生物質(zhì)流化床熱解液化實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用.pdf

1、采用熱解液化技術(shù)可以將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為便于儲存和運(yùn)輸?shù)囊后w燃料，其具有替代礦物油的潛力。我國主要的生物質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)廢棄物，然而與林業(yè)廢棄物相比，關(guān)于農(nóng)業(yè)廢棄物熱解液化的研究較少。目前生物質(zhì)熱解液化研究主要關(guān)注的是生物油的產(chǎn)量，使得生物油的品質(zhì)難以達(dá)到通常液體燃料的要求。因此需要詳細(xì)研究熱解參數(shù)對生物油特性的影響規(guī)律，探索提高生物油品質(zhì)的方法。另外生物質(zhì)資源特別是農(nóng)業(yè)廢棄物通常在空間和時間上不連續(xù)，因此為了實(shí)現(xiàn)生物油的低成本和大規(guī)模生產(chǎn)，

2、具體的生物質(zhì)熱解方式應(yīng)與生物質(zhì)特性相適應(yīng)。本文致力于用流化床熱解液化技術(shù)開發(fā)我國的生物質(zhì)資源。
　　 本文研究主要涉及三種在我國較有代表性的林業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物：松木屑、花生殼和玉米稈。利用熱重分析儀研究了這三種生物質(zhì)的熱解特性并建立了熱解模型。在小型流化床熱解液化裝置上進(jìn)行了生物質(zhì)熱解液化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明花生殼和玉米稈的生物油產(chǎn)率明顯比松木屑低，而焦炭產(chǎn)率較高，同時不凝氣的熱值較低。這就意味著如果采用常規(guī)的熱解液化技術(shù)，以農(nóng)業(yè)

3、廢棄物為原料的生物油的成本將會比以林業(yè)廢棄物為原料的高。另外生物油的性質(zhì)和成分也表明以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的生物油，特別是玉米稈油的品質(zhì)不如松木屑油。為了改善生物油的品質(zhì)，研究了流化床反應(yīng)器的反應(yīng)條件(溫度、停留時間、原料粒徑)對生物油產(chǎn)率和品質(zhì)的影響規(guī)律。熱解溫度是最重要的影響因素，花生殼和玉米稈都是在溫度為450℃時生物油產(chǎn)率最高，而松木屑則是在500℃時生物油產(chǎn)率最高。然而生物油品質(zhì)較好時的溫度與產(chǎn)率最高時的溫度并不完全一致，例如，玉

4、米稈就是400℃熱解得到的生物油的氧和水含量最低而熱值最高。停留時間的影響與熱解溫度相似，產(chǎn)率最高時的生物油的品質(zhì)并不一定最好。雖然當(dāng)原料粒徑小于1mm時其對生物油的產(chǎn)率的影響較小，但對生物油的品質(zhì)卻有較大的影響。因此，不單純追求生物油產(chǎn)量，而是根據(jù)生物質(zhì)特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)臒峤夥磻?yīng)條件可以得到品質(zhì)較好的生物油。降低生物油的水含量是提高生物油品質(zhì)的一個重要方面，為此，生物質(zhì)原料熱解前需要經(jīng)過干燥預(yù)處理。微波干燥是一種快速、高效和節(jié)能的干燥方式

5、，本文首次將微波干燥技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)熱解液化工藝的原料干燥過程中。在微波干燥的快速蒸發(fā)過程中，生物質(zhì)原料內(nèi)部形成了較好的孔結(jié)構(gòu)。在熱重分析儀和流化床熱解液化裝置上的熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波干燥預(yù)處理有利于生物質(zhì)的熱解并且減少了揮發(fā)分發(fā)生二次裂解反應(yīng)的幾率，結(jié)果生物油產(chǎn)率有所提高。另外由于有利于抑制二次反應(yīng)，微波干燥處理的生物質(zhì)得到的生物油的水含量較低而熱值較高，這將有利于生物油用作燃料；同時生物油中也含有較多的一次熱解產(chǎn)物，這將有利于生物油

6、用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)。
　　 本文將微波加熱技術(shù)直接應(yīng)用于生物質(zhì)熱解過程中，由于生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的焦炭會吸收微波能量導(dǎo)致焦炭的局部溫度高于周圍環(huán)境的溫度，這樣與常規(guī)加熱方式相比，熱解反應(yīng)可以在較低的溫度下進(jìn)行，并且可以得到H2濃度較高的氣體產(chǎn)物，而揮發(fā)分的二次裂解反應(yīng)也會因環(huán)境溫度較低而得到有效控制。因此采用較節(jié)能的低溫微波熱解技術(shù)也可作為一種生物油高質(zhì)高量生產(chǎn)的方法。發(fā)明了一種移動式生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，其能量完全由生物質(zhì)提供，適合