生物质热解炭气油多联产工程技术规范 第1部分工艺设计 编制说明
生物质热解炭气油多联产工程技术规范第1部分：工艺设计
（征求意见稿）编制说明
1．背景和意义
面对传统能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，国内一些科研院所及高等院校做了一些这方面的研究工作。生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术。并应用于规模化运行产出。相比之下我国的生物质热解在工艺设计、验收和运行各环节缺乏相应的系统性的技术和标准。
生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的炭气油多联产工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高热解产品品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。但目前我国的生物质产业发展起步较晚，生物质产业的设备运行和工艺设计没有形成统一的标准和技术规范，严重制约产业的发展。因此需尽快推进制定生物质热解工程设计工艺的国家标准的步伐，对推动我国生物质能源更快更好发展具有重大的意义。
2．任务来源
在以上背景下，国家标准化管理委员会下达了2015年第三批国家标准制修订项目计划（国标委综合[2015]73号），由全国环保产品标准化技术委员会
（SAC/TC275）组织有关单位起草《生物质热解炭气油多联产工程技术规范第1部分：工艺设计》国家标准，任务编号为20154064-T-303。本标准由全国环保产品标准化技术委员会提出并作为技术归口单位，武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司、中国标准化研究院、华中科技大学等单位负责起草。．
3．主要工作过程
3.1 前期调研及启动阶段
作为标准负责起草单位，武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司通过文献调研、标准比对、实验分析、工程测试等手段，对生物质热解炭气油技术现状、产业发展、国家政策等方面进行了充分的研究和实践，提出了该标准。该标准得到了中国标准化研究院、华中科技大学等单位的大力支持，也得到国内检测机构、工程公司等多家单位的关注和重视。2015年12月，标准牵头单位制定了国家标准制定工作初步方案，联合并吸纳国内生物质热解产业领域有实力和影响力的企业、科研院所及第三方检测机构等多家单位成为编制组成员。2016年4月底在武汉组织召开了本国家标准的起草工作启动会，会议就标准内容和结构、工作计划和任务
分解达成共识，正式成立国家标准编制组，启动了国家标准的起草编制工作，2015年4月底形成了标准草稿。
3.2 标准起草阶段
2016年4月至2016年6月，编制组对标准中涉及到的技术参数进行了全面测试，2016年6月底在京召开了标准讨论会，进一步讨论并梳理了标准主要内容，并对相关检测数据进行了讨论。2016年的7月至11月，编制组连续召开了两次工作会议，对标准进行了多次讨论、修改和完善，并于2017年1月基本完成标准征求意见稿初稿。
3.3 标准征求意见阶段
标准编制组现已完成征求意见稿，计划广泛征求意见。
4．制定原则及主要依据
本标准项目按GB/T 1.1-2009给出的规则起草，符合现行国家法律法规和相关强制性国家标准，标准具有创新性、导向性、科学性和规范性。标准制定过程中，编制组积极吸收相关企业及单位的实践经验，结合我国实际状况和发展水平，并与国内外现有标准进行衔接。该标准主要内容的编写符合我国国情和生物质能源产业发展现状，能够引领产业的发展。标准具有较强的科学性、先进性和可操作性。
．标准主要内容5．
本标准规定了以生物质为原料，采用连续热解工艺，制取热解气、热解炭、热解油等产品有关术语定义；规定了生物质热解炭气油多联产工程的一般要求、工程选址和总体布置、工艺设备及系统、管道布置、电气和仪表、给水排水、节能与环保、消防等内容。
本标准围绕生物质热解工程的工艺设计，结合我国目前各区域的气象、地理等综合因素，从工程选址、布局、结构和建筑、工艺设备及系统等核心要素进行了规定。工程设计应遵循安全、节能、节水的原则和消防安全的相关规定，以及生物质原料的全组分利用和能源利用最大化的原则，且设计寿命不低于20年；热解工程选址、总体布局应科学合理，满足环保节能的要求。储气柜与建筑物、堆场、储罐之间的防火间距、厂房的结构要求都作了详细要求。对生物质热解工程中涉及的给排水系统、抗震设计、采光和自然通风要求、噪声控制和消防（防火、防爆和安全疏散）要求，在遵行现行相关国家标准的同时，并结合生物质热解工程的自有特点也分别作出了规定。
本标准的主要技术内容在工艺设备及系统一章，该章节详细的规范了生物质热解工程中的各设备系统（生物质原料供应系统、生物质热解设备系统单元、生物质热解产品净化设备单元、生物质热解产品储存运输单元）的工艺要求、布置规范和相关技术参数要求。
6．标准专利情况说明
本标准未涉及专利。
7．采用国际标准情况
本标准和标准内容未采用国际标准。
8．与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系
本标准与现行的强制性国家标准、法律法规无冲突和矛盾。
《生物质热解炭气油多联产工程技术规范第1部分：工艺设计》
国家标准编制组
日13月3年2017．
生物质热解技术研究现状及其进展
