生物质热裂解液化课件.ppt

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1、第五章生物质热裂解液化技术5.1生物质热裂解液化原理生物质热解液化是指将生物质在完全缺氧或限氧条件下热降解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭产品的过程。5.1.1生物质热解液化概念热裂解工艺慢速升温快速升温反应性热裂解化学反应条件；热传递条件、物质传递条件通过控制热解条件可以得到不同的热解产品燃气碳油三种主要组成物常常被假设为独立的进行热分解半纤维素分解温度：225~350℃纤维素分解温度：325~375℃木质素分解温度：200~500℃半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解为碳。5.1.2

2、反应机理1、生物质组成成分生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物以及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成的。2、最为广泛接受的纤维素热分解反应途径模式：碳，H2O、CO2、CO纤维素焦油Kilzer提出了一个被广泛采用的纤维素热解途径的概念框架：（放热）280~300℃纤维素焦油（主要是右旋聚糖）（吸热）200~280℃竞争反应一些有序的炭+水+CO+CO2等脱水纤维素+水低加热速率倾向于延长纤维素在200~280℃范围所用时间，以减少焦油为代价增加炭的生成近年来，一些研究者相继提出了与二次裂

3、解反应有关的生物质热裂解途径。代表性的模式如下：生物质气体炭生物油热量生物油气体生物质一次裂解一次气体一次生物油生物质炭二次裂解二次气体二次生物油脱水干燥阶段：物料干燥脱水温度在150℃以下，水分大量挥发，化学组成几乎不发生变化。挥发分逸出阶段此阶段是挥发分逸出、不稳定组分热裂解的过程。一般发生在150-350℃范围，挥发分大量逸出，不稳定组分分解产生CO、CO2和少量醋酸等物质。固体热解、碳化阶段物料在300度-600度范围发生一系列复杂的裂解反应，聚合物降解、固形物裂解液化或进一步气化，形成乙酸、甲醇、

4、CO2、CO、CH4、H2等小分子液态或气态物质，部分固形物在干馏过程中脱氢脱氧炭化。3、热裂解过程分为三阶段脱水挥发分逸出炭化5.1.3影响热解过程及产物组成的主要因素1、温度产物组成不可冷凝气体产量温度影响一次热解与二次热解，从而显著影响产物产率与组成。一般来说，低温（300-400℃）、低加热速率和较长固相滞留时间的慢速加热热解主要用于增加炭产量。炭产量最高可达70%（质量产率）。中温（450-550℃）、极高加热速率和极短气相滞留时间的快速热解主要用来增加液相产率，最高可达80%。500-650℃范

5、围内的闪速热解是为增加生物油产量的一种高速热解工艺方法。温度高于700℃，则主要以气相产物为主。随温度的升高，气体产物增加，炭产率降低，而焦油产率有一个峰值。麦草管式炉热解产物组成*热解温度(℃)液体含量%固体碳含量%气体含量%400423523450522919500582616550532126600421538采用管式炉在氮气存在下进行麦草热解的实验研究*表明：*华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室与中国科学院广州能源研究所（孔晓英，吴创之等人，2001）2、物料特性种类（密度、挥发分、导热率、水分

6、、灰分)、形状、粒径、粒径分布、对生物质裂解行为及产物组成具有重要影响的因素：比如木材的种类、密度、导热率、纹理对热解的影响十分复杂，往往与热解的温度、压力、升温速率等外部特征产生交互作用。粒径、形状常左右着热解速率与传质传热速率，影响颗粒内外加热速率的不均和温度的不均衡，当颗粒内部裂解温度过低时会产生过多的炭。因此小粒径有利于减少炭生成，提高生物油产率。颗粒比表面积速率传质传热速率热解反应速率热解速率、传质传热速率与粒径的关系示意图1mm*大多数热解液化工艺原料颗粒小于5mm，对于闪速热解颗粒应小于1mm

7、。3、反应条件3）升温速度1）固体和气相滞留期研究表明在给定温度和粒径条件下，为使生物质彻底转化需要很小的固相滞留期。为获得最大生物油产量，热解过程中的挥发产物应该迅速离开反应器以减少焦油二次裂解。气相滞留期不应超过2秒，最好控制在1秒以内。2）裂解压力压力大小影响气体滞留时间，从而影响二次裂解，最终影响产物分布低升温速率有利于炭的形成，而不利于焦油产生。较高的升温速率可改变反应途径与反应速率，改变固、液、气产物比率。以生物油生产为主要目的时，需要极高的加热速率。传统的热解特征而言，加热速率为0.01-2℃

8、/s，固相和气相滞留时间分别在数分钟和5秒以上。5.2热解液化工艺流程热解液化的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破碎干燥粉碎反应器原料分离冷凝器不凝气炭生物原油干燥：为了避免过多的水分被带到生物油中。一般要求原料含水率在10%以下。粉碎：为了提高生物油产率，要求很高的加热速率，故必须粉碎物料。热裂解：反应器内物料迅速升温热裂解。分离：主要是固气分离产物比率主要