第6章生物质热裂解技术-课件

Page 1生物质转化技术生物质转化技术第第6 章章 生物质热裂解技术生物质热裂解技术精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”Page 5大纲大纲生物质热裂解概念生物质热裂解的原理生物质热裂解的工艺类型生物质热裂解的基本反应过程生物质热裂解过程的影响因素常见的热裂解反应器Page 6生物质热裂解概念生物质热裂解概念生物质热裂解（Biomass Pyrolysis）又称热解或裂解，通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和可燃气体的过程，是生物质能的一种重要利用形式。Page 7生物质热裂解的原理生物质热裂解的原理生物质热裂解是复杂的热化学反应过程，包含分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。Page 8 1.从生物质组成成分分析生物质热裂解的原理生物质热裂解的原理Page 9最为广泛接收的纤维素热反应分解途径生物质热裂解的原理生物质热裂解的原理Page 10 2.从物质、能量的传递分析生物质热裂解的原理生物质热裂解的原理Page 11 3.从反应进程分析生物质热裂解的原理生物质热裂解的原理Page 12反应性热裂解加氢热裂解甲烷热裂解5001050高高油气 针）；针）；针）；针）；400400烧制的木炭耐压强度最小；烧制的木炭耐压强度最小；烧制的木炭耐压强度最小；烧制的木炭耐压强度最小；炭化时间长、升温速度缓慢能提高木炭的耐压强度；炭化时间长、升温速度缓慢能提高木炭的耐压强度；炭化时间长、升温速度缓慢能提高木炭的耐压强度；炭化时间长、升温速度缓慢能提高木炭的耐压强度；耐压强度沿纤维方向的纵向最大、径向次之、弦向最小。耐压强度沿纤维方向的纵向最大、径向次之、弦向最小。耐压强度沿纤维方向的纵向最大、径向次之、弦向最小。耐压强度沿纤维方向的纵向最大、径向次之、弦向最小。木炭性质木炭性质Page 49【5.5.木炭的密度、真密度及孔隙率木炭的密度、真密度及孔隙率木炭的密度、真密度及孔隙率木炭的密度、真密度及孔隙率】uu木炭的木炭的木炭的木炭的真密度真密度真密度真密度：表示扣除孔隙体积以后无孔木炭的密度。：表示扣除孔隙体积以后无孔木炭的密度。：表示扣除孔隙体积以后无孔木炭的密度。：表示扣除孔隙体积以后无孔木炭的密度。uu木炭的木炭的木炭的木炭的孔隙率孔隙率孔隙率孔隙率：指木炭中孔隙体积占总体积的百分率。：指木炭中孔隙体积占总体积的百分率。：指木炭中孔隙体积占总体积的百分率。：指木炭中孔隙体积占总体积的百分率。它表示木炭中它表示木炭中它表示木炭中它表示木炭中孔隙的发达程度孔隙的发达程度孔隙的发达程度孔隙的发达程度。木炭的真密度木炭的真密度木炭的真密度木炭的真密度木炭的密度：木炭的密度：木炭的密度：木炭的密度：木炭的孔隙率：木炭的孔隙率：木炭的孔隙率：木炭的孔隙率：式中：式中：密度；：密度；：真密度；：真密度；：孔隙体积。：孔隙体积。：总体积；：总体积；随炭化最终温度的增加，随炭化最终温度的增加，随炭化最终温度的增加，随炭化最终温度的增加，真密度在提高，真密度在提高，真密度在提高，真密度在提高，孔隙率也在提高，即孔隙越发达。孔隙率也在提高，即孔隙越发达。孔隙率也在提高，即孔隙越发达。孔隙率也在提高，即孔隙越发达。木炭性质木炭性质VPage 50木炭的导电性随炭化温度的升高而增大，木炭的导电性随炭化温度的升高而增大，木炭的导电性随炭化温度的升高而增大，木炭的导电性随炭化温度的升高而增大，但温度高于但温度高于但温度高于但温度高于800800后，导电性的增长速度减慢。后，导电性的增长速度减慢。后，导电性的增长速度减慢。后，导电性的增长速度减慢。【6.6.木炭的发热量、导热系数及热容木炭的发热量、导热系数及热容木炭的发热量、导热系数及热容木炭的发热量、导热系数及热容】木炭的发热量：木炭的发热量：木炭的发热量：木炭的发热量：随着炭化最终温度的提高，木炭中碳含量增加，最高发随着炭化最终温度的提高，木炭中碳含量增加，最高发随着炭化最终温度的提高，木炭中碳含量增加，最高发随着炭化最终温度的提高，木炭中碳含量增加，最高发热量也随之增大。（热量也随之增大。（热量也随之增大。（热量也随之增大。（碳元素含量高的发热量大碳元素含量高的发热量大碳元素含量高的发热量大碳元素含量高的发热量大）木炭的导热系数：木炭的导热系数：木炭的导热系数：木炭的导热系数：具有方向性，纵向的比横向的大，其数值随着树种及具有方向性，纵向的比横向的大，其数值随着树种及具有方向性，纵向的比横向的大，其数值随着树种及具有方向性，纵向的比横向的大，其数值随着树种及炭化的最终温度而异。炭化的最终温度而异。炭化的最终温度而异。