生物质热解液化

　摘要:随着世界经济的发展，能源消耗的增大和人们对可再生清洁能源的需求，发现并开发新能源是当今的一个重要研究课题。生物质能源具有可再生性、分布广泛、环境友好等优点。通过转换技术可以高效地利用它生产各种清洁燃料以替代煤炭、石油和天然气燃料，符合社会的可持续发展原则进而受到世界各国的高度重视。而生物质热解液化技术工艺作为最有用的生物质利用技术却起步较晚，技术不成熟。近年来，各国科研机构和科研院校都在加大该技术的开发和技术攻关。
关键词：生物质热解液化热解工艺

　　0引言

随着世界经济的发展，能源问题已经成为了制约一个国家发展的重要因素，有限的资源引起的能源危机以及带来的环境污染都促使人们大力发展新型节能型能源，太阳能、风能、核能和生物能等可再生能源成为必然选择。其中，生物质能储量丰富，清洁，满足可持续发展观，并且可以满足人们正常的需求，因此，生物质能是当下发达国家战略能源的重要组成部分。

　　1热解技术及原料

　　1.1技术简介

生物质热解液化液化是生物质在中温、高加热速率和极短气体停留时间的条件下使有机高聚物分子迅速断裂为短链分子，热解气体经快速冷凝，主要获得液体产物（生物油）、气体产物（可燃气）和固体产物（炭粉）的热化学转化过程。不同的工艺条件引起三种产物比例的不同。其中得到的液体产率（质量比）可高达70%-80%［1］。

　　1.2原料

（1）农林废弃物：我国农村每年产生的作物秸秆等农林废弃物可折合2.72×108t标准煤，约占农村总耗能的40%［2］。但农林废弃物主要作为燃料燃烧或废弃，不仅利用水平低而且污染环境。
（2）藻类：广泛分布在有光和潮湿的任何地方。光合作用效率高、适应环境能力强、生长成熟至可以使用的时间短、产量高，藻类在水中生长，不占用过多的地面面积，自动机械化的养殖过程。此外，海洋、湖泊等每年有藻类生物量可供使用。
（3）餐厨垃圾：随着经济发展、城市化进程的加快，餐厨垃圾的产生量呈现递增状态。然而大多数国家没有好的方法处理和利用餐厨垃圾。作为饲料原料、焚烧、填埋及堆肥等，是传统的处理方式，不仅利用率低且污染环境。所以，现在一个新的研究方向就是餐厨垃圾热解液化技术［3］。
（4）城市有机废弃物：城市有机废弃物的特点是季节变化明显、体积大、易腐化、含水率高、热值低等，想要妥善的处理就不能在应用传统的方法。先后开发的发酵、水解和热解等技术，可以更有效的利用生物质资源。进料无需干燥、效率高，无二次污染等优点是热解技术的长处。

　　2热解液化工艺

　　2.1快速热解

生物质在常压、超高加热速率（103-104K/s）、超短产物停留时间（0.5-1s）、适中热解温度（500℃左右）下瞬间气化，然后快速凝结成液体，可获得的液体产率是最大的。85%是文献报道最高的液体产率，仅有少量的气体和固体（焦炭）生成。生物质的常压超短直接液化是该过程的另一种叫法。若要获得80%的气体产率及少量液体和焦炭，需要将热解温度调整到700℃以上

　　2.2高压液化

生物质在高压约为1.013MPa，温度250-400℃，停留时间为0.5-2h，通入CO/H2合成气，催化剂作用下热解，可获得产量约35%，质量较好［含氧15%（质量分数）］、热值较高的油品。

　　2.3高温裂解

采用双螺旋混合反应器高温快速裂解，首先是利用大量的高温砂子作介质，在空气密封的条件下，将干燥的和切碎的秸秆或木材在极短的时间内迅速加热到500℃。原料在该反应器中进行快速热解，被转化成液态的焦油和焦炭的混合物，称之为“油浆”。油浆所含的能量密度20-25MJ/kg，大概超出秸秆10倍，大致与原油的水平相当。