能源研究与信息 第17卷第4期 Energy Research and Information Vol. 17 No. 4 2001 文章编号 1008－8857（2001）04－0210－07 生物质热解技术研究现状及其进展 李伍刚，李瑞阳，郁鸿凌，徐开义 （上海理工大学上海 200093） 摘要生物质热解技术是把低能量密度生物质转化为高能量密度气、液、固产物的 一种新型生物质能利用技术。其中液体产物具有便于运输、储存等优点，可替代燃料 油用于发电、供暖系统以及可代替矿物油提炼某些重要的化学物质。介绍了国内外对 这一技术的各种研究及其进展，并简要介绍了上海理工大学独立研制开发的生物质闪 速液化实验装置。 关键词生物质热解； 生物油 中图法分类号 TK6文献标识码A 1 引言 能源是人类生存与发展的前提和基础，从远古时代原始人钻木取火到近代以蒸汽机为代表的工业革命，人类文明的每一跨越和进步都与所用能源种类及其利用方式紧密相连。目前人类赖以生存和进行经济建设的一次能源主要是矿物能源（煤、石油、天然气、核能等）。矿物能源的使用隐藏着两个严重问题，其一：根据目前的全球能耗量和矿物能源已探明的储量，煤、石油、天然气、核燃料可使用年限分别为220、40、60和260年[1]，从长远来看人类必将面临能源危机。其二：矿物能源对环境有巨大破坏作用，矿物能源燃烧产生大量CO2、SO x、NO x等气体。CO2属温室效应气体，会造成全球变暖及臭氧层破坏。NO x、SO x等有害气体会直接对环境、设备和人体健康构成危害。故此，作为有重要长远意义和战略意义的技术储备，寻求清洁的可再生能源及其利用技术，已成为全球有识之士的共识，受到各国政府和研究机构的广泛关注。 生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物、碳氢化合物的分子键，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体（生物油）、气体（可燃气）、固体（焦碳）三种产物的生物质热降解过程。 收稿日期：2001－6－10 基金项目：上海市重点学科建设资助项目 作者简介：李伍刚（1974－），男，上海理工大学热能工程专业硕士研究生。
生物质热解与煤热解气化比较与现状
生物质热解与煤热解气化比较与现状 关键词：生物质煤热解 研究表明[1]，生物质与煤的热解特性差异很大；生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高。 现今单一煤种的热解在各方面都已经得到广泛的研究，而生物热解方面也正在取得巨大的研究成果。煤热解的气体产物以一氧化碳、甲烷和氢气为主，其中固体产物为固体焦和焦油。生物质热解气化产物主要是不饱和烃类气体和大量的氢气，还有不饱和烃类液体例如苯等。但是相比之下，由于大量水分的存在，生物质热解气化失重率比较大，而由于硫的掺杂，煤气化热解的产物中含有大量含硫氮化合物，使之燃烧会造成严重的环境污染。 为了提高脱硫脱氮的效率和改善煤单独热解产物不饱和度较高的问题，科学各界开始对生物质同煤共热解进行了研究和探索。研究结果[2]表明，生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结，得到粒状焦炭;生物质热解生成较多的H2，有利于煤中硫和氮的脱除;同时随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低，热解脱硫和脱氮率增大。 根据研究[2]可知，生物质热解的最大热解峰（低于400摄氏度）和煤的最大热解峰（高于400摄氏度）不重合，而且差值有的在100摄氏度以上。由此可知，生物质与煤共同热解没有明显的协同作用。为了解决不同步热解的问题，科学界提出了两步法煤与生物热解、利用煤的黑度比生物质高的特点以辐射的加热方式进行同步加热、两段管式炉分步控温进行热解等。这些方法的核心都在于利用生物质的富氢产物为煤脱硫脱氮提供天然低廉的氢来源，同时也提高了煤的轻质液相产率，气体中的不饱和烃含量降低，将富裕的生物氢转移到了缺氢的煤焦中。 鉴于生物质与聚合物及生物质与煤的共热解或两步法热解具有很大的优势，加强生物质与聚合物的共热解和生物质与煤的共热解及两步法热解的研究显得很有必要。深入研究生物质与聚合物共热解的协同作用的机理，加强研究生物质与煤共热解中脱硫、脱氮及固体焦具有较强吸附能力的机理，同时，进一步研究改进生物质与煤两步法热解的工艺，为实现生物质中富裕的氢向煤的转移提供可能。 参考文献 [1] 尚琳琳，程世庆，张海清。生物质与煤共热解特性研究 [2] 马光路。生物质与聚合物、煤供热解研究进展
生物质炭气油电联产项目综合利用技术说明
大连旅顺日华燃气设备有限公司关于生物质炭气油电联产技术的说明 一、原料 生物质原料（秸秆、树枝、锯末），根据项目所在地就地取材，经过粉碎、烘干（含水量要求在10%以下）用专用的机械设备加工成型，一般成型工艺有几种，主要有造粒成型，另一种是制棒成型和其它几种形式。 二、热解干馏工艺流程 生物质成型原料生产过程由颗粒燃料生产过程由热解干馏、冷却、气液分离、碱洗、液体分离、储气装置等部分组成。 热解干馏工艺流程图
（一）热解干馏 ■热解干燥：成型产品在加热初期，温度在150℃以前排出蒸汽的过程。含水率越高，这个过程就越长，消耗的能源就越多，所以热解的原料应尽量减少水分。 ■预炭化：当成型产品中的水分被蒸干后，随着温度的上升，进入热解干馏第二阶段预炭化阶段。这个阶段的温度为150-275℃。原料中的半纤维素等不稳定成分开始分解，这时排出的主要是CO2、CO和少量的醋酸，以上两个阶段都是吸热反应，都需要不断的进行外加热。 ■热解炭化：当温度继续上升，超过275℃时，成型产品开始加快分解，生产大量分解物：甲烷、乙烷、乙烯、醋酸、甲醇、丙醇、木焦油等，由于生物质中含有氧元素，这一阶段是放热反应，不用外加热就可以使反应进行下去，这一阶段可保持到450℃。 ■煅烧：该温度可以加到500℃-600℃左右，随着温度的升高不再产生木醋液和焦油，而只是产生可燃气，其中主要是CH4和H2，使可燃气的热值大大提高。 （二）冷却 由热解炉出来的气体进入二级冷却器，被循环水冷却到常温。 （三）气液分离 将可燃气和木醋液、木焦油分离，可燃气进入碱洗器，木醋液和木焦油进入分离槽。 （四）碱洗 气液分离出来的可燃气进入碱洗器，用碱泵进行循环清洗，使可燃气达到中性点，除去可燃气中的酸性物质。经过除酸后的可燃气经罗茨鼓风机送入储气柜中，经燃气输配系统送到用户。 （五）液体分离
生物质快速热解技术
