淺析生物質(zhì)熱解制生物油的工藝

宋平

【摘 要】二十一世紀中葉世界能源危機是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一，因此對世界各國來說，研究更高效的技術(shù)利用第四大能源——生物質(zhì)能源是一個亟需解決的問題。我國的化石能源消費能力已經(jīng)接近甚至超過美國，成為全球第一能源消費國，我國生物質(zhì)資源也相當豐富，對生物質(zhì)能的利用也走在世界前列。本文從生物質(zhì)能源的概述及特點出發(fā)，較為詳細的闡述了生物質(zhì)熱解制生物油技術(shù)，以及生物質(zhì)熱解制生物油技術(shù)的運用前景。

【關(guān)鍵詞】能源；生物質(zhì)能；熱裂解；生物油；工藝技術(shù)

生物質(zhì)熱解技術(shù)自上世紀八十年代以來發(fā)展迅速，我國不僅通過生物質(zhì)熱解技術(shù)又花了國內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)，為環(huán)保做出了貢獻，還得到了大量了高熱值的液體燃料。

1.生物質(zhì)能源

1.1生物質(zhì)能源的概述及特點

生物質(zhì)廣泛來源于動、植物，是可再生的物質(zhì)，主要是通過綠色植物的光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的化學能儲存在植物體內(nèi)，并通過食物鏈轉(zhuǎn)移到動物體內(nèi)。生物質(zhì)能源是指生物質(zhì)能被人類利用的部分。生物質(zhì)的主要來源為植物，它是獨特的，作為唯一可再生的碳能源與品種、陽光、雨水、溫度、濕度等都有一定的因素。

1.2開發(fā)生物質(zhì)能源的技術(shù)

為了適應生物質(zhì)的特點和滿足用戶的特殊需要，因此生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)是多種多樣的，在實際使用或研究中主要將生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)分為四種。

直接燃燒技術(shù)分為固型燃料燃燒、垃圾焚燒、鍋爐燃燒以及爐灶燃燒四種，其中爐灶燃燒是最原始、效率最低的利用方式，但是也是最節(jié)省的方式；鍋爐燃燒效率高，適合大規(guī)模的利用，但是投資高，不便于小規(guī)模的利用生物質(zhì)資源；垃圾焚燒對技術(shù)以及設備的要求較高，同時大規(guī)模的利用才能經(jīng)濟適用，不適合小規(guī)模投資；固型燃料燃燒簡而言之就是把生物質(zhì)固化，用以替代煤。

1.3開發(fā)生物質(zhì)能源的意義

開發(fā)生物質(zhì)能源具有經(jīng)濟、環(huán)保以及社會等多方面的以及。進入二十一世界以后人類面臨著資源、經(jīng)濟、環(huán)境以及技術(shù)等多方面的壓力，資源、經(jīng)濟、環(huán)境以及技術(shù)相互依存但有時也相互矛盾，因此人們需要在這四個因素中找到一個平衡點，在不加大對環(huán)境的破壞下，技術(shù)滿足資源的開發(fā)，保證經(jīng)濟的發(fā)展。這四點因素，技術(shù)是關(guān)鍵，因此積極研究開發(fā)新技術(shù)，利用新技術(shù)對包括生物質(zhì)能在內(nèi)的新型能源進行開發(fā)利用，對促進改善環(huán)境與發(fā)展經(jīng)濟的雙向發(fā)展具有重大而又深遠的意義。

2.生物質(zhì)熱解制生物油技術(shù)

2.1生物質(zhì)熱解制生物油概述

生物油是生物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下，受熱分解，并通過冷凝得到的液體產(chǎn)物，同時還得到氣體副產(chǎn)物（燃氣），固體副產(chǎn)物（焦炭）等。根據(jù)實驗并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，生物質(zhì)熱解獲得最大生物油的產(chǎn)率的最佳反應溫度為500℃，最佳的加熱速率為1000-10000℃/S，并且氣相滯留時間和熱解高溫氣體的淬冷不超過2s。我國生物質(zhì)主要來源的秸稈在最佳反應條件下的產(chǎn)油率一般都在50%以上，木材的產(chǎn)油率一般也在60%以上，并且利用生物質(zhì)生產(chǎn)的生物油的熱值也不低。

2.2生物質(zhì)熱解制生物油的研究現(xiàn)狀

正如前文所述生產(chǎn)、運輸?shù)确矫婢哂休^大的優(yōu)勢，因此早在上世紀七十年代國外的相關(guān)企業(yè)就對利用生物質(zhì)熱解生產(chǎn)生物油展開了相關(guān)研究，取得的研究成果也是顯著的，研究團隊開發(fā)了各式各樣的熱解反應器（圖2）。進入新世紀以后澳大利亞、加拿大、美國等研究開發(fā)了適合商業(yè)化的熱解反應器，生物油的制取進入商業(yè)化、規(guī)?；碾A段?？偟膩碚f我國對生物質(zhì)熱解的研究起步較晚，在1995年才引進技術(shù)開始研究工作。

