新型下降管生物质热裂解液化装置的试验研究

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1、2015年8月农机化研究第8期新型下降管生物质热裂解液化装置的试验研究王祥，李志合，李艳美，李宁，张德俐，易维明(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049)摘要:采用新型下降管热裂解液化反应器，利用玉米秸秆粉进行(快速)热裂解试验，对物料及热载体的理化性质进行了分析。考察反应装置的整体运行情况，在固体热载体与生物质颗粒的质量比为20:1的情况下，固体热载体预热温度达到575℃时，截取了连续150min内V型下降管内的温度变化，对喷淋装置内生物油的温度进行了实时采集。实验结果得到了475、525、575℃不同温度下的生物油收集率，并对热裂解产物

2、包括生物油的理化特性、炭粉粒径分布和不可冷凝气体的成分进行分析。关键词:下降管反应器;生物质;热裂解;生物油中图分类号:TK6文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0230－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.0520引言1试验我国是农业大国，生物质资源含量非常丰富。传1．1试验材料统的生物质利用形式主要为直接燃烧，不仅利用率玉米秸秆选取自淄博张店当地，自然风干经粉碎低，浪费资源，而且污染环境。生物质快速热裂解制机粉碎。生物质热裂解液化试验中，物料粒径应小于［10］取生物油为生物质高效利用提供了一条重要

3、途径。1mm，以降低固体产量、增加生物油产量。试验前生物油可以直接用于燃烧，也可精炼成化石燃料的替需将其放入干燥箱中，在105℃下连续烘干24h。陶代品，还可以提取出高附加值的化工产品，这也是生瓷球颗粒耐高温、流动性好，可重复循环多次使用，其物质转化为液体燃料最有希望、最经济的方式［1－3］。［11］比热容为相同体积气体的1000倍，热传性能好，针对生物质热裂解液化，研究者对各种形式的反非常适合作为热载体材料。本试验所用陶瓷球由淄［4］应器进行了诸多研究。Bridgwater对近年来世界范博市华光陶瓷厂生产，直径在2～3mm之间。围内热裂解反应器进行了详细的

4、分析，并说明了各设1．2原料特性分析备的优缺点。沈阳农业大学与荷兰吞特大学合作引对试验用玉米秸秆粉进行多次重复试验，测得玉［5］进了旋转锥式生物质快速热裂解反应器，原料加工米秸秆热值为15836J/g。元素分析和工业分析如表能力可以达到50kg/h。浙江大学在流化床研究方面1所示。做了较多工作，包括热解过程中的热解机理和反应器表1元素分析及工业分析内颗粒流动特性等研究［6－8］。山东理工大学利用高Table1Eelementaryanalysisandindustrialanalysisofcornstalk%温热载体直接加热生物质颗粒快速升温热解工艺方Cd

5、HdOdNdVdFCdAd［9］法，研发了一种新型下降管式热解液化系统。该系40．166．5540．090．8110．5075．8113．69统以陶瓷球为热载体，实现了生物质快速升温后利用喷淋装置冷却从而获取生物油。2试验参数及方法本研究利用新型下降管热裂解液化反应器对玉2．1试验参数的确定米秸秆粉进行热裂解试验。2．1．1反应温度收稿日期:2014－08－13反应温度的变化对热裂解最终产物的组成和不基金项目:国家“863计划”项目(2012AA101808)可冷凝气体的组成有显著的影响。国内外众多学者作者简介:王祥(1985－)，男，山东菏泽人，硕士研究生

6、，(E－mail)研究认为，合适的热解液化的温度在500℃左右。另wx59850@126．com。外，考虑到试验操作中的不确定性，不可避免会有温通讯作者:李志合(1975－)，男，山东夏津人，教授，博士，(E－mail)lizhihe@sdut．edu．cn。度的波动，选取475、525、575℃3个温度为最终的试·230·2015年8月农机化研究第8期验温度条件。3试验结果处理与数据分析2．1．2固体热载体与生物质颗粒的比例固体热载体和生物质颗粒的混合流动性、传热规3．1系统关键部位的温度采集律等特性是其反应的关键。山东理工大学的李志3．1．1反应段温度的

7、稳定性［12］［13］合、何芳等人研究认为:随陶瓷球流量、陶瓷球当固体热载体预热温度达到575℃时，截取连续与生物质粉质量比的增大，生物质粉升温速度加快;150min内V型下降管内的温度变化，结果如图2所但当热载体和生物质质量比大于20时，再提高载体示。由图2可以看出:温度较为稳定，上下波动在5%量对热解结果的影响已不再明显。所以，选取固体热左右。载体与生物质颗粒的质量比为20:1。试验参数的具体设置如表2所示。表2试验工况Table2Testconditions试验参数试验水平生物质种类玉米秸秆热载体/生物质比例20:1温度/℃475、525、5752．2

8、试验方法如图1所示，固体热载体在换热器内被加热到预设