生物质快速热解技术 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、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(700—900℃)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：
生物质热解炭气油多联产工程技术规范 第1部分：工艺设计-编制说明
生物质热解炭气油多联产工程技术规范第1部分：工艺设计 （征求意见稿）编制说明 1．背景和意义 面对传统能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，国内一些科研院所及高等院校做了一些这方面的研究工作。生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术。并应用于规模化运行产出。相比之下我国的生物质热解在工艺设计、验收和运行各环节缺乏相应的系统性的技术和标准。 生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的炭气油多联产工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高热解产品品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。但目前我国的生物质产业发展起步较晚，生物质产业的设备运行和工艺设计没有形成统一的标准和技术规范，严重制约产业的发展。因此需尽快推进制定生物质热解工程设计工艺的国家标准的步伐，对推动我国生物质能源更快更好发展具有重大的意义。 2．任务来源 在以上背景下，国家标准化管理委员会下达了2015年第三批国家标准制修订项目计划（国标委综合[2015]73号），由全国环保产品标准化技术委员会（SAC/TC275）组织有关单位起草《生物质热解炭气油多联产工程技术规范第1部分：工艺设计》国家标准，任务编号为20154064-T-303。本标准由全国环保产品标准化技术委员会提出并作为技术归口单位，武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司、中国标准化研究院、华中科技大学等单位负责起草。
生物质热解技术
生物质压缩成型技术 1 压缩成型原理 生物质主要有纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，属于高分子化合物，它在植物中的含量一般为15%~30%。木质素不是晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70-110℃时开始软化，木质素有一定的黏度；在200-300℃呈熔融状、黏度高，此时施加一定的压力，增强分子间的内聚力，可将它与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相黏结，使植物体变得致密均匀，体积大幅度减少，密度显著增加，当取消外部压力后，由于非弹性的纤维分子之间相互缠绕，一般不能恢复原来的结构和形状。在冷却以后强度增加，成为成型燃料。压缩时如果对生物质原料进行加热，有利于减少成型时的挤压力。 对于木质素含量较低的原料，在压缩成型过程中，可掺入少量的黏结剂，使成型燃料保持给定形状。当加入黏结剂时，原料颗粒表面会形成吸附层，颗粒之间产生引力，使生物质粒子之间形成连锁的结构。这种成型方法所需的压力较小，可供选择的黏结剂包括黏土、淀粉、糖蜜、植物油和造纸黑液等。 2 压缩成型生产工艺 压缩成型技术按生产工艺分为黏结成型、压缩颗粒燃料和热压缩成型工艺，可制成棒状、块状、颗粒状等各种成型燃料。 生物质—-干燥—-粉碎—-调湿—-成型—-冷却—-成型燃料 主要操作步骤如下： （1）干燥 生物质的含水率在20%-40%之间，一般通过滚筒干燥机进行烘干，将原料
的含水率降低至8%-10%。如果原料太干，压缩过程中颗粒表面的炭化和龟裂有可能会引起自燃；而原料水分过高时，加热过程中产生的水蒸气就不能顺利排出，会增加体积，降低机械强度。 （2）粉碎 木屑及稻壳等原料的粒度较小，经筛选后可直接使用。而秸秆类原料则需通过粉碎机进行粉碎处理，通常使用锤片式粉碎机，粉碎的粒度由成型燃料的尺寸和成型工艺所决定。 （3）调湿 加入一定量的水分后，可以使原料表面覆盖薄薄的一层液体，增加黏结力，便于压缩成型。 （4）成型 生物质通过压缩成型，一般不使用添加剂，此时木质素充当了黏合剂。生物质压缩成型的设备一般分为螺旋挤压式、活塞冲压式和换模滚压成型。 螺旋挤压机源于日本，是目前国内比较常见的技术，生产的成型燃料为棒状，直径50-70mm。将已经粉碎的生物质通过螺旋推进器连续不断推向锥形成型筒的前端，挤压成型。因为生产过程是连续进行的，所以成型燃料的质量比较均匀，外表面在挤压过程中发生炭化，容易点燃。但是，由于螺杆处在较高温度和压力下工作，螺杆与物料始终处于摩擦状态，导致压缩区螺纹的磨损非常严重。当螺杆磨损到一定程度，螺杆与出料筒失去尺寸配合，原料就无法完成成型。因此，压缩区螺纹的磨损决定了螺杆的使用寿命，螺杆使用寿命成为生物质压缩成型技术实用化决定性因素。对螺杆磨损，由于受工艺技术的制约，目前没有从根本上解决问题，平均寿命仅为60-80h。
生物质快速热裂解工艺及其影响因素