2.3生物質(zhì)熱解制生物油的工藝流程

生物質(zhì)熱解制生物油的工藝流程具體如（圖3）所示。

流程中的干燥工作是為了不把過多的水分帶到生產(chǎn)的生物油中，體高生物油的品質(zhì)，實際中對干燥的要求沒有硬性規(guī)定，但一般要求生物質(zhì)原料的含水量在10%以下。針對不同的反應容器，對生物質(zhì)原料進行相應的則提高產(chǎn)油率，原料粉碎后外界的接觸面積增大，有利于提高加熱速率和反應速率。篩分則是針對反應物顆粒大小的不同進行選擇，進行不同的熱解工作。當生物質(zhì)熱解后對生成物進行分離則是工藝流程的最后一步，因為是高溫裂解所以生成的生物油以氣體狀態(tài)存在，因此需要進行冷凝工作；對裂解產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣態(tài)燃料與固體焦炭還需進行分離，氣體燃料的分離教務簡單，而交談的分離則需要同時分離灰燼，因為炭和灰都會在反應容器中積累并堵塞反應容器甚至參與反應，因此在生物質(zhì)熱解時需要對炭和灰進行定時的分離，對反應器進行定期的清理。

2.4 目前大量運用的生物質(zhì)熱解制生物油的技術(shù)

生物質(zhì)熱解制生物油是一個化學變化的過程，實際使用中需要看綠的因素很多，因此在實際運用中生物質(zhì)熱解制生物油的技術(shù)按生物質(zhì)的受熱方式進行分類，主要分為以下三類：

（1）機械接觸式反應器，這類反應器的受熱方式是反應器跟生物質(zhì)直接接觸，進行最直接的熱傳遞，使生物質(zhì)裂解。

（2）間接式反應器，這類反應器進行熱傳遞的方式為輻射。

（3）混合式反應器，這類反應器進行熱傳遞的方式為對流換熱。

3.生物質(zhì)熱解制生物油技術(shù)的運用前景

生物油具有比原料更好的品質(zhì)、更高的能量密度、更容易儲存的特點，因此生物油在實際生產(chǎn)、銷售以及利用中具有更大的靈活性。

3.1更高效催化劑的運用

在制備生物油時需要一定的條件，因此催化劑的選擇在一定程度上保證了生物油制備的效率。制備生物油的催化劑的選擇一般有兩種，加氫催化和ZSM—5。加氫催化顧名思義就是在生物油制備時，向反應容器中加入氫，氫元素結(jié)合生物油分子中氧元素。加氫催化的另一個作用就是減少生物油的自我氧化，但是加氫處理時容易生成一些次產(chǎn)物，比如固體焦炭等，容易堵塞反應容器。ZSM—5它是一種沸石分子篩它能將生物質(zhì)中的含氧化合物轉(zhuǎn)化成甲烷基苯類化合物。

3.2木炭、不可凝氣體的運用

在實際中生物質(zhì)熱解會得到許多的不可凝氣體，這些不可凝氣體的熱值較高，因此它也可以用作生物質(zhì)質(zhì)生物油反應中的能量來源，或者用作工廠、家庭的燃料，這樣也可以節(jié)省能源減少制備過程中對環(huán)境的損害。木炭的優(yōu)點有很多，在制備生物有的過程中可以把產(chǎn)生的焦炭等含碳量高的副產(chǎn)物收集、處理用來加工成活性炭等工業(yè)用品，甚至用作反應燃料等。

4.結(jié)語

能源是國家發(fā)展的“硬通貨”，但目前世界上的能源結(jié)構(gòu)以化石能源為主，清潔、可再生的能源在能源消費中所占比很小。以目前世界的消費水平開采全球所探明的化石能源，煤炭資源可供開采時間還有一百年左右，天然氣還能開采近半個世紀，石油開采已經(jīng)不足四十年了。雖然世界各國國情不一樣，對作為世界第四能源的生物質(zhì)能的利用也有所差別，但不可否認的是生物質(zhì)能的發(fā)展將迎來“春天”，生物質(zhì)能將在未來作為世界的主要能源，因此人類還需努力提高開發(fā)生物質(zhì)能的工藝、技術(shù)。

參考文獻：

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[2]李玉柱.生物質(zhì)熱裂解制取生物油試驗裝置的研制[D]. 吉林農(nóng)業(yè)大學 2005endprint