生物质闪速热裂解制备生物质油
生物质制油
生物质热裂解制生物油摘要：生物质热裂解技术是目前世界上生物质能研究的前沿技术之一，生物质热裂解制生物油为其中应用较多的一部分。
但其高含氧量、低热值和化学不稳定等特性在一定程度上影响了生物油的广泛应用，因此必须对生物油进行精制，以改善生物油的品质。
该文以生物质热裂解生物油为例，从催化加氢、催化裂解、气相催化、水蒸气重整和乳化等方面详细阐述了生物油精制的研究进展，展望生物油强大的发展前景。
关键词：生物质；生物油；热裂解；精制；催化0 引言生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。
而所谓生物质能（biomass energy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种脂肪燃料快艇可再生的碳源。
生物质热裂解（又称热解或裂解），通常是指在无氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。
随着化石能源的逐渐枯竭，可再生能源已得到全球的广泛关注。
中国国家发改委在能源发展“十一五”规划中指出：2005年，中国一次能源生产总量20．6亿t标准煤，消费总量22．5亿t标准煤，分别占全球的13．7％和14．8％，是世界第二能源生产和消费大国。
随着国民经济平稳较快发展，城乡居民消费结构升级，资源约束矛盾更加突出。
以煤为主的能源消费结构和比较粗放的经济增长方式，带来了许多环境和社会问题。
因此国家制定了石油替代工程目标，加快发展生物质液体燃料被提上日程。
生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。
各种生物质都具有一定的能量。
将生物质转化为液体燃料被认为是最有前途的能源转化途径之一。
生物质热裂解技术是目前世界上生物质能研究的前沿技术之一。
生物质快速热解制取生物油的研究进展
生物质快速热解制取生物油的研究进展作者：刘状廖传华李亚丽来源：《湖北农业科学》2017年第21期摘要：详细介绍了生物质快速热解制取生物油的国内外研究进展，并对生物质热解过程、生物质快速热解反应器和快速热解的影响因素分别进行了阐述。
生物油在未来的能源领域中有着广阔的前景，如何通过高效的热解方法和热解反应器来提高生物质能的利用率，仍是下一步研究的重点。
关键词：生物质能；快速热解；生物油中图分类号：TK6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）21-4001-05DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.21.001Research Progress on Bio-oil Production From Fast Pyrolysis of BiomassLIU Zhuang， LIAO Chuan-hua， LI Ya-li（School of Mechanical and Power Engineering， Nanjing Tech University， Nanjing 211816， China）Abstract： An progresses on bio-oil production from fast pyrolysis of biomass was provided，the processes of fast pyrolysis， reactor and influence factors of fast pyrolysis were expounded. Bio-oil has a broad prospect in the future energy field. How to improve the utilization of biomass energy through efficient pyrolysis method and pyrolysis reactor is still the focus of the next step.Key words： biomass resources； fast pyrolysis； bio-oil随着化石能源的消耗殆尽及环境的日益恶化，能源问题有可能成为未来人类社会的潜在危机。
