生物质热解炭化反应设备研究进展

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1、生物质热解炭化反应设备研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/118156.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com生物质热解炭化反应设备研究进展1，21，21，21，2石海波，孙姣，陈文义，潘萌娇（1、河北工业大学过程装备与控制工程系，天津300130；2、河北工业大学工程流动与过程强化研究中心，天津300130）摘要：生物质热解炭化技术作为生物质能源开发利用的一种重要途径，已经得到国内外广泛关注。文章介绍了生物质热解炭化反应设备的两大类型，即窑式炭

2、化炉和固定床式热解炉。详细论述了各种典型设备的结构特点和适用范围，认为与窑式炭化炉相比，固定床式热解炭化炉炭化周期短、对生物质原料适应性和可操作性更强、产炭品质更有保障。最后指出了高效、稳定、机械化是生物质热解炭化设备未来的研究和发展方向。生物质能是可再生的环境友好型能源，我国具有非常丰富的生物质能资源，包括各种速生林、薪炭林、农林废弃物、居民生活垃圾、工业垃圾等，年产量约合4亿多吨石油当量。在全球传统能源匮乏且价格越来越昂贵、环境污染问题愈演愈烈的今天，研究生物质能源的开发利用，可以改善不合理的国家能

3、源消费结构，减少能源进口量，具有特别突出的战略意义。我国已将“大力推进生物质能源产业发展”列入国家“十二五”规划，作为战略性新兴产业予以重点培育和扶持。生物质热解是一种新兴的生物质能开发利用技术，是指生物质在隔绝氧或缺氧条件下吸收热能，破坏生物质内部大分子结构，使其转化为固体焦炭、可燃气体和液态生物质油的过程。按照热解产物的不同分为热解炭化、热解气化、热解液化3种。生物质热解炭化即热解产物以焦炭为主，主要利用炭化设备将生物质在一定温度和升温速率下热解，并进一步加工处理成为蜂窝煤状、棒状、颗粒状等形状的固

4、体成型燃料，能够将生物质由低品位能源转化为无污染、[1]易储运的高品质“生物煤”能源。欧美等发达国家以及日本这样的资源短缺国家，采取对本国的资源保护主义和技术保密政策，尽管生物质热解炭化技术研究起步较早，但对于炭化设备的相关报道并不多见，直接利用本国生物质资源进行炭化研究在这些国家开展的也较少。生物质热解炭化及其设备研究主要集中在亚洲的印度、菲律宾、泰国、南美的巴西等发展中国家。我国从20世纪70年代开始对生物质能源开发支持力度加大，热解炭化工艺及设备研究得到快速发展，改善了一些传统的热解炭化反应工艺和

5、炭化设备。1生物质热解炭化反应及其设备特点1.1生物质热解炭化反应特点[2-10]根据固体燃料燃烧理论和生物质热解动力学研究，生物质热解炭化过程可分为如下阶段。首先是干燥阶段。生物质物料在炭化反应器内吸收热量，水分首先蒸发逸出，生物质内部化学组成几乎没变。其次是挥发热解阶段。生物质继续吸收热量到200℃左右，内部大分子化学键发生断裂与重排，有机质逐渐挥发，材料内部热分解反应开始，挥发分的气态可燃物在缺氧条件下，有少量发生燃烧，且这种燃烧为静态渗透式扩散燃烧，可逐层为物料提供热量支持分解。最后是全面炭化阶

6、段。这个阶段温度在300～550℃，物料在急剧热分解的同时产生木焦油、乙酸等液体产物和甲烷、乙烯等可燃气体，随着大部分挥发分的分离析出，最终剩下的固体产物就是由碳和灰分所组成的焦炭。生物质热解炭化是复杂的多反应过程，其工艺特点可概括为以下3点。①较小的升温速度，一般在30℃/min以内。实验研究表明：相对于快速加热方式，慢速加热方式可使炭的产率提高5.6%。②较低的热解终温。500℃以内的热解终温有利于生物质炭的产生和良好的品质保证。③较长的气体滞留时间。根据原料种类不同，一般要求在15min至几天不等

7、。1.2生物质热解炭化设备特点针对前述生物质热解炭化反应的特[11]点，要产出质量和活性都符合要求的优质炭，生物质热解炭化反应设备应有如下特点：①温度易控制，炉体本身要起到阻滞升温和延缓降温的作用；②反应是在无氧或缺氧条件下进行，反应器顶部及炉体整体密封条件必须要好；③对原料种类、粒径要求低，无需预处理，原料适应性更强；④反应设备容积相对较小，加工制造方便，故障处理容易、维修费用低。页面1/16生物质热解炭化反应设备研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/118156.ht

8、ml来源：中国新能源网china-nengyuan.com生物质热解炭化设备主要包括两种类型，即窑式热解炭化炉和固定床式热解炭化反应炉。其中窑式热解炭化炉在传统土窑炭化工艺的基础上已出现大量新的炉型。而固定床式炭化设备按照传热方式的不同又可分为外燃料加热式和内燃式，另外固定床热解炭化设备还有一种新型再流通气体加热式热解炭化炉型，也很有代表性。2窑式热解炭化炉2.1传统窑式炭化炉烧炭工艺历史悠久，传统的生物质炭化主要采用土窑或砖窑式烧炭工艺。