生物质热裂解液化技术.doc

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1、第六章生物质热裂解液化技术第1节生物质热裂解原理1.1概念⑴生物质热裂解生物质通过热化学转换，生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭3类物质的过程。控制热裂解条件（反应温度、升温速率、添加助剂等）可以得到不同热裂解产品。⑵生物质热裂解液化是在中温（500～650℃）、高加热速率（104～105℃/s）和极短停留时间（小于2s）的条件下，将生物质直接热解，产物再迅速淬冷（通常在0.5s内急冷到350℃以下），使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到液态的生物油。生物油产率可高达70%～80%（质量分数）。气体产率随温度和加热速率的升高及停留时间的延长而增加；较低的温度和加

2、热速率导致物料炭化，生物质炭产率增加。生物质热裂解液化技术最大的优点在于生物油易于存储和运输，不存在产品就地消费的问题。⑶热裂解技术与气化技术的差异项目气化热裂解气化剂需要一般不加，尤其是不加氧目标产物可燃性气体燃料油、木炭、燃气产物品质热值低（4.6～5.2MJ/m3）液、固产品热值高，燃气中热值（10～15MJ/m3）加热不需要需要1.2生物质热裂解的工艺类型及主要运行参数热裂解工艺类型物料尺寸/mm滞留期升温速率℃/s最高温度/℃主要产物慢速热裂解300～700℃碳化5～50nh～nd非常低400炭常规5～505～30min低（0.5～1）600气、油、炭快速热裂解600～100

3、0℃真空＜12～30s中（10～200）400油快速＜10.5～5s较高（10～200）650油闪速热裂解800～1000℃闪速粉状＜1s高（＞1000）＜650油闪速粉状＜1s高（＞1000）＞650气极速粉状＜0.5s非常高（＞1000）1000气反应性热裂解加氢＜1＜10s高500油甲烷＜10.5～10s高1050化学品1.3生物质热裂解原理分析（一）反应进程分析生物质的热裂解（慢速）大致分为4个阶段：⑴脱水阶段（室温~150℃）：物料中水分子受热蒸发，物料化学组分几乎不变⑵预热裂解阶段（150~300℃）：物料热分解反应比较明显，化学组成开始发生变化。半纤维素等不稳定成分分解成

4、CO、CO2和少量醋酸等物质。⑶固化分解阶段（300~600℃）：物料发生复杂的物理、化学反应，是热裂解的主要阶段。物料中的各种物质相应析出，生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇，气体产物中有CO、CO2、H2、CH4等。物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰.⑷炭化阶段：C—H、C—O键进一步断裂，排出残留在木炭中的挥发物质，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。以上几个阶段是连续的，不能截然分开。快速裂解的反应过程与此基本相同，只是所有反应在极短的时间内完成，原料快速产生热裂解产物，因为迅速淬冷，使初始产物来不及进一步降解成不冷凝的小分子气体，从而增加了

5、液态产物生物油。（二）热解过程中生物质成分分析⑴生物质中主要成分及其分解产物生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物，及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物。3种组份常被假设独立进行热分解，半纤维素主要在225~350℃分解，纤维素主要在325~375℃分解，木质素在250~500℃分解。纤维素是β-D-葡萄糖通过C1—C4苷键连接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℃，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量炭；木质素是具有芳香族特性的、非结晶性的、具有三维空间结构的高聚物。木质素隔绝空气高温分解可得到木炭、焦油、木醋酸和气体产物。产品的得率取决

6、于木质素的化学组成、反应最终温度、加热速度和设备结构等。木质素的稳定性较高，热分解温度是350～450℃，而木材开始强烈热分解的温度是280～290℃。木质素中的芳香族成分受热时分解比较慢，主要形成炭。热分解时形成的主要气体成分为：CO29.6%，CO50.9%，甲烷37.5%，乙烯和其它饱和碳氢化合物2.0%；液体提取物主要有萜烯、脂肪酸、芳香物和挥发性油组成。⑵纤维素分解过程与途径纤维素是多数生物质最主要的组成物（在木材中平均占43%）同时组成相对简单，因此被广泛用作生物质热裂解基础研究的实验原料。①纤维素受热分解，聚合度下降，甚至发生炭化反应或石墨化反应，这个过程大致分为4个阶段

7、：第1阶段：25~150℃，纤维素的物理吸附水解吸；第2阶段：150~240℃，纤维素大分子中某些葡萄糖开始脱水；第3阶段：240~400℃，葡萄糖苷键开始断裂，一些碳氧和碳碳键也开始断裂，并产生一些新的产物和低分子的挥发性化合物；第4阶段：400℃以上，纤维素大分子的残余部分进行芳环化，逐步形成石墨结构。纤维素的石墨化可用于制备耐高温的石墨纤维材料。②纤维素分解途径最广泛接受的纤维素热分解反应途径模式见图1：低的加热速率倾向于延长纤维素在20