生物质热解制备生物油燃烧性能实验报告
生物质热解制备生物油燃烧性能实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长和传统化石能源的日益枯竭，开发可再生能源成为了当今世界能源领域的重要研究方向。
生物质作为一种丰富的可再生资源，通过热解技术可以转化为生物油，具有替代传统燃油的潜力。
然而，生物油的燃烧性能对于其实际应用至关重要，因此有必要对其进行深入的实验研究。
二、实验目的本实验旨在研究生物质热解制备的生物油的燃烧性能，包括燃烧热值、燃烧稳定性、燃烧产物等方面，为生物油的进一步应用提供数据支持和理论依据。
三、实验材料与设备（一）实验材料1、生物质原料：选取了_____等常见的生物质材料。
2、热解设备：采用了_____型热解炉。
（二）实验设备1、量热仪：用于测量生物油的燃烧热值。
2、燃烧实验台：包括燃烧器、温度传感器、压力传感器等，用于模拟生物油的燃烧过程。
3、气体分析仪：用于分析燃烧产物中的气体成分。
四、实验方法（一）生物质热解将预处理后的生物质原料放入热解炉中，在_____的温度和_____的气氛条件下进行热解反应，得到生物油。
（二）燃烧热值测定使用量热仪，按照标准操作流程，对生物油样品进行燃烧热值测定。
（三）燃烧实验将生物油通过燃烧器进行燃烧，通过温度传感器和压力传感器实时监测燃烧过程中的温度和压力变化，记录燃烧时间和火焰形态等数据。
（四）燃烧产物分析使用气体分析仪对燃烧产物中的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、氮氧化物（NOₓ）等气体成分进行分析。
五、实验结果与分析（一）燃烧热值实验测定的生物油燃烧热值为_____kJ/kg。
与传统燃油相比，生物油的燃烧热值相对较低，这可能是由于其成分复杂，含有较多的含氧有机物和水分。
（二）燃烧稳定性在燃烧实验中，生物油的燃烧过程较为平稳，但燃烧初期存在一定的点火延迟现象。
燃烧过程中的温度和压力变化较为均匀，没有出现明显的波动，表明生物油具有较好的燃烧稳定性。
（三）燃烧产物燃烧产物分析结果显示，生物油燃烧产生的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOₓ）含量相对较低，二氧化碳（CO₂）排放量也在可接受范围内。
秸秆热解液化制备生物油技术
2006年6月2006,28(2):228—232中国油料作物学报Chinese j ournal of oil cr op sciences秸秆热解液化制备生物油技术杨 湄,刘昌盛,黄凤洪3,王江薇(中国农业科学院油料作物研究所,湖北武汉430062)摘要:介绍了秸秆快速热解液化技术及其动力学研究现状、生物油的性质与精制,提出了秸秆快速热解液化技术存在主要问题及未来研究目标和建议。
关键词:秸秆;热解液化;生物油;动力学中图分类号:S216.2 文献标志码:A 文章编号:1007—9084(2006)02—0228—05 石油短缺和能源结构不合理是我国的基本国情,经济的快速增长也决定我国能源消费将不断增长。
面对能源紧缺特别是液体燃料的严重短缺和巨大消耗、石化能源消耗带来环境污染的多重压力,提高我国能源安全水平、缓解生态环境污染迫在眉睫。
解决能源安全和环境污染问题,一方面要节约能源,减少能源消耗,但最根本的是寻求和开发来源充足、供应安全、环境友好的替代能源。
生物质能是以生物质为载体的能量,是一种可再生、资源丰富且相对较利于环保的能源[1]。
农作物秸秆主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类[2],是生物质资源最重要的来源之一。
