生物質(zhì)熱裂解技術(shù)

第四章生物質(zhì)熱裂解技術(shù)生物質(zhì)熱化學(xué)法物理化學(xué)法壓縮成型直接燃燒液化氣化微生物法發(fā)酵生物化學(xué)法固體燃料高壓蒸汽、熱氣流直接液化間接液化共液化氫氣、木煤氣木炭、生物油、木煤氣、醋液氫氣沼氣、乙醇燃燒供熱、木炭燃料油、化工原料甲醇、柴油、二甲醚、氫氣化學(xué)品、液體燃料熱裂解6.1生物質(zhì)熱裂解的概念和原理過程簡單,提升能量密度可分布式生產(chǎn)低品位，難以提質(zhì)熱解反應(yīng)器生物質(zhì)熱量冷凝半焦分離氣體生物油半焦O26.1.1生物質(zhì)熱裂解的概念生物質(zhì)熱裂解概念生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給條件下利用熱能切斷生物質(zhì)大分子中碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)的熱降解。這種熱解過程最終生成液體生物油、可燃?xì)怏w和固體生物炭。產(chǎn)物的比例根據(jù)不同的熱裂解工藝和反響條件而變化。按照升溫速率和完全反響時(shí)間的不同慢速熱裂解快速熱裂解閃速熱裂解參數(shù)慢速熱裂解快速熱裂解閃速熱裂解反應(yīng)溫度/oC300~700600~1000800~1000升溫速度/(oC/s)0.1~110~20>1000停留時(shí)間/s>6000.5~5<0.5物料尺寸/mm5~50<1粉狀熱裂解工藝主要運(yùn)行參數(shù)生物質(zhì)熱裂解主要工藝比較工藝類型滯留期升溫速率最高溫度/℃主要產(chǎn)物慢速熱裂解炭化數(shù)小時(shí)-數(shù)天非常低400炭常規(guī)5-30min低600氣、油、炭快速熱裂解快速0.5-5s較高650油閃速（液體）＜1s高＜650油閃速（氣體）＜1s高＞650氣極快速＜0.5s非常高1000氣真空2-30s中400油反應(yīng)性熱裂解加氫熱裂解＜10s高500油甲烷熱裂解0.5~10s高1050化學(xué)品根據(jù)熱裂解條件和產(chǎn)物的不同，生物質(zhì)熱裂解工藝主要分為：炭化、干餾、熱裂解氣化、熱裂解液化等炭化生物質(zhì)放置在炭化設(shè)備中，通入少量空氣進(jìn)行熱分解制取木炭的方法。干餾生物質(zhì)原料在干餾釜中，在隔絕空氣的條件下熱裂解，是制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木餾油、木炭等的方法。根據(jù)干餾溫度上下可分為低溫干餾〔500~580oC〕、中溫干餾〔660~750oC〕、高溫干餾〔900~1100oC〕。熱裂解氣化在完全無氧或只提供有限氧使氣化不至于大量發(fā)生的情況下進(jìn)行的生物質(zhì)熱裂解，也可描述成生物質(zhì)的局部氣化。熱裂解液化以制取液態(tài)生物油為主要目的的方法。生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)物為燃?xì)狻⒔褂突虬虢褂?，可以根?jù)不同的需要加以利用。熱裂解可以簡化污染控制，生物質(zhì)在無氧的或缺氧的條件下熱裂解時(shí)，NOx、SOx、HCl等污染物排放少，而且熱裂解煙氣中灰分量小。生物質(zhì)中的硫、重金屬等有害成分大局部被固定在炭黑中，可以從中回收金屬，進(jìn)一步減少環(huán)境污染。熱裂解可以處理不適于燃燒的生物質(zhì)，如有毒有害醫(yī)療垃圾。生物質(zhì)熱裂解的原理生物質(zhì)熱裂解過程中會發(fā)生一系列化學(xué)及物理變化?；瘜W(xué)變化包括一系列復(fù)雜的化學(xué)反響，物理變化包括熱量和物質(zhì)傳遞。從化學(xué)反響的角度分析，熱化學(xué)反響包括：分子鍵斷裂、異構(gòu)化、小分子聚合等。木材、林業(yè)廢棄物和農(nóng)作物的主要成分是木質(zhì)纖維素。溫度高于500oC時(shí)，纖維素和半纖維素將揮發(fā)成氣體并形成少量炭。木質(zhì)素中的芳香族成分受熱時(shí)分解比較慢，主要形成炭。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素三種組分常被假設(shè)獨(dú)立進(jìn)行熱分解。