Ξ 生物质快速热裂解工艺及其影响因素 黑龙江省人民政府农村能源办公室 潘丽娜 摘 要 介绍了目前生物质快速热裂解的工艺及其影响因素,表明了生物质快速热裂解工艺及技术是目前生物质能利用各种方式中很有前途的利用方式。以小型流化床为例着重介绍了生物质快速裂解装置组成及设备工作原理,并分析了影响生物质快速热裂解过程及产物的主要因素,分析表明,温度是影响热裂解过程中最主要因素。 关键词 生物质快速热裂解 应用 工艺类型 装置组成 影响因素 中图分类号:Q941 文献标识码:A 文章编号:1009—3230(2004)02—0007—02 0 前言 生物质是一种潜在的能源资源,是人类未来能源和化学原料的重要来源,生物质资源包括:农作物秸秆,柴薪、水生植物、油料作物和各种有机废弃物。在我国农村能源消费中生物质占70%。而在我国生物质能利用技术的研究和开发较晚,农村能源中的生物质的很大部分都以直接燃烧的形式利用,这种利用方式不仅能源利用率低,平均热效率不到25%,而且燃烧带来的大量烟雾给空气造成严重的污染。 1 生物质热裂解概念及其基本原理 111 生物质热裂解的概念 生物质热裂解(热分解)是指在隔绝空气或只通入少量空气的条件下,使生物质受热而发生分解的过程。生物质发生热裂解时将生物质分解成3种产物:气体(不可冷凝的挥分份)、液体(可冷凝的挥发份)和固体(炭)。 2 生物质热裂解的工艺 流化床快速热裂解的工艺流程较为简单,结合图1所示流程图对其工艺流程加以分析:上线为生物质颗粒一定的速率进入流化床反应器,在反应器内与高温的砂子流化充分接触,高温发生热裂解反应,反应生成的固体小颗粒随气流向上流入旋转分离器,在旋风分离器中因离心力,器壁摩擦力,以及小颗粒自身的重力作用下落入旋风分离器底部的集炭箱中,并收集。下线为气相流,空气经压缩机打入贫氧发生器,再经反应得贫氧气体充当载气,在压力的作用下,载气先通入螺旋进料器以保持进料器系统有一个足够的送风压力以保证预料顺利进入反应器,两路气体在床内一起流化砂子和原料混合物,经热裂解之后生成的气体与载气一起通过旋风分离器分离,从旋风分离器流出的气体在金属冷凝器,球型玻璃管冷凝可液化的气体,之后,剩余的气体由转子流量计再经过滤器进入收集装置。 3 生物质快速热裂解工艺主要影响因素分析 不同的工艺类型对产物及产物的比例有着重要的影响,不同的反应条件对热裂解的过程和产物亦有不同的影响。就目前的研究而言,总的讲来,影响热裂解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次化学反应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。在具体的操作方面表现为:温度、升温速率、物料特征以及反应的滞留时间和压力等等。 311 滞留时间的影响 滞留时间在生物质快速热裂解反应中有生物质颗粒的固相滞留时间和气相滞留时间之分,而 7 2004年第2期(总第86期) 应用能源技术 Ξ收稿日期:2004—01— 21
【创新案例】生物质热解气化技术
【创新案例】生物质热解气化技术 1背景 随着日益严峻的环境污染问题，各国政府都越发重视可再生能源的开发与应用。生物质气化技术作为新一代生物质利用技术，具有能源转化效率高、设备简单、投资少、易操作、占地面积小、不受地区、燃料类型和气候限制等特点，在为工业生产提供生产必须的电和热(热水/蒸汽)的同时，副产品可被用于制备炭基肥、活性炭及冶金行业保温材料等。项目环保性能和经济性能俱佳，对于降低工业生产用能成本，促进我国能源利用朝着绿色可持续方向迈进具有重要意义。 2解决方案 费曼能源采用国际领先的全新一代生物质气化技术，该技术通过精准控制热解可以将生物质转化为高品质合成气，合成气可用于燃烧生产工业生产必须的电能及热能(热水/蒸汽)，副产品生物炭具有较高的商业利用价值。由于副产品的高效利用可显著降低电能及热能的生产制备成本，在帮助工业企业实现低碳化绿色生产的同时，显著降低工业企业用能成本。目前，可利用的生物质原料包括:稻壳、竹屑、木屑、烟叶梗、山核桃壳、棕榈壳、椰子壳、玉米芯渣、甘蔗渣、柚子壳、酒糟、制药残渣、造纸剩余物、干化污泥、高聚物废弃物等。3生物质热解气化反应原理4设备示意图5技术对比与其他
生物质供热应用方式相比，生物质热解气化的优势如下:6案例根据国家及江苏省政府清洁能源替代燃煤锅炉的相关政策，江苏泰兴化工园区内的多家化工企业，急需淘汰燃煤锅炉。费曼能源作为项目所有者及实施方，以“生物质天然气”多能互补方式，以稻壳为原料，为园区企业提供热蒸汽等清洁能源，副产物稻壳炭作为保温材料销售给钢厂或有机肥公司。 项目地点：江苏泰兴项目规模：18t/h(15t/h 备用)原料用量：2.66万吨/年蒸汽产量：6.45万吨/年稻壳碳/灰分量：0.63 万吨/年客户类型：食品、化工、印染、电池等所有生产用热企业解决问题：(1)降低企业用能成本，吨蒸汽使用成本降低20元/吨以上(2)降低企业清洁化改造成本，蒸汽管网直接连通各用热企业 (3)帮助企业实现绿色生产，彻底杜绝自备锅炉环保不达标而造成的非生产性停产。技术创新：“生物质天然气”多能互补方式该项目的产品分为能源产品(热蒸汽)和副产品(稻壳炭)。其中能源产品是客户主要的需求，副产品销往附近钢厂用于熔炼工艺保温材料，为项目创造另一部分收益。稻壳炭还可进一步深加工，做成炭基肥等，真正实现(农业能源环保)循环经济生态圈。
炭、气联产可行性分析
生物质裂解炭、气联产装臵 可行性分析 湖南胜龙工程项目管理有限公司辽宁分公司 二0一七年六月
第一章总论 第一节项目概况 1、项目名称：生物质裂解炭、气联产装臵 2、项目负责人：李长林 3、建设单位：生物质炭、气工程管理有限公司 4、投资估算及资金筹措 本项目总投资319.1万元/套（不包括专利技术投资），其资金来源为：建设单位自筹。 第二节技术来源 铁岭新康机械制造有限公司，孕育于东北老工业基地，是集生物质科研、开发、生产为一体的专业化公司。公司经多年潜心研究试验，探索出一套生物质燃气、炭化整套设备，拥有融入现代技术，环保、高效率、高收益“发明专利”知识产权及专有技术，已达到国际、国内先进水平。形成了生物质燃气系列、生物质炭化系列、木醋液及其木焦油系列产品最佳的运营组合，为合作单位提供全方位技术服务。 第三节、项目建设选址： 项目建设选址在农业生物质废弃物资源丰富的地区：如黑龙江、吉林、辽宁、河北、江西、浙江、安徽、四川、湖南、湖北等地。第四节建设规模与生产能力 1、建设规模