据统计,我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨,占世界作物秸秆总产量的20%～30%[3]。
近几年,随着我国农村经济发展和农民收入增加,农村居民用能结构正在发生着明显的变化,煤、油、气、电等商品能源得到越来越普遍的应用[4]。
秸秆的大量剩余,导致了一系列的环境和社会问题,每到夏秋两季,“村村点火,处处冒烟”的现象十分普遍。
据调查,目前我国秸秆利用率约为33%,其中经过技术处理后利用的仅约占2.6%[5]。
秸秆就地焚烧不仅造成大量资源和能源浪费,环境污染也不容忽视。
因此,开展秸秆的能源高效转化利用技术研究和能源产品开发成为亟待解决的农业、能源和环境问题,对保障国家能源安全、国民经济可持续发展和保护环境具有重要意义。
生物质快速热解制取生物油
性质 、精制以及转化利用进 行了详 细的阐述 。
关键词 ：生物质 ；快速热解 ；生物油 中图分类号 ：Ｔ Ｋ ６ 文献标 志码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ５ ６ ０ Ｘ． ２ ０ １ ４ ． ０ ５ ． ０ ０ ２
ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ． ｇ Ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｎｄ ａ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ｎ ａ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｎｔ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｏ ｐ ｉ ｃ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ２ １ ｓ ｔ ｃ ｅ ｎ ｔ ｕ ｒ ｙ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ｆ ａ ｓ ｔ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ， ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｎｄ ａ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ， ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ， ｒ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｎ ｇ ， ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｉ ｏ — ｏ ｉ ｌ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｔａ ｒ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｆ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ； ｆ ａ ｓ ｔ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ； ｂ ｉ ｏ — ｏ ｉ ｌ
生物质热裂解生物油性质的研究进展
生物质热裂解生物油性质的研究进展摘要：生物质热裂解生物油是生物质在隔绝空气的条件下，快速加热裂解，裂解蒸汽经快速冷却制得的棕褐色液体产物。
生物油的物理化学性质显示了其在商业上的应用潜力，已引起了国内外的广泛关注。
为此，从组成成分、含水量、含氧量、固体颗粒、灰分、酸性、腐蚀性和粘度等方面详细叙述了生物油的物理化学性质，提出了应用生物油的发展方向和推广应用生物油必须解决的问题。
引言随着经济的不断增长，人们对能源的需求越来越大。
