国内外生物质热解液化装置的研发进展_王黎明

文章编号:0254-0096(2006)11-1180-05

国内外生物质热解液化装置的研发进展

收稿日期:2005-10-08

基金项目:863国家高技术研究发展计划(2001AA514060);948

项目(2001-28)

王黎明1,2

,王述洋

1

(11东北林业大学,哈尔滨150040;21黑龙江八一农垦大学,大庆163309)

摘 要:生物质热解技术是最具有发展潜力的生物质能技术之一。而对其热解装置的研究又是热解技术研究的核心内容。该文针对国内外生物质热解液化装置的研发现状进行了较全面地介绍并提出了存在的问题及可能的解决方案,对发展我国的生物质液化技术有指导意义。关键词:生物质;热解装置;研发进展中图分类号:TK6 文献标识码:A

0 前 言

生物质快速热裂解制取生物油是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术。许多国家都制定了相

应的开发研究计划。日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其他诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究计划与开发,并形成了各具特色的生物质能源与开发体系,拥有各自的技术优势。本文针对国内外生物质热解液化装置的研发现状进行了较全面地介绍,并提出了存在的问题及可能的解决方案。

1 生物质热解液化技术简介

生物质热裂解是生物质在完全缺氧的条件下热裂解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3个组成部分的过程。控制热裂解的条件(反应温度、升温速率)可以得到不同的热裂解产品。

热裂解液化的一般工艺流程包括物料的干燥、

粉碎、热裂解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却和生物油的收集。

在生物质热裂解的各种工艺中,不同研究者采用了多种不同的试验装置,然而在所有热裂解系统中,反应器都是其主要设备,因为反应器的类型及其加热方式的选择在很大程度上决定了产物的最终分布,所以反应器类型的选择和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。综合国外现有的反应器,主要可分为流化床、烧蚀反应器、携带床反应器、

旋转锥、真空移动床。

2 国外生物质热解液化装置的研发

211 流化床(F luid Bed)

这种反应器的工作原理是利用反应器底部的常规沸腾床内物料燃烧获得的热量加热砂子,加热的砂子随着高温燃烧的气体向上进入反应器与生物质混合并传递热量给生物质。生物质获得热量后发生热裂解反应。这一装置的优点之一是设备小巧。它的另一优点表现在很短的气相停留时间,可以防止热解蒸汽的二次裂解。

随着流化床工艺日渐成熟,一些公司选择了流化床作为进一步的发展,其中:Union Fenosa,在西班

牙有200kg P h 的控制设备[16]

(如图1);Dynamotive,在加拿大有一个基于RTI 设计的50kg P h 的设备[16]

(图2);Wellman,在英国建有一个250kg P h 的设备

[15]

(图

3)。循环流体床和传送床反应器已经发展到商业状

态,美国一些工厂使用它们生产食物调味料和相关的产品,生产量达到1~2t P h 。图4显示了650kg P h 的设备,是由Ensyn 提供给意大利E NEL 的。212 烧蚀反应器(Ablative Pyrolysis Reactor)

烧蚀反应器是快速热解研究最深入的方法之一,它能够热解相对于其他的反应器来说较大颗粒的生物质。关于烧蚀反应器的很多开拓工作是由NREL 和Nancy 的CNRS 完成的,其中NREL 是在涡旋反应器(见图5)里完成的。最近,Aston(阿斯顿)大学对其进行了进一步的发展,其反应器系统第二种方案见图6。

第27卷 第11期

2006年11月

太 阳 能 学 报

ACTA ENER GIAE SOLARIS SINICA

Vol 127,No 111

Nov.,2006

图1 Union Fenosa,200kg P h 快速热解控制厂Fig 11 200kg P h fast pyrolysis plant at Union

Fenosa

图2 Dynamotive,加拿大,50kg P h 流体床快速热解设备

Fi g 12 Dynamotive,Canada,50kg P h fluid

bed fast pyrolysis

unit

图3 在Wellman 的250kg P h 示范工厂Fig 13 250kg P h pilot plant at Wellman

213 携带床反应器(Entrained Flow Reactor)

美国Georgia 工学院(GI T)开发的携带床反应器(Entrained flow reactor),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。当进料量为15kg P h,反应温度745e 时,可得到58%的液体产物,但需要大量高温燃烧气,且产生大量低热值的不凝气是该装置的缺点,这

一缺点限制了其使用。

图4 Ensyn 提供给在意大利的E NEL 650kg P h 设备Fig 14 650kg P h unit at E NEL,Italy,supplied by Ensyn

图5 NREL,美国,20kg P h 烧蚀快速热解设备

Fi g 15 NREL,USA,20kg P h ablative vortex

fast pyrolysis uni t

图6 英国Aston(阿斯顿)大学的5kg P h 烧蚀反应器

Fig 16 5kg P h ablative reactor at Aston University,UK

214 旋转锥(Rotating Cone Reactor)

旋转锥反应器(在Twente 的大学发明的,由B TG 发展的)是一个最新的研制成果。生物质颗粒与过量的惰性热载体(砂子)一道喂入反应器转锥的底部,当生物质颗粒和热载体构成的混合物沿着炽热的锥壁螺旋向上传送时,生物质与热载体充分混合并快速热解。该反应器的特点是升温速率高、固相滞留期短。整个反应过程不需要载气体,从而减少了随后的生物燃油收集系统地体积和成本,反应器

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