新能源发电 第31讲 （西安交大）.ppt

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 生物质直接液化技术 生物质直接液化是在较高的压力和有溶剂存在条件下的热化学反应过程.反应物的停留时间常需几十分钟,主要产物是碳氢化合物(简称液化油).与热解技术相比，直接液化技术可以生产出物理和化学稳定性都更好的液体油品。 1913年德国人Bergius首先发现煤在高温高压下加氢能转化为液体油品.1927年德国IG公司开始建设第一座工业化规模的煤炭液化厂，1931年投运，年生产能力为10万吨。二次大战德国一度建立了12座煤炭直接液化厂,总规模达到年产量423万吨. 借鉴煤的液化技术，20世纪60年代后期,开始生物质直接液化技术研究.与煤的液化相比，生物质液化可以在较温和的条件下进行。1974年美国科学家成功地在实验室中将木屑和有机废弃物转化为液化油.此后又进行了大量的基础性研究. 德国研究者开发了一步法催化加氢技术,反应在20MPa氢分压和380度下进行，得到的油品99%正己烷可溶物，氧含量约12%，液化油的能量相当于输入能（生物质和氢）的59% 日本研究者也用碱金属的碳酸盐作催化剂得到了液化油.近年来许多学者又进行了煤与生物质共同液化的研究工作,发现共同液化比单独液化优越. 预处理 泥浆化 高压送料器 泥浆预处理 高压反应器 热回收 减压装置 产品回收 生物质原料 Na2CO3溶液 循环油 液化油 直接液化工艺 与石油相比，除分子结构不同外，生物质中的氢碳比低（0.75石油为1.6—2），但含氧量高，石油中几乎不含氧。液中需要加氢和裂解。首先对原料进行预处理，除去水分、进行粉碎，然后与循环油混合制成泥浆，反应压力为28MPa，温度为371度，催化剂为Na2CO3，加入CO进行反应，主要反应是将木质素转化为液化油。 液化油的特性: 液化油是高粘度,高沸点的一种酸性物质.元素分析见下表 粘度(61℃)/mPa.s 高位热值/(MJ/kg) 含水率/% 密度/(kg/L) 特 性 ＜45 S×10-6 15000 16.3 O 35.0 8.0 H 5.1 72.6 C 1.15 元素分析/% 液化油 液化油 特 性 生物质液化油典型特性 与生物原油类似,液化油也需要重整,转化为可利用的碳氢化合物,一般采用催化裂解和加氢裂解进行精炼.精炼后性能会明显改善。 生物质气化技术 生物质气化是以生物质为原料,以氧气(空气,富氧和纯氧),水蒸气或氢气等作为气化剂(或称气化介质),在高温条件下通过热化学反应将生物质中的可燃部分转化为可燃气的过程. 产生的气体有效成分有:CO,H2,和CH4等.称为生物质燃气. 最早的生物质气可以追溯到1883年,当时以木炭为原料，经过气化器生产可燃气，用于最早的汽车和农业灌溉.二次大战期间生物质气化技术达到了顶峰,当时有100万辆生物质气的汽车运行于世界各地.我国在20世纪50年代由于石油匮乏，也用生物质气作为汽车的燃料. 20世纪70年代后,由于石油危机,从新使人们回到生物质气,研究的中心以各种农业废弃物,林业废弃物为原料,生产可燃气体,用于热源,发电或作为化工原料. 生物质气化包括干燥、热解、部分氧化燃烧和还原等环节。与热解技术的不同之处在于气化过程需要通入氧气与生物质直接进行燃烧，产生热量和二氧化碳、水蒸汽等以维持气化的进行。 干燥温度维持在200—300度，可以将水分蒸发出来。 干燥后，在500—600度的温度下热解出H2，CO，CO2，CH4焦油和其他炭氢化合物。 然后通入空气或氧气与剩余木炭和挥发物与空气发生激烈反应，放出大量的热。 氧气耗尽后木炭等燃烧产物与水蒸气发生还原反应，生成各种可燃气体。 还原层 700～900℃ 氧化层 800～1200℃ 热解层 300～800℃ 干燥层 200～300℃ 生物质 灰 可燃气 气化剂 分解出H2,CO,CH4,焦油等 燃烧C和可燃气体，提供热量 C+H2O C+CO2 C+2H2 CO+H2 2CO CH4 蒸发出水分 无气化剂 干馏气化 空气气化 氧气气化 水蒸汽气化 水蒸汽—空气气化 氢气气化 有气化剂 生物质气化 5MJ/m3 15MJ/m3 17-21MJ/m3 11.5MJ/m3 22.3--26MJ/m3 气化的分类 下吸式气化炉 上吸式气化炉 横吸式气化炉 鼓泡床气化炉 循环流化床气化炉 双床气化炉 携带床气化炉 固定床气化炉 流化床气化炉 生物质气化炉 气化炉分类 上吸式可利用热解层热量,出口温度低,热效率高,可加入水蒸汽提高燃气中氢的含量.但焦油含量高. 下吸式中还原层温度高,焦油可以得到分解,因而燃气中焦油含量低. 横吸式一般适用于木炭和含灰量较低的物料. 循环硫化床可以使物料中的炭充分氧化. 第2级专用于氧化反应,产生热量向第一级供热. 生物质燃气的特性：主要成