据统计，按照2003年的开采量计算，地球上蕴藏的煤、石油、天然气等化石能源将分别在192年、41年和67年内耗竭，而且化石燃料的长期使用，对环境造成严重的负面影响，引起了温室效应和环境污染等问题。
因此，开发可替代化石燃料的环境友好型可再生能源已成为当今世界研究的热点。
生物质能作为众多可再生能源中的一种，在利用中具有SO2和NOX产出少及CO2零排放的优点。
据统计，世界每年生物质产量约1460亿t，占世界能源总能耗的14%，其中发达国家占3%，发展中国家占43%，是当今世界第4大能源。
无论从环境还是从资源方面考虑，研究生物质能源转化与利用都是一项迫在眉睫的重大课题。
生物质热裂解被认为是生物质能源转化技术中一项最具有广阔发展前景的前沿技术，是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下，最终生成液体产物、木炭和可燃气体的过程。
3种产物的产量和比例取决于生物质热裂解工艺条件及反应参数（温度、加热速率、气相停留时间和流化风速）。
生物质快速热裂解技术是高效率的生物质热裂解油转化技术，是在隔绝空气或少量空气、常压、中温（500°～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短气体停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热裂解，产物经快速冷却，可使中间液体产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到高产量的生物质液体油，其产率可达（60～95）wt%。
生物质热裂解产生的液体油是一种深褐色的能够自由流动的黏性化合物，通常被称为生物油，也称为热裂解油、热裂解液体、生物原油或生物质热解油等。
生物质快速热解制取生物质油
对于给定的某地区的生物质来说 ,其主要成分 和次要成分的含量基本固定 ,但水分含量的变化较 大 (这主要受所在环境的影响) [4] 。因此在试验中可 以只测定生物质的含水量 ,在 108 ℃的温度下干燥 4h ,根据重量差计算其水分含量 。本文以黑龙江地 区的白桦木屑 (使用植物粉碎机将白桦木屑粉碎成 颗粒质量均在 10mg 以下) 为例 , 其含水量测定为 1105 %。尽管生物质快速热解制取生物质油的影响 因素众多 ,本文着重研究温度和流化气流速对热解 产物 ———固 、气 、液的影响规律 。热解产物产量的确 定是试验研究中的一个重点部分 ,固体产量由过滤 器前后 (过滤器中截留的生物质油在马弗炉中加热 去除) 重量差值确定 ;不凝气体用集气袋收集 ,用排 水方法测量重量 ;由于生物质油的收集不完全 ,因此 油的产率采用差减法[4] :生物质油产率 = 1 - 气体产 物的产率 - 固体产物的产率 。
min ,气氛为氮气 ,流量设定为 40mLΠmin 。热失重曲
线见图 5 。
图 4 生物质裂解油的总离子流图 Fig14 Total ion current diagram of biomass pyrolysis oil
5 生物质油的热重分析
生物质直接热解得到的生物质油油品较差 、粘 度高 、挥发性低 、含氧量高 、热值低 、具有腐蚀性 ,并 且稳定性差 、接触到空气很容易变硬[6] 。如果要使 生物质油成为高品质的燃料油就必须通过精制来降 低氧含量 ,提高稳定性和挥发性 。用热分析手段研 究生物质油的热稳定性和分解反应过程 ,可以为生 物质油的精制提供可靠的数据 。这里采用综合热分 析仪来研究生物质油的热失重曲线 。
1) 自行研制的定量给料浅床层鼓泡流化床反应 器能够比较准确地研究产物 (固 、液 、气) 组成比例的 分析 ;
浅谈生物质热裂解制油
浅谈生物质热裂解制油目前, 由于煤、石油和天然气等化石能源储量的日益减少, 以及它们燃烧后产生CO2、SO2、NOx等污染物, 而生物质燃料却能克服这些缺点, 因此, 有关如何合理利用生物质燃料的问题己提到日程上来。
生物质燃料要成为煤、石油和天然气等矿物燃料的替代品, 其关键之处就是将低品位的生物质能转换成高品位的能源[1-2]。