1）建设年综合利用农作物秸秆6125吨、木材加工废弃物5250吨炭气联产装臵。 2）购置安装各类主要生产设备14台套，新建厂房1 座、成品仓库1座，总建筑面积2000平方米。 2、生产能力 本项目建成达产后，每套装臵年产木煤气100万立方米、木炭3500吨（其中：木质炭1750吨；软质炭1750吨）、木醋液700吨、木焦油500吨。拟在国内部分省市建设或改造10套装臵。 3、项目收益（销售收入） 本项目达到设计能力生产期年销售3500吨木炭（其中：木质炭1750吨；软质炭“农作物秸秆”1750吨）；木煤气100万m3；木醋液700吨及木焦油500吨。 1）木炭：平均销售单价：软质炭（农作物秸秆） 1000元/吨，年实现销售收入175万元；木质炭3200元/吨，年实现销售收入560万；木炭合计销售收入：735万元。 2）木煤气：1元/ m3，年实现销售收入为100万元。 3）木醋液：500元/吨，年实现销售收入为35万元。 4）木焦油：300元/吨，年实现销售收入为15万元。 总计年实现销售收入：885万元。 第五节主要技术经济指标 主要指标表
生物质热解技术
生物质热解技术 按温度，升温速率，固定停留时间（反应时间）和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化（慢热解），快速热解和气化。由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。所以，化学反应，传热传质以及相变现象都起重要作用。关键问题是使生物质颗粒只在极短的时间内处于较低温度（此种低温利于生成焦炭），然后一直处于热解过程最优温度。要达到此目的的一种方法是使用小生物质颗粒（应用于流化床反应器），另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面接触达到快速传热（这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中）。由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间会有利于炭的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利。 秸秆发电商品化前景分析 解决浪费性生物质能资源的唯一出路在于商品化。生物质能秸秆发电技术，不仅为农村提供更多电力，更有意义的是将使生物质能资源的商品化成为可能，一方面农民可通过出售秸秆获得更多的收入；另一方面过去农村使用直接燃烧秸秆的方式进行炊事，要为秸秆的收集、运输、储存以及在直接燃烧时花费大量的时间和劳力。如果能使用秸秆发电，农村使用更多的商品能源，农民将获得更多的时间从事生产性劳动，以尽早脱贫致富。因此，将秸秆发电进行能源方式转化，是一件利国利民的好事。 1 生物质能秸秆发电的工艺流程 农作物秸秆在很久以前就开始作为燃料，直至1973年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料。在这个领域丹麦BWE公司是世界领先者，第一家秸秆燃烧发电厂于1998年投入运行(Haslev，5Mw)。此后，BWE公司在西欧设计并建造了大量的生物发电厂，其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂，装机容量为38Mw。 1.1 秸秆的处理、输送和燃烧 发电厂内建设两个独立的秸秆仓库。每个仓库都有大门，运输货车可从大门驶入，然后停在地磅上称重，秸秆同时要测试含水量。任何一包秸秆的含水量超过25％，则为不合格。在欧洲的发电厂中，这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现。在国内，可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分，该探测器能存储99组测量值，测量完所有秸秆捆之后，测量结果可以存入连接至地磅的计算机。然后使用叉车卸货，并将运输货车的空车重量输入计算机。计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重。 货车卸货时，叉车将秸秆包放入预先确定的位置；在仓库的另一端，叉车将秸秆包放在进料输送机上；进料输送机有一个缓冲台，可保艚崭?分钟；秸秆从进料台通过带密封闸门(防火)的进料输送机传送至进料系统；秸秆包被推压到两个立式螺杆上，通过螺杆的旋转扯碎秸秆，然后将秸秆传
生物质热解燃料油
生物质热解燃料油制备和精制技术 摘要：能源问题在世界经济中具有战略意义。据预测，地球上可利用的石油将在今后几十年内耗竭，从长远看液体燃料短缺仍将是困扰人类发展的大问题。在此背景下，生物质能作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源，正日益受到重视。由生物质转化而来的燃料比较干净，有利于环境保护。同时使用这类燃料也有助于减少温室气体的排放。实际上这也是很多发达国家开发生物质能的主要动力。生物质能是通过光合作用以生物形态储存的太阳能，可作为能源利用的生物质包括林产品下脚料，薪柴，农作物秸秆及城市垃圾中的生物质废弃物等。目前生物质的直接燃烧已不能满足人们对能量的需求，由生物质直接液化制取燃料油将是下世纪有发展潜力的技术，它主要包括生物质的裂解和高压液化两类。此外还可将生物质气化后再由气体产品生产液体燃料，也可将生物质水解后发酵制燃料酒精。 关键词：生物质废弃物热解燃料油制备精制技术可再生 一、生物质燃料油的制备 1. 生物质裂解制燃料油 裂解是在无氧或缺氧条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的过程。裂解中生物质中的碳氢化合物都可转化为能源形式。和焚烧相比，热解温度相对较低，处理装置较小，便于造在原料产地附近。生物废弃物的热解是复杂的化学过程，包含分子键断裂，异构化和小分子的聚合等反应。通过控制反应条件（主要是加热速率，反应气氛，最终温度和反应时间），可得不同的产物分布。据试验，中等温度（500－600℃）下的快速裂解有利与生产液体产品，其收率可达80％。裂解中产生的少量中热值气体可用作系统内部的热源，气体中氮氧化合物的浓度很低，无污染问题。 国际上近来很重视这类技术，除了从能源利用考虑外，还因生物油含有较多的醇类化合物，作汽车用油时不必为提高辛烷值而外加添加剂。其油品基本上不含硫，氮和金属成分，可看作绿色燃料，对环境影响小。 1.1 裂解工艺
生物质高温热解,气、炭、油联产系统设备
