生物质热解分析

2012-08-19 08:44:29 lanitel

动力是人类生计与展开的条件和根底,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,人类文明的每一跨过和前进都与所用动力品种及其运用办法严密相连。当前人类赖以生计和进行经济建立的一次动力首要是矿藏动力(煤、石油、天然气、核能等)。矿藏动力的运用隐藏着两个严重问题,其一:依据当前的全球能耗量和矿藏动力已探明的储量,煤、石油、天然气、核燃料可运用年限分别为220、40、60和260年[1],从久远来看人类必将面对动力危机。其二:矿藏动力对环境有宏大损坏效果,矿藏动力焚烧发生很多CO2、SOx、NOx等气体。CO2属温室效应气体,会形成全球变暖及臭氧层损坏。NOx、SOx等有害气领会直接对环境、设备和人体安康构成损害。故此,作为有重要久远含义和战略含义的技能储备,寻求卫生的可再生动力及其运用技能,已成为全球有识之士的一致,遭到各国政府和研讨机构的广泛注重。
  
  生物质是一种卫生的可再生动力,生物质疾速热解技能是生物质运用的重要途径,所谓热解就是运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进程。生物质热解是生物质在彻底缺氧条件下,发生液体(生物油)、气体(可燃气)、固体(焦碳)三种产品的生物质热降解进程,已被利用在达冠生物质燃烧机上面。
  
  2热解技能的研讨概略
  
  2.1热解工艺简介
  
  按温度、升温速率、固体停留工夫(反响工夫)和颗粒巨细等试验条件可将热解分为炭化(慢热解)、疾速热解和气化。由于液体产品的许多长处和随之而来的大家对其研讨爱好的日益高涨,对液体产品收率相对较高的疾速热解技能的研讨和运用越来越遭到大家的注重。疾速热解进程在几秒或更短的工夫内完结。所以,化学反响、传热传质以及相变表象都起重要效果。要害问题是使生物质颗粒只在极短工夫内处于较低温度(此种低温利于生成焦碳),然后一向处于热解进程最优温度。要到达此意图一种办法是运用小生物质颗粒(运用于流化床反响器中),另一种办法是经过热源直接与生物质颗粒外表触摸到达疾速传热(这一办法运用于生物质烧蚀热解技能中)。由很多试验研讨得知,较低的加热温度和较长气体停留工夫有利于碳的生成,高温文较长停留工夫会添加生物质转化为气体的量,中温文短停留工夫对液体产品添加最有利[2]。
  
  2.2热解设备
  
  生物质热解技能常用设备类型有:固定床、流化床、生物质颗粒燃烧机、夹藏流、多炉设备、旋转炉、旋转锥反响器、分批处置设备等。其间,流化床设备因能很好地满意疾速热解对温度和升温速率的恳求而被广泛选用。下面引见可操作性强的几种典型热解设备。
  
  (1)气流床热解[2]
  
  郑州达冠节能环保有限公司开宣告一种气流床。其流程如下图。床直径为15cm,高4.4m。能包管停留工夫1s~2s。木材粉末(粒径0.3mm~0.42mm)被焚烧废气带入反响器。热解所需热量由载气供给。载气温度低于745℃。和生物质的分量比为8,以包管所供给的热量能取得最大的液体gesep.com收率。该体系进料速率为15kg×h-1。可生成58%的生物油(干基)和12%的焦碳(无水无灰基)。
  
  (2)真空热解[3]
  
  生物质在一个高2m、直径0.7m的真空多级炉缸内进行热解,该反响器可完成水与油组分的别离、收回。反响温度为350℃~450℃。在炉的每一段搜集液体组分。收率可达50%(剖析基)。整个进程的热功率为82%。试验质料包罗木材、树皮、农业渣料、泥炭和城市废物,进料量为0.8kg×h-1~35kg×h-1。
  
  (3)旋转锥反响器[4,5]
  
  gesep旋转锥反响器由Twente大学开发。它经过离心力运送生物质,150kg×h-1加工能力的设备业已运转。比来宣告了到达10t×天-1加工能力的方案。旋转锥技能的首要特征如下:旋转的加热锥发生离心力驱动热砂和生物质;碳在第二个鼓泡流化床焚烧室中焚烧,砂子再循环到热解反响器中;热解反响器中的载气需求量比流化床和传输床体系要少,但是需求添加用于碳焚烧和砂子运送的气体量;旋转锥热解反响器、鼓泡床碳焚烧器和砂子再循环管道三个子体体系一操作比较复杂;典型液体产品收率:60%~70%分量(干基)。
  
  (4)疾速热解[6,7]
  
  热解反响器为常压、450℃~500℃的砂浴流化床,在15g×h-1~100g×h-1的试验设备和2kg×h-1~3kg×h-1的中试设备上展开了很多的研讨,对温度在疾速热解中的效果也进行了研讨。结果表明,对任何类型的反响器。若是让生物质颗粒加热到500℃所需的工夫远小于颗粒的停留工夫。则关于给定的进料速度和停留工夫,反响器温度是决议焦碳、生物油和气体收率的仅有变量。
  