生物质能，简称生物能，是指从生物质获得的能量，具有分布广、可再生、可存储、储量大和碳平衡等优点[3-4]]。
但生物质的能量密度低，存在运输困难和燃烧效率低的问题，需要通过热化学或生物技术将其转化为固体、燃料或气体等燃料形式加以利用。
固体燃料转化包括生物质成型、直接燃烧和生物质与煤混烧等；液体燃料转化包括生物质发酵制生物乙醇和酯化/加氢制生物柴油，以及生物质直接制液体燃料（Biomass to Liquid Fuel，BtL）等；气体燃料转化包括生物质制沼气、气化气和制氢等[5]。
生物质热解是指在无氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可凝性液体和气体产物的过程[6] 。
生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分的热解，国内外研究人员对三种组分的动力学研究已取得了一定的成绩，尤其是纤维素热解动力学研究已取得了比较完善的结论。
生物质热解机理研究可以分为两部分，一是热解反应动力学的研究，二是具体热解产物形成途径的研究，两者构建了机理研究的基础。
[7]1.基本过程生物质热解液化是指生物质原料（通常需经过干燥和粉碎）在隔绝氧气或有少量氧气的条件下，通过高加热速率、短停留时间及适当的裂解温度使生物质裂解为焦炭和气体，气体分离出灰分后再经过冷凝可以收集到生物油的过程。
在此工艺过程中，原料干燥是为了减少原料中的水分被带到生物油中，一般要求原料的含水量低于10%。
减小原料颗粒的尺寸，可以提高升温速率，不同的反应器对颗粒大小的要求也不同。
热解过程必须严格控制温度（500～600 ℃）、加热速率、热传递速率和停留时间，使生物质在短时间内快速热解为蒸气；对热解蒸气进行快速和彻底地分离，避免炭和灰份催化产生二次反应导致生物油的不稳定，并保证生物油的产率。
生物质热解制备生物油品质实验报告
生物质热解制备生物油品质实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，寻找可再生和清洁能源已成为当务之急。
生物质作为一种丰富的可再生资源，其热解转化为生物油的技术受到了广泛关注。
通过热解过程，可以将生物质转化为具有潜在能源价值的生物油，但生物油的品质对于其实际应用至关重要。
本实验旨在研究生物质热解制备生物油的品质特性。
二、实验目的1、分析不同生物质原料在热解过程中产生的生物油的化学成分和物理性质。
2、评估热解条件（如温度、反应时间、升温速率等）对生物油品质的影响。
3、确定优化的热解工艺参数，以提高生物油的品质和产量。
三、实验材料与设备1、生物质原料选取了常见的生物质材料，如木屑、秸秆和稻壳。
对原料进行预处理，包括干燥、粉碎和筛分，以确保其粒度均匀。
2、实验设备热解反应炉：采用固定床式热解炉，能够精确控制温度和反应时间。
冷凝器：用于冷却热解产生的气体，使其凝结为液体生物油。
气体收集装置：收集热解过程中产生的不可冷凝气体。
分析仪器：气相色谱质谱联用仪（GCMS）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、元素分析仪、粘度计、密度计等。
四、实验方法1、热解实验将预处理后的生物质原料装入热解反应炉中，按照设定的热解条件进行实验。
控制温度在 400-600℃之间，反应时间为 30-90 分钟，升温速率为5-15℃／min。
2、生物油收集与处理热解产生的气体经过冷凝器冷却后，收集得到生物油。
对生物油进行过滤，去除其中的固体杂质。
3、品质分析使用 GCMS 分析生物油中的有机成分，确定其主要化合物种类和含量。
通过 FTIR 分析生物油中的官能团结构。
利用元素分析仪测定生物油中的碳、氢、氧、氮等元素含量。
使用粘度计和密度计测量生物油的粘度和密度。
五、实验结果与讨论1、化学成分分析不同生物质原料热解得到的生物油化学成分存在差异。
