生物质快速热解技术现状.doc
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1、生物质快速热解技术现状摘要:生物质能源是可再生能源的重要组成部分,有丰富的资源和低污染的特点,它的开发与利用已成为2l世纪研究的重要课题。本文概述了生物质转化利用的方法,并重点阐述了生物质热化学转化法中的快速热解技术,同时综述了国内外快速热解反应器的现状,以度其产物生物油的收集与特征分析,并提出了我国在快速热解研究方面应采取的有关措施。生物质是地球上绿色植物通过光合作用获得的各种有机物质,它是以化学方式储存太阳能,也是以可再生形式储存在生物圈的碳。主要包括林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源作物、城市垃圾、有机废水和人、畜粪便等。据统计,世界每年生物质产量约l460亿吨,其中农村每年的生物质
2、产量就有300亿吨,而生物质的利用却仅占世界能源消耗总量的l4,发达国家占3,发展中国家占35,是继石油、煤炭、天然气等化石能源之后,当今全球第四大能源。但随着化石能源利用中产生诸如“酸雨”、“温室效应”等环境问题的日益突出,以及化石燃料本身可开采量的逐渐减少,生物质能源凭借其是一种环境友好型能源,及其利用中较低的SO、NO产出和CO净排放量为零等优点,引起了越来越多人的关注。不言而喻,生物质能源将是未来可持续发展能源体系的重要组成部分,无论是从环境,还是从资源方面考虑,研究生物质能源的转化与利用都是一项迫在眉睫的重大课题。1生物质转化利用方法1.1生物法或称为微生物法生物质(主要是农作物秸秆
3、、粪便、有机废水等)在厌氧条件下发酵制得沼气,主要成分是甲烷;糖类、淀粉类原料水解发酵制取酒精。1.2化学处理法生物质中的半纤维素在酸l生条件下加热水解获得重要的化工原料糠醛;利用稻壳生产白炭黑等。1.3热化学转化法1.3.1热解 生物质在隔绝或少量氧气的条件下,热解反应获得气体、固体、液体3类产品。近几十年来国外研究开发了快速热解技术,即生物质瞬间热解制取液体燃料油,其得率高达70以上,是一种很有开发前景的生物质应用技术。1.3.2液化 分直接液化和间接液化两类,直接液化是生物质在高压设备中,添加适宜的催化剂,反应制得液化油,作为汽车用燃料,或者分离加工成化工用品,这是近年来生物质能利用研究
4、的热点。间接液化是把生物质先气化成气体后,再进一步合成液体产品;或者把生物质中的纤维素、半纤维素水解,然后再发酵制取酒精。1.3.3气化 生物质在较高的温度(700900)下,与气化剂(如空气、氧气或水蒸气)反应得到小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是空气作气化剂,产生的气体主要作为燃料使用,可用于锅炉、民用炉灶、发电等场合,也可作为合成甲醇、氨的化工原料。气化技术在国外已实现大规模工业化,主要有气化发电技术,目前我国在此方面已基本完成中试与小规模生产,现正走向大型产业化生产阶段。1.3.4直接燃烧 生物质在充足氧气的环境下直接燃烧,把化学能转变为热能。近年来还出现了生物质固化成型技术,通
5、过机械加压的方法将分散、无定形生物质转化为一定形状和密度的固体燃料,然后再燃烧。热化学转化法可用图1表示:2生物质热解技术生物质热解分慢速热解和快速热解。慢速热解为生物质在极低的升温速率,温度约400以下,反应时间15min几天,可得到最大限度35的炭产率,这个过程也称为生物质的炭化。快速热解为生物质在常压中等温度(约500),较高的升温速率103一104/s,蒸汽停留时间1s以内,据文献报道液体生物油的产率最高可达85,并仅有少量可燃的不凝性气体和炭产生。本文主要论述生物质快速热解法。生物质快速热解技术始于20世纪70年代,是一种新型的生物质能源转化技术。它在隔绝空气或少量空气的条件下,采用
6、中等反应温度,很短的蒸汽停留时间,对生物质进行快速的热解过程,再经过骤冷和浓缩,最后得到深棕色的生物油。图2是典型的生物质快速热解工艺图(循环流化床快速热解工艺简图)。众所周知,目前生物质气化法是大规模集中处理生物质的主要方式,但也存在气体热值低,不易存贮、输送,小规模设备发电成本高以及上电网困难等问题;而固体燃料直接燃烧存在燃烧不完全,热利用率低,使用场合受限制等缺点。鉴于上述情形,生物质快速热解技术作为一项资源高效利用的新技术逐渐受到重视,已成为国内外众多学者研究的热点课题。因为生物油易于储存和运输,热值约为传统燃料油的一半以上,又可以作为合成化学品的原料,同时产生的少量气、固体产物可以在
7、生产中回收利用。2.1国外快速热解现状国际能源署(IEA)组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作,重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调,并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论。欧美从20世纪70年代第一次进行生物质快速热解实验以来,已经形成比较完备的技术设备和工业化系统,表1较详细列出了欧美地区快速热解技术正常运行的反应器。其中加拿大的Dyna Motive Energy Systems是目前利用生物质快速热解技术实行商业化生产规模最大的企业,其处理量为1500kgh,生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料
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