生物质高温热解，气、炭、油联产系统设备 研发背景： 社会的发展带动了能源需求的增加，一次能源（煤、石油等）供应的压力与人类环保意识的增强，使可再生能源受到了国内外科学家的广泛关注。生物质具有分布广、可持续供应、转化方便等特点，十分适合我国国情，具有较好的应用前景。生物质高温热解，气、炭、油联供技术就是在这一背景下开发的，是生物质气化技术的升级换代产品。它是以生物质作原料，通过高温热解工艺，转化为优质可燃气体和生物质炭、木焦油、木醋液等四种产品。其中，生物质燃气可供农民炊事和工农业热源用气，生物质炭、木焦油、木醋液三种产品市场紧俏，销售前景良好。 产品优势： 1、技术性能优越，燃气热值高。该技术以高温热解工艺为中心，生产的燃气热值达到16MJ/m3（3800Kcal /m3），属中热值燃气，远远超过4.6MJ/m3的行业标准，是低热值气化技术无法比拟的；净化效率高，采用最新燃气净化技术，并对净化系统优化设计，使生物质燃气中杂质含量小于10mg/Nm3，大大低于50mg/Nm3的行业标准，达到了城市煤气的技术指标；功能广，适用性强，不但能生产生物质燃气供应工业和住户使用，而且其副产品生物质炭、木焦油、木醋液用途广，均是市场紧俏产品。 2、规模大、成本低。生物质气化集中供气技术供气规模为200-500户，供应规模越大时，其投资成本急剧增加，而效益不太明显，不能很好地应用于工程实际。采用生物质热解，气、炭、油联供技术，能够很好地解决这一问题，它的供气规模能达到千户级以上，另外本项技术生产的燃气热值高，贮气柜装置和管网材料投资大为减少，成本降低，可实现规模效益。 3、社会、经济及生态效益显著。由低热值气化设备的单一供气、公益性运作，升级为以生产产品为主的经济效益型运营，每个示范点每年可实现利润百万元以上，真正实现了农业增效，农民增收，有较好的社会效益、经济效益和生态效益，成为农村一个新的经济增长点。本项目的重点开发和大力推广，将推动生物质开发与利用技术的全面升级换代，对推进
生物质热解总结
一、热解分类 根据反应温度和加热速率的不同，生物质热解工艺可分成慢速、常规、快速或闪速几种。慢速裂解工艺已经具有了几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程川，低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1-1℃)的常规热 裂解可制成相同比例的气体、液体和固体产品: 快速热裂解大致在10-200℃/S的升温速率，小于5秒的气相停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气相停留时间通常小于1秒，升温速率要求大于1护'C/S.并以102-1护Vs的冷却速率对产物进行快速冷却。但是闪速热裂解和快速热裂解的操作条件并没有严格的区分，有些学者将闪速热裂解也归纳到快速热裂解一类中，两者都是以获得最大化液体产物收率为目的而开发。 事实上，现在人们在考虑生物质的热解机理时，常常假设生物质的三种主要组成物独立进行裂解。纤维素主要在325℃-375℃之间裂解，半纤维素主要在225℃-325℃之间发生裂解，而木质素则在250℃-500℃之间发生裂解(大多数木质素裂解发生在310℃-400℃之间)(shafizadch和Chin. 1977)。纤维素和半纤维素的裂解产生大多数的挥发物，而木质素裂解产生大多数的碳。 二、纤维素热解机理 1、纤维素结构 纤维素是由D-葡萄糖通过β(1-4)一糖苷键相连形成的高分子聚合物。不同的分子通过氢键形成大的聚集结构。目前的研究表明纤维素存在五种结晶变体，即纤维素I，Ⅱ，Ⅲ, IV和V。其中纤维素I是纤维素的天然存在形式。 纤维素是自然界中大量存在的天然高分子物质，是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由吡喃葡萄糖普通过0-1, 4-搪昔联结成的线性大分子，一般可用通式(C6HioO5)n表示, n称为聚合度，通常情况下在104左右. 纤维素是由β-D-葡萄糖为聚合单元构成的直状高聚物, 分子通式为(C6H10O5)n。它是具有饱和糖结构的典型碳水化合物，为生物质细胞壁的主组成部分。在高温作用下, 纤维素会发生一系列复杂的脱水、解聚、脱挥发分和结构重整等变化。纤素热解动力学涉及这一系列复杂变化中包含的各反应机理。但是, 由于热解过程中并行或者顺序发生的反应数目众多，实际上不可能、对工程应用来说没有必要建立一个考虑了所有这些反应的详尽的动力学模型. 因此, 该领域内的研究者关注的大多是谓的“准机理模型(pseudo－mechanistic model) ”, 在这一类模型中, 热解产物被笼统地划分为挥发分、固定碳等几大类. 总体上, 准机理模型有两种：单步全局模型和半全局动力学模型[]。 [ 7 ]余春江, 骆仲泱, 方梦祥, 廖燕芬, 王树荣, 岑可法；一种改进的纤维素热解动力学模型；浙江大学学报（工学板），2002：36，509-515 2、纤维素热解机理 由于纤维素在生物质原料中占据了几乎一半的含量，其热裂解行为在很大程度上体现出生物质整体的热裂解规律，纤维素具有最为简单的结构且在不同的材质中其结构和化学特性变化最小，因而当前研究基本上都从纤维素的热解行为入手开展工作。 纤维素热解动力学模型体现了纤维素热解化学反应的本征过程，是整个热解模型的核心部分。动力学模型的可靠性对于颗粒热解模型是否能正确反映真实过程至关重要。 2.1源于对纤维素燃烧过程的研究 纤维素热裂解机理的探索，最早源于对纤维素燃烧过程的研究，通过纤维素燃烧试验，Broido发现纤维素在低温加热条件下，经由吸热反应一部分纤维素转化为脱水纤维素。热裂解
第十章 生物质热解技术