木屑热解生物油中主要含有酚类、醛类和酮类化合物；秸秆热解生物油中含有较多的酸类和酯类化合物；稻壳热解生物油中则以醇类和呋喃类化合物为主。
生物质热解制生物油的主要产品和用途
1.生物质热解制生物油的主要产品和用途生物质热解制生物油的主要产品如下：（1）液体产品：a.木醋液可以用来生产融雪剂、脱硫脱销剂等，亦可用于生产缓释肥b.轻油/溶剂可以作为有机溶剂c.柴油馏分量产后可以通过超临界酯化改性生产柴油馏分，可以添加到柴油中使用d.燃料油乳化后作为燃料油产品对外销售，替代目前市场上使用的燃料油等（2）固体产品：a.半焦/焦粉挤压后可以替代木炭，是一种无烟的燃料，广泛应用于烧烤等，可以出口到日本或韩国。
b.活性硅钾肥可以用来生产高活性的硅钾肥，弥补市场上硅肥短缺的局面（3）气体产品：燃气热值在4200大卡/公斤，可以作为工业燃气，也可用来发电2.副产品及主要用途本项目主要产品如上，没有其他副产品3.设计能力及原料需求量，对原料的要求是什么？可提供的装置规模及原料情况如下：4.环保：除排放少量烟气及灰渣外，无其他排放物。
烟气不含SO2及NOx等有害物。
6.产品的市场前途如何？用生物油替代重油燃烧，有利于提高我国的能源安全，降低二氧化碳排放量，缓解温室气体减排给我国和我省带来的压力，大力发展生物质快速热解制燃料油技术符合国家和我省的政策支持。
且生物质自混合循环流化床快速热解技术生产的生物油油成本不到重油价格的1/2，将为企业带来丰厚的经济效益，巿场前景广阔。
本项目生产的生物燃料油，广泛应用于发电厂及燃油锅炉、油轮等作为燃料使用。
近几年来，我国正处在经济高速增长时期，各行各业发展迅猛，作为主要能源材料需求量猛增，因此，本项目从大的巿场环境来说，需求量呈上升趋势。
半焦和活性硅钾肥也具有较好的市场。
7.生产工艺及原理简单流程秸秆粉碎→烟气提升干燥→旋分器分离进入上部料仓→热解反应器顶端与热载体混合→升温热解→反应器立管下部→油气与半焦、热载体快速分离→热解油气冷凝→液体燃料油热解原理：从化学反应的角度对其进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。
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图 １ 涡旋反应器裂解工艺
张光全等， 生物质闪速热裂解制备生物质油
２．２ 烧蚀裂解工艺 烧蚀裂解（ａｂｌａｔｉｖｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）如图 ２ 所示。把生物
质压到反应器内旋转的刀片上， 通过摩擦， 在生物质 表面上裂解的液体轻烟上升， 形成新的裂解层； 这样 裂解的薄液体离开表面是很容易完成的。烧蚀热解 看起来是很有工业应用前景， 因为它能满足闪速裂 解的高加热速率和高质量传输速率， 而且不在乎生 物质屑颗粒的大小。１９９７ 年时， 英国伯明翰 Ａｓｔｏｎ 大学有一个规模 １～２ ｋｇ／ｈ 这样的装置。 ２．３ 旋转锥反应工艺
源
研
２．９ 锥形喷射床裂解工艺
究
锥形喷射床（ｃｏｎｉｃａｌ ｓｐｏｕｔｅｄ－ ｂｅｄ）是近年出现的
与 利
闪速裂解工艺， 对它的评价超过了以前评价最高的 用
沸腾流化床工艺。该工艺设备简单， 易于放大， 对反 ２
０
应条件（固体流速、颗粒大小和密度）要求不高， 能减
０ ５
年
少熔析， 需要的沙子数量少， 能增加反应器单位体积 第
炭的最高产率 ３５％（质量分数）。这个过程也称为生 物质炭化。当温度高（７００～９００ ℃）、加热速率慢、气体 产物停留时间长时， 可最大限度地得到气体产物。 １．２ 传统裂解
液体产物， 这就是著名的 ＰＥＲＣ 法［１～２］。近年来， 人们
２
不断尝试采用 Ｈ２ 加压， 把生物质悬浮于有机溶剂
０ ０ ５
图 ６ 循环流化床裂解工艺
２．７ 真空裂解工艺 热循环 真 空 裂 解（ｖａｃｕｕｍ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）工 艺 由 加 拿