纖維素受熱分解階段：水分的蒸發(fā)與枯燥〔100~150oC〕化學(xué)性質(zhì)不變，水蒸發(fā)葡萄糖基脫水〔150~240oC〕法學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)物為反響水熱裂解〔240~375oC〕一氧化碳、二氧化碳、醋酸、甲醇、焦油、生物質(zhì)炭聚合和芳構(gòu)化〔>400oC〕甲烷、木炭等固液氣產(chǎn)物纖維素通常的熱分解溫度范圍：275~450oC生物質(zhì)熱裂解過程分析從物質(zhì)遷移、能量傳遞的角度分析，要點(diǎn)如下：在熱解過程中，熱量首先傳遞得到顆粒外表，再由外表傳遞到顆粒內(nèi)部。熱裂解過程由外至內(nèi)逐層進(jìn)行，生物質(zhì)顆粒被加熱的成分迅速裂解成木炭和揮發(fā)分。揮發(fā)分由可凝氣體和不可冷凝氣體組成，可凝氣體經(jīng)過快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反響生成生物質(zhì)炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙生物質(zhì)顆粒內(nèi)部的揮發(fā)分將進(jìn)一步裂解，形成不可冷凝氣體和熱穩(wěn)定的二次生物油。揮發(fā)別離開生物質(zhì)顆粒時(shí)，還將穿越周圍的氣相組分，在這里進(jìn)一步裂化分解，稱為二次裂解。生物質(zhì)熱裂解最終形成生物油、不可冷凝氣體和生物質(zhì)炭。生物質(zhì)慢速熱裂解的根本過程枯燥階段〔120~150oC〕吸熱反響、水分蒸發(fā)預(yù)熱裂解階段〔150~275oC〕吸熱反響、CO2、CO、少量醋酸固體分解階段〔275~475oC〕醋酸、木焦油、甲醇、CO2、CO、H2、CH4、放出大量熱煅燒階段〔450~500oC〕木炭中的揮發(fā)質(zhì)減少，固定碳含量增加4個(gè)階段連續(xù)進(jìn)行，界限難以劃分6.2生物質(zhì)熱裂解的工藝類型生物質(zhì)熱裂解制炭工藝生物質(zhì)熱裂解液化工藝制油生物質(zhì)熱裂解制炭工藝在有限制地供給少量氧氣條件下，使木材在炭化裝置中進(jìn)行熱分解，制取木炭。常用的炭化裝置：炭窯64、移動式炭化爐65、果殼炭化爐66、立式多槽炭化爐67、回轉(zhuǎn)爐、流態(tài)化爐、多層炭化爐。白煙黃煙青煙木炭率18-22周期3-5d操作周期24小時(shí)，木炭率15-20每8小時(shí)加料1次，每1小時(shí)出料1次，物料停留4-5h，木炭率25-30生物質(zhì)熱裂解液化工藝的開展19801990199520002005201020世紀(jì)80年代初，加拿大Waterloo大學(xué)開始了以提高液體產(chǎn)率為目標(biāo)的循環(huán)流化床研究，為現(xiàn)代快速、閃速裂解提供了根底，被公認(rèn)為本領(lǐng)域中最廣泛深入的研究成果。1990年左右，歐美一些國家開始建設(shè)速熱解示范性工廠或試驗(yàn)臺。1995年左右，目前生物質(zhì)熱解制油主流設(shè)備已經(jīng)普遍完成研發(fā)。之后，隨著試驗(yàn)規(guī)模的反響裝置逐步完善化，歐美示范性和商業(yè)化運(yùn)行的熱裂解工程不斷開發(fā)和建造。2000年左右，中國各科研機(jī)構(gòu)紛紛開始對生物質(zhì)熱解設(shè)備的研發(fā)。2005年后，國外科研機(jī)構(gòu)開始加大力度研發(fā)生物油的深加工技術(shù)。近期，中國一些科研機(jī)構(gòu)也開始研發(fā)生物油的深加工技術(shù)。生物質(zhì)熱解技術(shù)在世界上還屬于新技術(shù)，生產(chǎn)工藝上尚有很多問題有待解決和完善。中國在生物油熱解液化設(shè)備研究方面明顯落后于國外，國內(nèi)開發(fā)的反響器主要以接觸式和混合式為主，具有代表性的是流化床式反響器和旋轉(zhuǎn)錐反響器。目前我國熱解液化工藝整體上尚有許多需要改進(jìn)之處。國外對生物油深加工的研究早已展開，但是暫時(shí)沒有取得突破性進(jìn)展。中國在生物油深加工方面的研究尚處于起步階段，研發(fā)的機(jī)構(gòu)不多。東北林大、中科大、山東理工對生物油與柴油混合制備乳化油技術(shù)進(jìn)行了研究，但短期內(nèi)無法取得突破性進(jìn)展。生物質(zhì)熱裂解液化工藝生物質(zhì)熱裂解液化工藝的主要目的在于生成通常被稱為生物油、熱裂解油、生物原油的液體產(chǎn)物。熱裂解液化工藝可分為：快速熱裂解工藝、常規(guī)熱裂解及氣化工藝?？