　　2.4微波热解

用微波使生物质大分子发生裂解、异构化和小分子聚合等反应生成生物油的过程被称为微波热解。微波加热过程中二次反应比常规加热少，有利于增加生物油产率［4］。微波热裂解木屑时，单模谐振腔比多模谐振腔更有助于木屑热解为生物油；孔隙中的水分可以提高加热速率并减少二次反应，提高生物油的产率和质量。微波热解玉米秸秆和山杨木过程中使用乙酸钾作为催化剂作为热点吸收微波，可以加速热解反应，并提高生物油的产量［5］。

　　2.5催化热解

催化热解是指在催化剂的参与下改变生物质热解气成分，以实现生物油高收率和高品质的热解反应迆程。催化剂能够降低生物质热解活化能，增加生物质分子热解时的断裂部位，使生物质快速热解形成高温蒸气。催化剂的合理选择可以在生物质热解过程中减少焦炭的形成，增加生物油的产率［6］。

　　2.6混合热解

生物质与其他物料的共热解液化简称为混合热解。目前，国内外学者对煤与生物质的共热解液化研究较多。由于煤热解液化过程耗氢量大、反应温度高、且需要在催化剂和其他溶剂的参与下进行，使得煤液化成本增高；另一方面，生物质热解液化所得生物油的品质较低，这些不利因素限制了它们的发展。而煤与生物质的混合热解可以在它们的协同作用下降低反应温度，并显著提高液化产物的质量和收率［7］。

　　3生物质热解液化装置

　　3.1加料系统

生物质热解液化过程中，加料系统供料均匀性会给热解液化效果产生重要影响。加料系统中螺旋加料技术因具有易于工业化、输送能力大以及结构简单等优点而被广泛应用。

　　3.2流化床反应器

反应器是热解的关键设备，其中气相停留时间、反应温度、加热速率是重要指标。流化床反应器是一种借助液体或气体由上而下经由固体颗粒层，使得处于悬浮状态的颗粒发生液固相或气固相反应的装置。

　　3.3旋风分离系统

旋风分离器是借助气固两相流体旋转运动，再离心作用下实现固体颗粒从气体中分离出来的设备。实践表明，影响气固分离效率的因素有很多，如分离器尺寸、结构、固体颗粒粒径等。

　　3.4冷凝系统

冷凝器包括直接式冷凝器、间接式冷凝器。其中间接式冷凝器有板式冷凝器、盘管式冷凝器、列管式冷凝器等。尤其是列管式冷凝器，安装方便，受空间高度影响小，在实际生产中具有较高的利用率，冷凝过程中，裂解气产物和非冷凝性气体形成烟雾状气溶胶形态，大大增加了液体收集难度，在规模较大的反应系统中，利用冷液体接触的方式可提高冷凝收集效果。

　　参考文献

[1]朱锡锋,郑冀鲁,郭庆祥,朱清时.生物质热解油的性质精制与利用[J].中国工程科学,2005(09):83-88.
[2]刘圣勇,张杰.生物质气化技术现状及应用前景展望[J].资源节约和综合利用,1999(02):24-27.
[3]王栋,吴学深,沈亮.城市餐饮垃圾循环利用新工艺[J].民营科技,2007(07):25-26.
[4]商辉,KINGMANSam,ROBINSONJohn.微波热裂解木屑的基础研究[J].生物质化学工程,2009,43(06):18-22.
[5]WanY，ChenP，ZhangB，etal.Microwave-assistedpyrolysisofbiomass：Catalyststoimproveproductse-lectivity［J］.JournalofAnalyticalandAppliedPyroly-sis，2009，86（1）：161-167.
[6]ChenMQ，WangJ，ZhangMX，etal.Catalyticeffectsofeightinorganicadditivesonpyrolysisofpinewoodsawdustbymicrowaveheating［J］.JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis，2008，82（1）：145-150.
[7]郑志锋,黄元波,潘晶,蒋剑春,戴伟娣.煤与生物质的共热解液化研究进展[J].生物质化学工程,2009,43(05):55-60.