大 Ｓａｉｎｔｅ－ Ｆｏｙ 的 Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｐｙｒｏｖａｃ Ｉｎｃ．研制开发见图 ７。熔融盐作为加热介质， 为生物质传递必需的能量， 真空舱内有一个特殊搅拌系统使生物质与之混合。 它的优点在于裂解蒸汽停留时间短， 大大减少了二 次裂解； 缺点是需要大功率真空泵， 价格高、能耗高， 放大困难。
旋风（ｃｙｃｌｏｎｅ）反应工艺是近几年出现的工艺（图 ４）， 生物质的加热、反应和产物的分离在同一反应器 里 进 行 ［ ６］ 。 涡 旋 反 应 器 工 艺 和 旋 风 裂 解 工 艺 都 需 要 载气， 旋风裂解能避免出现烧结成块的问题。它的缺 点在于产物中存在微小的固体颗粒， 通过选择旋转 过滤器的设置和旋转速度， 能基本避免产物中的固 体颗粒。Ｊａｃｑｕｅｓ 通过旋风裂解实验， 指出得到的固 体、液体和气体产物之和接近 １００％， 质量守恒有利 于裂解机理的研究。其中得到的焦炭低于 ３％， 裂解 能力大约为 １ ｍ３ 受热表面积为 ９ ｇ／ｓ。
５
的反应量。
期
· ５０ ·
Ｎｅ ｗ Ｅｎｅ ｒｇｙ Ｒｅ ｓ ｏｕｒｃｅ ｓ 新能源与新材料 ＆ Ｎｅ ｗ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌ !!!!!!在上述生物质闪速裂解工艺中， 评价最高的是 循环流化床、沸腾流化床和锥形喷射床闪速裂解工 艺。热等离子体快速裂解液化是最近出现的生物质 液化新方法， 它采用热等离子体加热生物质颗粒， 快 速升温， 然后迅速分离、冷凝， 得到液体产物； 我国的 山东工程学院开展了这方面的试验研究。同时， 人们 也在对常用的闪速裂解工艺进行不断的发展和完 善， 如两个内连接的流化床工艺、旋转锥部分沉浸在 流化床中的工艺等。
Ｎｅ ｗ Ｅｎｅ ｒｇｙ Ｒｅ ｓ ｏｕｒｃｅ ｓ 新能源与新材料
＆ Ｎｅ ｗ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌ
生物质闪速热裂解制备生物质油
张光全， 董海山
（中国工程物理研究院化工材料研究所， 四川 绵阳 ６２１９００）
摘 要： 生物质闪速裂解是使生物质的有机高聚物在隔绝空气、常压、快速加热到 ４００～６００ ℃（约 １０４ Ｋ／ｓ 的升温速率）， 超短反应时间（小于 ２ ｓ）的条件下迅速断链分子键， 使结炭和产气降 到最小限度， 从而最大限度地获得生物质油。依据这一原理， 出现了涡旋反应器、烧蚀裂解、旋转 锥、沸腾流化床、循环流化床等工艺。文中系统地阐述了常用的生物质闪速裂解液化的方式， 介 绍了生物质裂解油的特点。
中， 采用催化剂等手段， 使液体产率大幅度提高， 甚
年 第
至可以 １００％的液化， 液体产物的热值可达 ２５～３０
５
期
收稿日期： ２００５－ ０５－ １７ 作者简介： 张光全（１９７０－ ）， 男， 工程师， 从事含能材料研究及其科技情报方面的工作。
· ４８ ·
Ｎｅ ｗ Ｅｎｅ ｒｇｙ Ｒｅ ｓ ｏｕｒｃｅ ｓ 新能源与新材料 ＆ Ｎｅ ｗ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌ ＭＪ／ｋｇ， 高于闪速裂解液化。最近， 国外利用超临界流 体良好的渗透能力、溶解能力和传递特性正在进行 生物质超临界液化研究。与闪速裂解液化相比， 目前 加压液化还处于实验室阶段， 由于其反应条件温和， 对设备要求不很苛刻， 因而在规模开发上有很大的 潜力。
图 ７ 真空裂解工艺
２．８ 携带床反应器工艺
携 带 床 反 应 器 （ｅｎｔｒａｉｎｅｄ ｂｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ） 由 美 国
Ｇｅｏｒｇｉａ 工程学院（ＧＩＴ）开发的， 它以丙烷和空气按照
化学计量比引入反应管下部的燃烧区， 高温燃烧气
将生物质快速加热分解。该工艺的缺点是需要大量 能
的高温燃气， 并产生大量低热值的不凝气。
１．４ 加压液化 能
加压液化指在较高压力下的热转化过程， 温度 源