第十章生物质热解技术 1 概述 热化学转化技术包括燃烧、气化、热解以及直接液化，转化技术与产物的相互关系见图10-1。热化学转化技术初级产物可以是某种形式的能量携带物，如，木炭（固态）、生物油（液态）或生物质燃气（气态），或者是能量。这些产物可以被不同的实用技术所使用，也可通过附加过程将其转化为二次能源加以利用。 图10-1 热化学转化技术与产物的相互关系 生物质热解、气化和直接液化技术都是以获得高品位的液体或者气体燃料以及化工制品为目的，由于生物质与煤炭具有相似性，它们最初来源于煤化工（包括煤的干馏、气化和液化）。本章中主要围绕热解展开。 1.1生物质热解概念 热解（Pyrolysis又称裂解或者热裂解）是指在隔绝空气或者通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变成为低分子物质的过程。可用于热解的生物质的种类非常广泛，包括农业生产废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴和城市固体废物等。 关于热解最经典的定义源于斯坦福研究所的J. Jones提出的，他的热解定义为“在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热使寒潭有机物发生热化学分解，生成燃料（气体、液体和固体）的过程”。他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供热解所需热量的情况，严格地讲不应该称为部分燃烧或缺氧燃烧。他还提出将严格意义上的热解和部分燃烧或缺氧燃烧引起的气化、液化等热化学过程统称为PTGL（Pyrolysis，Thermal Gasification or Liquification）过程。 生物质由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分组成，纤维素是β-D-葡萄糖通过C1-C4苷键联结起来的链状高分子化合物，半纤维素是脱水糖基的聚合物，当温度高于500℃时，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量的炭。木质素是具有芳香族特性的，非结晶性的，具有三度空间结构的高聚物。由于木质素中的芳香族成分受热时分解较慢，因而主要形成炭。此外，生物质还含有提取物，主要由萜烯、脂肪酸、芳香物和挥发性油组成，这些提取物在有机和无机溶剂中是可溶的。三种成分的含量茚生物质原料的不同而变化，生物质热裂解产
生物质热解
生物质热解分慢速热解和快速热解。 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。 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。 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1500kg／h，生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料，在隔绝氧气450～500℃条件下，采用鼓泡循环流化床反应器，生物油的产率为60％一75％，炭15％一20％，不凝性气体10％～20％以上均为质量产率。生物油和炭可以作为商业产品出售，而不凝性气体则为循环气体燃烧使用，整个过程无废弃物产生，从而达到原料100％的利用率。 2.2国内快速热解现状 我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、蔗渣、芦苇、竹子等非木材纤维年产就超过10亿吨，加上大量的木材加工剩余物，都是取之不尽的能源仓库。 目前我国生物质的利用形式还是以直接燃烧为主，快速热解技术研究在国内尚处于起步阶段，主要的研究情况如下：沈阳农业大学开展了国家科委“八五”重点攻关项目“生物质热裂解液化技术”的研究工作，并与荷兰Twente大学合作，引进生产能力50kg／h的旋转锥型热解反应器，他们在生物质热解过程的实验研究和理论分析方面都做了很有成效的工作；浙江大学、中科院化工冶金研究所、河北环境科学院等近年来也进行了生物质流化床实验的研究，并取得了一定的成果；其中浙江大学于20世纪90年代中期，在国内率先开展了相关的原理性试验研究，最早使用GC—MS联用技术定量分析了生物油的主要组分，得到了各个运行参数对生物油产率及组成的影响程度；山东工程学院于1999年成功开发了等离子体快速加热生物质热解技术，并首次在国内利用实验室设备热解玉米秸粉，制出了生物油加。
热解生物质制油技术
热解生物质制油技术 热能C074 范竹茵073730 摘要：热解技术已经应用到了能源转化的各个方面，它以其快速、清洁等优点引起了人们的广泛关注和研究。其中生物质的热解为我们提供了新型的能源——生物油。生物质在热解反应器中进行裂解等一系列的化学反应，通过控制反应的温度、速率和物料的湿度等来调节生物油的各种性质。同时由于不同的热解反应器以及不同的原料也会使得油的热值、纯净度等一些特性受到影响。 关键词：热解、生物质、生物油、热解反应器、 正文：随着全球工业的发展，煤、石油等不可再生的化石能源大量的消耗，人类面临着一场有史以来最严重的能源危机，寻找替代能源已经成为了迫在眉睫的大事。氢能、核能、太阳能、风能、水能及生物质能等清洁能源备受人们的关注，其中热解生物质制油就是一种用可再生能源代替石油的技术。 热解又称裂解，它是利用热能切断大分子量的有机物、碳氢化合物，使之转变为含碳数更少的低分子量物质的过程，废弃生物质的热解是一个复杂的化学反应过程，包括大分子的键断裂、异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。热解的优点在于能回收可储输的燃料，可在焚烧温度低的条件下，从有机物中直接回收燃料气和油品。从资源化角度来看，热解是木质素纤维素转化为燃料乙醇和其他高附加化工产品工艺中的关键性环节。由于热解温度相对较低，所以NO发生量少、气体生成量仅占焚烧法的几分之一。 热解生物油是用热化学的方法将生物质转化成液体物质，进而制备成能直接用于发电厂或车用发动机燃料，以代替柴油等石油能源产品。热解技术日趋成熟，在反应器的设计、原料预处理、生物油的分离和后续制备、生物质的热解机理方面都有重大突破，在国内外都已形成产业化。 热解生物质产生燃料的技术在欧盟已经获得最大的资助，快速热解是有效转化生物质产生液体燃料的方法，液体燃料的产率能达到生物质重量的70%~80%，因此被认为是解决可再生燃料代替化石燃料的有效方法之一。 一．生物质热解概念