  (5)局部焚烧的热解[8]
  
  由生物质出产液体燃料的热解工厂(500kg×h-1)从1985年起就已在意大利投入运转。质料包罗木条橄榄壳、稻草和藤枝。质料经筛分、复切,在进入反响器前先到反转枯燥器中枯燥,反响进程中,通入空气,进行局部焚烧,以供给反响所需热量。操作条件为常压和500℃。副产品焦碳在旋风别离器中搜集。气体经过冷却器由循环产品水直接冷却。油水混合物在重力别离器中别离。粗油产率为20%~25%,与焦碳产率附近。粗油为黑色,粘度55cP。含氧量31%、含水量15%,还悬浮着10%焦碳。粗油密度为1.195g×mL-1。
  
  (6)低温热解[8
  
  ]
  
  这种热解的反响温度不超越350℃,反响工夫不超越60min。意图是出产低氧含量的油。在试验室规划上还进行了间歇和接连热解的研讨。在间歇试验中,脱水污泥或其他生物质在厌氧环境下于20min内被缓慢加热到300℃~350℃。液体产品在冰浴中搜集。接连设备是根据一个直接加热的螺旋式火炉。由于污泥中的硅、硅酸盐和重金属可以充任催化剂,所以反响中无需任何添加剂。低温热解的油收率为18%~27%,焦碳收率为50%~60%,油的H/C@1.7。由生物质得到的油,氧含量为15%,而由污泥得到的油的氧含量则低于5%。
  
  (7)涡流式烧蚀热解[9]
  
  同其他热解办法比较,烧蚀热解在原理上有实质性的异样。在所有其他热解办法中,生物质颗粒的传热速率约束了反响速率,因而恳求较小的生物质颗粒。在烧蚀热解进程中,热量经过热反响器壁面来“消融”与其触摸的处于压力下的生物质(就好象在煎锅上消融黄油,经过加压和在煎锅上挪动可明显添加黄油的消融速率)。这样,热解前锋经过生物质颗粒单向地向前挪动。生物质被机械设备移走后,残留的油膜可以给后继的生物质供给光滑,蒸腾后即成为可凝聚的生物质热解蒸汽。反响速率的影响要素有压力、反响器外表温度和生物质在换热外表的相对速率。
  
  2.35kg·h-1闪速液化试验台建立
  
  本设备由流化床热解反响器、进料设备、非规范电加热器、气—气换热器、气—水换热器、风机、集油器、水过滤器、旋风别离器和数据收集操控体系构成。反响器本体是内径为f125mm、f150mm的不锈钢管和中心过渡巨细头焊接成的一个全体,这样反响器内床料可构成内循环,改善了换热条件。描绘任务温度600℃左右。反响器外有加热器材及保温材料,保证反响器内温度到达工艺恳求。由于生物质颗粒流动性差,颗粒之间简单搭桥,易形成给料进程中料仓和进料螺杆之间发生空地,进料螺杆空转而无生物质颗粒进入反响器本体,影响接连进料。为到达接连出产恳求,料仓内装有搅拌器,以保证给料接连。进料设备选用变频电机驱动,经过试验找到约5kg×h-1进料量的频率规模。选用两级换热器办法。气—气换热器的选用是为了充分运用热量,以进步整个设备的功率。经过操控风机风量来调整进入气—水换热器的风速,以到达疾速冷却的意图。
  
  3当前存在问题及主张[10]
  
  液体生物油具有易存储、易运送和能供给某些有价值的化工质料等许多长处。但涉及到产品、技能和运用诸方面,热解技能还存在如下一些问题:生物油本钱一般比矿藏油高10%~100%;生物油同传统燃料不相容,需求专用的燃料处置设备;广阔用户不熟悉这种产品;异样生物油质量相差很大,生物油的运用和出售短少一致规范,阻止其广泛运用。因而,需求做很多任务对生物油分类及拟定规范,并寻求更广泛的运用。
  
  由木屑燃烧机上述问题,所以对疾速热解研讨还需求做如下任务:缔造更大的出产设备,下降生物油本钱;进步产质量量,包罗为出产者和用户拟定规范和规范;生物油的贮存、运送和加工进程要契合环保恳求;加大宣扬力度,鼓舞开发商出产及用户运用生物油。对热解进程进一步研讨和优化还有很大潜力,而我国在这一方面的研讨起步较晚,更须加倍努力,削减与欧美发达国家间的距离。
  
  4结束语
  
  我国是农业大国,生物质资源非常丰富,并且价钱极端廉价。因而,生物质能转化技能的深入研讨、开发和运用,不光可以充分运用我国现有的生物质资源开发代替动力,变废为宝,并且可以优化乡村动力消费结构,削减温室气体排放,保持乡村地区生态平衡,为我国经济疾速可持续展开做出奉献。 

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