炭化的最终温度而异。木炭的热容：木炭的热容：木炭的热容：木炭的热容：随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。【7.7.木炭的反应能力木炭的反应能力木炭的反应能力木炭的反应能力】木炭的反应能力：木炭的反应能力：木炭的反应能力：木炭的反应能力：受树种的的影响很大，并随着反应温度的升高而增加。受树种的的影响很大，并随着反应温度的升高而增加。受树种的的影响很大，并随着反应温度的升高而增加。受树种的的影响很大，并随着反应温度的升高而增加。【8.8.木炭的导电能力木炭的导电能力木炭的导电能力木炭的导电能力】是由于木炭中挥发分几是由于木炭中挥发分几是由于木炭中挥发分几是由于木炭中挥发分几乎被完全分出的缘故。乎被完全分出的缘故。乎被完全分出的缘故。乎被完全分出的缘故。木炭性质木炭性质Page 51n生物质热解液化，即快速热裂解，是指生物质原料（通常需经过干燥和粉碎）在缺氧状态下，通过高加热速率、短停留时间及适当的裂解温度（在0.55s加热到500540)使生物质裂解为焦炭和气体，气体分离出灰分后再经过冷凝可以收集到生物油的过程。n在此工艺过程中，原料干燥是为了减少原料中的水分被带到生物油中，一般要求原料的含水量低于10%。减小原料颗粒的尺寸，可以提高升温速率，不同的反应器对颗粒大小的要求也不同。6.3 生物质热裂解液化生物质热裂解液化Page 526.3.1 生物质热解液化工艺流程生物质热解液化工艺流程 Page 53n用快速热裂解工艺得到的产品主要是生物油。而慢速热裂解（干馏）或气化工艺得到产品为焦油。前者成为一次油；后者称为二次油。n生物油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，其化合物种类有数百种。n不同生物质的生物油在主要成分的相对含量上表现出相同的趋势，在每种生物油中，苯酚、蒽、萘、菲和一些酸的含量相对较大。n生物油的黏度、凝固点比焦油低得多，密度、灰分、含氮量也比焦油小。n生物油与石油相比，其硫、氮含量低，灰分少，对环境污染小。6.3.2 生物质热解液化产品生物质热解液化产品 Page 54（1）生物油的特性）生物油的特性n含水率 生物油的含水率最大可以达到3045wt%，油品中的水分主要来自于物料所携带的表面水和热裂解过程中的脱水反应。水分有利于降低油的粘度，提高油的稳定性，但降低了油的热值。n pH值 生物油的pH值较低，主要是因为生物质中携带的有机酸如：蚁酸、醋酸进入油品造成的。由于中性的环境有利于多酚成分的聚合，所以酸性环境对于油的稳定是有益的。n 密度：生物油的密度比水的密度大，大约为1.2103kg/m3。Page 55（1）生物油的特性）生物油的特性n黏度 生物油的黏度可在很大的范围内变化。室温下，最低为10cp，若长期存放于不好的条件下，可以达到10,000 cp。水分、热裂解反应操作条件、物料情况和油品贮存的环境及时间对其有着极大的影响。n固体杂质 为了保证高加热速率，热解液化的物料粒径一般很小，因而热裂解生成的生物质炭的粒径也很小，旋风分离器不可能将所有的炭分离下来，因此，采用过滤热蒸汽产物或液态产物的方法更好地分离固体杂质。Page 56n高位热值 含水率25%的生物油的热值为17MJ/kg，相当于40%同等质量的汽油或柴油。这意味着2.5kg的生物油与1kg化石燃油能量相当。n稳定性 生物油一个关键的特性是由于多酚的慢速聚合和缩合反应而具有“老化”倾向。暴露在具有氧气和紫外光线环境下的生物油，随着外界环境温度的升高粘度增大。所以生物油加热不宜超过80，宜避光，避免与空气接触保存。（1）生物油的特性）生物油的特性Page 57n生物油可做为锅炉和涡轮机的燃料使用。n1生物油用于燃烧 由于生物油为液体燃料，因此它易于运输，处理和贮存，这些优点对现存设备的翻新改造也是重要的。可能只需对设备略加改造或根本不需要改造。n2 涡轮机发电 生物油应用于涡轮机代用燃料发电，从原理上讲，涡轮机可以直接被热裂解生物油或改良后酌生物油点燃，但还没有多少实际经验，还处于研究阶段。（2）生物油的应用）生物油的应用 Page 58n3 生物油作为柴油机代用燃料 芬兰国家测试中心与加拿大Ensyn集团合作，对生物油做柴油机代用燃料进行了试验研究。比较了柴油机燃用生物油、柴油及酒精不同燃料时运转特性。通过分析生物油的燃料特性可知，生物油的十六烷值低，其着火性不好。为克服这一缺点，采用两种试验方案，一是在生物油中加入十六烷值改善剂，以增加生物油的十六烷值；二是采用双喷射系统，柴油做为引燃燃料，生物油做为熏燃燃料。n 4 生物油用于提取化学品 可制取特殊化学品；可制取多酚、化肥、农药和具有环保要求的化学品；生产高价值的化学品，提高生物油利用的经济效益。（2）生物油的应用）生物油的应用