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第七章生物质热裂解液化装置
生物质快速热裂解反响器是生物质快速热裂解液化技术的核心设备。目前国内外比拟典型的反响器有流化床、旋转锥反响器、烧蚀反响器、涡旋反响器以及输运床、引流床、真空移动床等等。山东理工大学在国家863方案的资助下，研发了具有自主知识产权的利用固体热载体加热生物质的下降管式热裂解反响器和双螺旋滚筒式热裂解反响器。本章主要对生物质热裂解液化工艺的研究进展及流化床、旋转锥、下降管等典型生物质热裂解液化反响器的工艺原理、结构特点进行介绍。
第一节生物质热裂解液化工艺过程及研究进展
一、生物质热裂解液化工艺过程及要求
生物质快速热裂解液化要求得到尽可能多的液体产物。采用快速热裂解技术，生物质所含的长链有机高聚物在隔绝氧气的条件下迅速受热断链为小分子为主的热裂解蒸汽，热裂解蒸汽被迅速冷凝，从而获得液体油产物——生物油〔Bio-oil〕。生物质快速热裂解液化制取生物油系统的工艺流程如图7-1所示。工艺过程如下：生物质经枯燥和粉碎后喂入热裂解反响器中，反响气固产物首先经旋风别离器别离出残炭；再经冷激装置将热裂解蒸汽迅速冷却成液态，以防止可冷凝气体二次裂解为不可冷凝气体；所得的最终产物为残炭、不冷凝气体和生物油并分别收集。
热裂解
热裂解气
枯燥
粉碎
反响器
生物质
冷凝
器
炭粉别离器
生物油
不冷凝气
炭粉
图7-1生物质热裂解液化工艺流程图
生物质快速热裂解液化的工艺要求：
〔1〕原料含水率应低于10%。
〔2〕把原料粉碎到足够小的粒度，以便提高加热速率、增加产油率；粒径大小与反响器有关，比方采用流化床及其它形式的热裂解器裂解，原料粒度一般应小于2mm。
〔3〕工艺装置应在无氧或者缺氧条件下运行。
〔4〕升温速率要在103Ｋ/ｓ以上，热解温度一般在450℃~6
〔5〕短的气相停留时间，停留时间越长，二次裂解发生的可能性越大，生成不可冷凝气体的成分增多，因此必须迅速冷却。而原料颗粒要完全裂解必须有一定的停留时间，两者对停留时间的要求是不同的，气相停留时间一般为～ｓ，大原料固相颗粒〔2mm〕的热裂解停留时间要求1～5s，小原料固相颗粒〔2mm〕的热裂解停留时间小于1s。
〔6〕热裂解反响产物中的炭会起催化作用，造成液化油不稳定，在热裂解气冷凝之前，必须快速彻底地除去。
二、生物质热裂解液化工艺研究进展
20世纪70年代末至80年代初，生物质快速热裂解液化术在欧美一些国家得到高度重视，到20世纪90年代，将固体生物质通过快速热裂解转化成生物燃油的研究在欧洲及北美有了突破性进展，技术比拟先进的主要有加拿大、荷兰、英国、美国、瑞士、意大利等国家。他们研究开发的快速热裂解液化装置及相应技术主要有：流化床、旋转锥反响器、烧蚀反响器、涡旋反响器、循环流化床、输运床、引流床、真空移动床等等。这些反响器的结构虽然不同，性能也有所差异，但均可实现生物质的热裂解液化。近年来，国外出现了许多新型热解器，比拟典型的有荷兰吞特大学〔UniversityofTwente〕研发的一种类似旋风别离器结构的新型生物质热裂解装置〔PyRos〕，其最大特点是热裂解、气固别离效率极高，结构紧凑、可靠性强，而且生物质液体转化率很高，非常适合实验室及中小规模生产。NielsBech等开发的离心式反响器〔PyrolysisCentrifugeReactor〕也是一种新型工艺，可以实现对农作物秸秆和木材的热裂解液化。
目前国外已经开发出的各种类型的反响器应用情况见表7-1。
表7-1国外生物质热裂解生产生物油工艺的研发情况
主持研究机构
国家
技术
规模/kg·h-1
现状
Dynamotive
加拿大
流化床
1500
运行
Interchem
美国
烧蚀涡流床
1360
1994年废弃
RedArrow/Ensyn
美国
循环传输床
1250
运行
RedArrow/Ensyn
美国
循环传输床
1000
运行
ENEL/Ensyn
意大利
循环传输床
625
运行
BTG/Kara
荷兰
旋转锥
200
运行
UnionFenosa/Waterloo
西班牙
流化床
200
运行
RedArrow/Ensyn
加拿大
循环传输床
125
运行
Ensyn
加拿大
循环传输床
100
运行
Pasquali/ENEL
意大利
循环流化床
50
停用
BTG/SAU
荷兰/中国
旋转锥
50
运行
University
德国
流化床
50
运行
University
加拿大
真空移动床
50
运行
WWTC*
加拿大
奥格窑(Augurkiln)
42
运行
Ensyn
加拿大
循环传输床
40
运行
NREL
美国
烧蚀涡流器
30
1997年撤除
Dynamotive
加拿大
流化床
20
运行
NREL*
美国
烧蚀涡流器
2
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