一 般 低 于 闪 速 热 解 。 上 世 纪 ６０ 年 代 ， 当 时 美 国
研 究
Ａｐｅｐｅｌｌ 等人将木片、木屑放入 Ｎａ２ＣＯ３ 中， 在 ３５０ ℃ 与 利
下、用 ＣＯ 加压至 ２８ ＭＰａ 下反应， 得到 ４０％～５０％的 用
图 ５ 沸腾流化床裂解工艺
２．６ 循环流化床裂解工艺 循环 流 化 床（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ， ＣＦＢ）裂 解
工艺由加拿大 Ｅｎｓｙｎ 工程协会开发研制， 如图 ６ 所 示。该装置的特点是设备小巧， 气相停留时间短， 可 防止裂解蒸汽的二次裂解， 从而获得较高的液体产 率； 但其主要缺点是需要载气对设备内的热载体及 生物质进行流化。目前 Ｅｎｓｙｎ 工程协会有一个 ７０ ｔ／ｄ 的 示 范 工 厂 。 我 国 中 科 院 广 州 能 源 研 究 所 （ＧＩＥＣ）也 自主研制了生物质循环流化床的小型装置， 以Байду номын сангаас英
２ 常见的闪速裂解工艺
生物质闪速裂解技术的基本原理是： 使生物质 的有机高聚物在隔绝空气、常压、快速加热到 ４００～ ６００ ℃（约 １０４ Ｋ／ｓ 的升温速率）、超短反应时间（小于 ２ ｓ）的条件下迅速断链分子键， 使结炭和产气降到最 小限度， 从而获得最大限度的生物质油。
依据这个原理， 世界各国通过反应器的设计、制 造及工艺条件的控制， 开发了各种类型的闪速热解 工艺， 下面介绍几种常见的工艺。 ２．１ 涡旋反应器裂解工艺
!!!!!!上世纪八十年代初， 加拿大的 Ｗａｔｅｒｌｏｏ 大学研
传统裂解也称为常规裂解。生物质在小于 ５００
制的快速热裂解（ＷＦＰ 法）和美国国家再生能源实验 ℃、较低加热速率（１０～１００ ℃／ｍｉｎ）、裂解产物停留时
室研制的烧蚀热裂解生物质， 实现了使生物质最大 间 ０．５～５ ｓ 下 裂 解 ， 可 得 到 相 等 比 例 的 气 、液 、固 产
涡旋反应器（ｖｏｒｔｅｘ ｒｅａｃｔｏｒ）由美国国家可再生能 源实验室（ＮＲＥＬ）开发， 其工艺流程如图 １ 所示。物 料颗粒在载气（Ｎ２）的推动下， 沿预热的圆筒壁螺旋线 向 前 高 速（１ ２００ ｍ／ｓ）滑 动 穿 过 被 加 热 反 应 器 ， 颗 粒 通过与器壁的滑动接触获得热传递， 使其发生熔融 裂解［５］。在壁面温度 ６２５ ℃时， 液体产率可达 ５５％。 １９９８ 年前， 建成的最大规模装置为 ２０ ｋｇ／ｈ。
在 ４７０～５３０ Ｋ 首先是半纤维素的分解， 接着在 ５１０～ （质量分数）的气体产率及少量的液体和焦炭。
６２０ Ｋ 范围内纤维素发生分解， 最后是在 ５５０～７７０ Ｋ 温度范围内木质素的热裂解［１］。 １．１ 慢速裂解
生物质在极低的升温速率、温度约 ４００ ℃下长 时间（１５ ｍｉｎ～几天）裂解， 可最大限度地得到焦炭， 焦
时， 可获得 ６３％的液体产率［７］。
图 ４ 旋风裂解工艺
２．５ 沸腾流化床裂解工艺 沸腾流化床（ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ）也叫绝热流
化床（ａｄｉａｂａｔｉｃ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ）， 该工艺（图 ５）由加拿大 Ｗａｔｅｒｌｏｏ 大学研制开发。生物质在一连续流化床中 裂解， 沙子为载热体， 它的热容是相同体积气体的 １ ０００ 倍， 当它与粉碎为细粉的生物质接触时， 可实 现很高的传热速率（１ ０００ ℃／ｓ 以上）和极短的反应停 留时间。挥发物通过反应器中的气固快速分离、冷激 等过程， 得到最大产率的液体产品达 ８０％以上。该 工艺在世界各地运行都很成功， 加拿大 ＤｙｎａＭｏｔｉｖｅ 现有一个处理能力为 １０ ｔ／ｄ 的示范工厂， 正打算把 它扩建到 １００ ｔ／ｄ。
化 地 转 化 为 生 物 质 油 （ｂｉｏ－ ｏｉｌ）， 最 大 转 化 率 超 过 物［２］。
８０％。从那以后， 世界各国相继开展了这方面的研 １．３ 闪速裂解