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生物质闪速热解技术及生物油的应用

摘要：目前可利用的石油资源在日益耗竭，许多国家纷纷开始寻找石油的替代品，其中生物质热解液化制油技术已被认为是最具有发展潜力的技术之一。本文介绍了国内外的主要热解反应器研制情况，并阐述了生物油的应用。

1引言

能源在当今世界中具有重大的战略意义，它不仅是人类赖以生存和发展的基础，也是制约国民经济发展的重要因素，而地球上可利用的石油资源在日益耗竭。因此，许多国家纷纷开始寻找石油的替代品。生物质能作为可转化为液体燃料的可再生资源，且其储量巨大，它仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源总量的第四位。所以，生物质热解液化制取燃油将成为本世纪最有发展潜力的技术之一。

2生物质闪速热解液化原理

生物质热解是指生物质在完全缺氧或有限氧供应条件下的热降解，最终生成炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体(不可冷凝)的过程，三种产物的比例取决于热解工艺的类型和反应条件。当温度一般控制在500~650e之间时，称为中温闪速热解，其产物以可冷凝气体为主，冷凝后变成生物油。图1是生物质闪速热解的过程示意图，热量传递到生物质颗粒表面，并由表面传递到颗粒的内部，生物质颗粒被加热后迅速分解为炭和热解蒸气(一次裂解)，其中，热解蒸气由可冷凝气体和不可冷凝气体组成；随着热解过程的继续，在多孔生物质颗粒内部的热解蒸气将进一步热解(二次裂解)，使一部分可冷凝气体转变成不可冷凝气体，可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油。

要使生物质充分热解液化，必须满足以下三个条件：

(1)保证热解温度控制在500e~650e，使生物质热解后产生的热解蒸气尽可能多的为可冷凝气体。

(2)生物质颗粒必须粉碎到一定的粒度，以确保生物质颗粒的温度迅速提高，使其达到热解状态。

(3)将热解产生的气体需尽快导出，进行冷凝，以防止可冷凝气体发生二次热解而变成不可冷凝气体。

3国内外生物质闪速热解反应器研发概况

国外在生物质热解方面作了大量工作，特别是欧、美等发达国家，在进行全面理论研究的基础上，已建立了相应的实验装置。由于实验装置具有热解工艺过程简单、投资低、液体产物收率高、产品可以储存等原因，北美和欧洲一些国家纷纷加快了研究进度，并研制出了多种快速热解反应器，有的已经达到商业化阶段。与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质快速热解的研究起步较晚，但是发展速度很快。近几年，国内一些高等院校和科研院所在生物质热解等方面做了大量应用研究，取得了一定的成果。国内外所使用的热解反应器大致相同，以下对其中的五种主要反应器作简单介绍：

3.1旋转锥反应器

荷兰Twente(乔特)大学及BTG集团于1989年开始研制闪速旋转锥，它是VanSwaaij和WPrins等人提出来的，到1995年取得初步成功。我国沈阳农业大学在20世纪90年代中期引进了荷兰研制的第一代闪速旋转锥反应器；近年来设计了三锥组合式热解反应器，初步实验已取得成功，该研究得到了国家/863项目0和/948项目0的支持，目前正在此基础上开展深层的技术研究和推广，图2是东北林业大学生物质能工程中心设计的第三代转锥式生物质热解制油设备。

Twente旋转锥反应器工作原理见图3，生物质颗粒与过量的惰性载热体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，热解后产生的热解蒸气经冷凝后得到生物油。其特点是升温速率高，固相滞留期短，整个反应过程不需要载气体，从而减少了装置体积和成本，但整套装置运行与维护较复杂。

3.2流化床反应器

加拿大Waterloo(滑铁卢)大学在20世纪80年代开始开发流化床热解液化技术，目前，加拿大达茂公司的设备最大日处理能力200t，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/h。我国浙江大学近年来也开展了小型流化床闪速热解制油试验装置的研究，此外，中科院广州能源所、华东理工大学等科研单位也对流化床技术进行了研究探讨。

Waterloo流化床反应器的工作原理见图4，风干的生物质锤磨后筛分出小于595Lm的颗粒，生物质颗粒被循环的产物气体吹扫并被输送进反应器，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沙子，加热的沙子随着高温燃烧的气体向上进入反应器与生物质混合，生物质获得热量后发生热解反应，热解蒸气被导到两个冷凝器中进行冷凝，得到生物油。其特点是设备小巧，气相停留时间很短，可以防止热解蒸气的二次裂解，但要求原料颗粒尺寸较小。

3.3烧蚀反应器

美国太阳能研究所1984年开发了漩涡烧蚀反应器，后来英国阿斯顿大学又做了进一步的研究，加工能力为3kg/h。其工作原理见图5，利用筒状加热器把圆筒形壁面加热到7000e