理中的应用热解液化技术可以处理多种类型的生物质，包括木材、秸秆、麻棕和粉碎纸浆等，而不仅限于一种生物质。
同时，液化剂选择也是可以多种多样的，包括水、甲醇、乙醇、酸性、鹼性和有机溶剂等。
这也意味着热解液化技术可以适用于许多不同的工艺条件和生物质处理的应用。
2.热解液化技术在液态燃料生产中的应用热解液化技术在生产液态燃料时具有广泛的应用前景。
研究表明，经过液化生产的燃料的能量密度要高于直接从生物质中提取燃料的能量密度。
液化燃料可以用于汽车燃料、热水供应、煤气化剂等一系列应用。
3.热解液化技术在生物质炭制备中的应用生物质炭的生产也是热解液化技术的一个应用领域。
通过控制反应条件，可以生产出具有不同孔径和表面积的生物质炭，其用途包括吸附剂、催化剂、电子材料等。
四、热解液化技术的发展趋势未来，热解液化技术的应用前景将会更广阔。
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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
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
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
1. 进料系统—两级螺旋
第一级螺旋：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。
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
谢 谢！
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
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
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）
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
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
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
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
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）。
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
2. 循环流化床反应器—希腊CRES
2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
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
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
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