生物质热解原理与技术(朱锡锋)
《生物质热解原理与技术》可作为高等学校和科研院所相关专业的研究生和高年级本科生的教材使用，也可以作为生物质能领域工程技术人员的参考资料使用。 目录 目录 《21 世纪新能源丛书》序 前言 第1 章概述 1 1.1 能源的基本概念 1 1.2 绿色植物光合作用 3 1.3 生物质资源与分类 6 1.4 生物质的物理性质. 10 1.4.1 生物质的含水率.10 1.4.2 生物质的密度.10 1.4.3 堆积角、内摩擦角和滑落角 11 1.4.4 生物质炭的机械强度.12 1.4.5 生物质的比表面积.13 1.4.6 生物质的孔隙率.13 1.4.7 生物质的比热容.13 1.4.8 生物质的导热系数.13 1.5 生物质的燃料特性. 14 1.5.1 生物质的燃烧.14 1.5.2 生物质的发热量.15 1.5.3 生物质燃料的化学当量比 17 1.6 生物质能源转换技术. 18 参考文献 22 附录1-1 我国农作物秸秆资源及其分布 22 附录1-2 固体生物质燃料全水分测定方法 27 第2 章生物质的组成与结构. 30 2.1 生物质的组成和结构. 30 2.2 生物质的元素分析. 36 2.3 生物质的工业分析. 41 参考文献 47 附录2-1 纤维素聚合度的测定方法及常见生物质原料的组成成分 48 附录2-2 常见生物质原料的分析结果 56
第3 章生物质的热解原理. 80 3.1 纤维素热解机理 80 3.1.1 纤维素热解机理概述. 80 3.1.2 纤维素热解液体产物组成 81 3.1.3 LG 的形成 81 3.1.4 其他脱水糖衍生物的形成 90 3.1.5 呋喃类产物的形成. 93 3.1.6 小分子醛酮类产物的形成 94 3.1.7 纤维素快速热解的整体反应途径 97 3.2 半纤维素热解机理.100 3.2.1 半纤维素热解机理概述 100 3.2.2 半纤维素热解液体产物组成 100 3.2.3 脱水糖衍生物以及呋喃类产物的形成 100 3.2.4 小分子物质的形成.104 3.2.5 木聚糖快速热解的整体反应途径 104 3.3 木质素热解机理 107 3.3.1 木质素热解机理概述.107 3.3.2 木质素模型化合物及其热解机理.107 3.4 生物质热解的主要影响因素 118 3.4.1 加热速率的影响. 118 3.4.2 热解温度的影响. 118 3.4.3 热解时间的影响.122 3.4.4 原料种类的影响.122 3.4.5 原料性质的影响.123 3.4.6 其他因素的影响.124 参考文献 125 第4 章生物质的热解炭化.130 4.1 概述 130 4.2 生物质热解炭化原理.130 4.3 生物质热解炭化装置.132 4.3.1 传统生物质热解炭化装置 133 4.3.2 新型生物质热解炭化装置 140 4.4 生物质炭的性质与应用.146 4.4.1 生物质炭的组成.146 4.4.2 生物质炭的性质.147 4.4.3 生物质炭的应用.149 4.5 醋液与焦油的性质与应用.152 4.5.1 醋液的组成与性质.152
生物质热解
生物质热解 通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。 生物质热解是指生物质在没有氧化剂(空气、氧气、水蒸气等)存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500?，通过热化学反应将生物质大分子物质(木质素、纤维素和半纤维素)分解成较小分子的燃料物质(固态炭、可燃气、生物油)的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段。 1 热解技术原理 1.1 热解原理 从化学反应的角度对其进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52?时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350,370?时，分解为低分子产物，其热解过程为: (C6H10O5)n?nC6H10O5 C6H10O5?H2O+2CH3-CO-CHO CH3-CO-CHO+H2?CH3-CO-CH2OH CH3-CO-CH2OH+H2?CH3-CHOH-CH2+H2O 半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225,325?分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似。
从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质。 1.2 热解反应基本过程 根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等，可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。 1.2.1 干燥阶段(温度为120,150?)，生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。 1.2.2 预热解阶段(温度为150,275?)，物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。 1.2.3 固体分解阶段(温度为275,475?)，热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇(冷却时析出来);气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。 1.2.4 煅烧阶段(温度为450,500?)，生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进。 2 热解工艺及影响因素