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        淺析生物質(zhì)熱解制生物油的工藝

        2017-10-31 10:30:00宋平
        大陸橋視野·下 2017年11期
        關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能工藝技術(shù)能源

        宋平

        【摘 要】二十一世紀(jì)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(dāng)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(jì)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(xué)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(jì)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(yīng)器(圖2)。進入新世紀(jì)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(yīng)器,生物油的制取進入商業(yè)化、規(guī)?;碾A段。總的來說我國對生物質(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(yīng)容器,對生物質(zhì)原料進行相應(yīng)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(yīng)速率。篩分則是針對反應(yīng)物顆粒大小的不同進行選擇,進行不同的熱解工作。當(dāng)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(wù)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(yīng)容器中積累并堵塞反應(yīng)容器甚至參與反應(yīng),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(yīng)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(xué)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(yīng)器,這類反應(yīng)器的受熱方式是反應(yīng)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(yīng)器,這類反應(yīng)器進行熱傳遞的方式為輻射。

        (3)混合式反應(yīng)器,這類反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jì),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:

        [1]林木森.生物質(zhì)熱解機制和反應(yīng)動力學(xué)研究[D]. 中國林業(yè)科學(xué)研究院 2007

        [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(xué) 2005endprint

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