焖贌崃呀猓涸跇O短的時(shí)間內(nèi)完成，并且是迅速淬冷，使初始產(chǎn)物沒有時(shí)機(jī)進(jìn)一步降解成小分子不冷凝氣體，增加了液態(tài)生物油的產(chǎn)量，得到粘度和凝固點(diǎn)較低的生物油。生物油的制取上現(xiàn)在幾乎都是通過快速熱裂解得到。生物質(zhì)快速熱裂解一般遵循3個(gè)根本原那么：高升溫速率500oC左右中等反響溫度短氣相停留時(shí)間對于大多數(shù)的生物質(zhì)物料而言，溫度在475~525oC時(shí)，有機(jī)油的產(chǎn)量最大，生物油的質(zhì)量也接近最優(yōu)化。溫度降低或者升高都將使產(chǎn)量減少，特別是在溫度較高的時(shí)候，生物油的品質(zhì)快速退化。揮發(fā)分的停留時(shí)間越短，液體的產(chǎn)量就會越大，焦炭和不可凝氣體產(chǎn)量越小，一般設(shè)備考慮的氣相停留時(shí)間多小于1s?？焖贌崃呀庖夯囊话愎に嚵鞒贪ㄔ项A(yù)處理、熱裂解、產(chǎn)物炭和灰分的別離、氣態(tài)生物油的冷卻、生物油的收集?？焖贌崃呀庖夯に嚒?〕原料枯燥和粉碎生物油中的水分會影響油的穩(wěn)定性、粘度、pH值、腐蝕性以及一些其它特性，而天然的生物質(zhì)原料中含有較多的自由水，相比從生物油中去除水分，反響前物料的枯燥要容易的多，因而在一般的熱解工藝中，為了防止將自由水帶入產(chǎn)物，物料要求枯燥到水份含量低于10%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕?？焖贌峤庵朴凸に囈蟾叩膫鳠崴俾?，除了從反響器的傳熱方面入手，原料尺寸也是重要的影響因素，通常對原料需要進(jìn)行粉碎處理，不過隨著原料的尺寸變得越小，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行本錢也會相應(yīng)提高?！?〕熱裂解反響器反響器是熱解的主要裝置，反響器類型的選擇和加熱方式是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適合于快速熱解的反響器型式是多種多樣的，但所有熱解制油實(shí)用性較強(qiáng)的反響器都具備了三個(gè)根本特點(diǎn)：加熱速率快，反響溫度中等、氣相停留時(shí)間短?！?〕焦炭和灰的別離在生物質(zhì)熱解制油工藝中，一些細(xì)小的焦炭顆粒不可防止地進(jìn)入到生物油液體當(dāng)中。研究說明：液體產(chǎn)物中的焦炭會導(dǎo)致生物油不穩(wěn)定，加快聚合過程，使生物油的粘度增大，從而影響生物油的品質(zhì)。生物質(zhì)中幾乎所有的灰分都保存在焦炭當(dāng)中，而灰分是影響生物質(zhì)熱解液體產(chǎn)物收率的重要因素，它的存在將大大催化揮發(fā)成分的二次分解，所以別離焦炭也會影響別離灰分。別離焦炭除了采用熱蒸汽過濾外，還可以通過液體過濾裝置〔濾筒或過濾器等〕來完成，目前，后者仍處于研究開發(fā)階段。焦炭的別離雖然很困難，但是對所有的系統(tǒng)而言都是必不可少的。〔4〕液體生物油的收集液體的收集一直以來都是整個(gè)熱解過程中運(yùn)行最困難的局部，目前幾乎所有的收集裝置都不能很有效的收集。這是因?yàn)榱呀鈿猱a(chǎn)物中揮發(fā)分在冷卻過程中與非冷凝性氣體形成了煙霧狀的氣溶膠形態(tài)，是一種由蒸汽、微米級的小顆粒、帶有極性分子的水蒸氣分子組成的混合物，這種結(jié)構(gòu)給液體的收集帶來困難。在較大規(guī)模的反響系統(tǒng)中，采用與冷液體接觸的方式進(jìn)行冷凝收集，通?？梢允占酱缶植康囊后w產(chǎn)物，但進(jìn)一步的收集那么需要依靠靜電捕捉等對處理微小顆粒比較有效地技術(shù)了。生物質(zhì)熱裂解反響器應(yīng)用于生物質(zhì)熱解的反響器具有加熱速率快、反響溫度中等、氣相停留時(shí)間短等共同特征。綜合國外介紹的生物質(zhì)熱解制油反響器，主要可按生物質(zhì)的受熱方式分為三類。機(jī)械接觸式反響器間接式反響器混合式反響器機(jī)械接觸式反響器這類反響器的共同點(diǎn)是通過灼熱的反響器外表直接或間接與生物質(zhì)接觸，將熱量傳遞到生物質(zhì)而使其高速升溫到達(dá)快速熱解，其采用的熱量傳遞方式主要為熱傳導(dǎo)，輻射是次要的，對流傳熱那么不起主要作用。常見的有燒蝕熱解反響器、絲網(wǎng)熱解反響器、旋轉(zhuǎn)錐反響器等。間接式反響器這類反響器的主要特征是由一高溫的外表或熱源提供生物質(zhì)熱解所需熱量，其主要通過熱輻射進(jìn)行熱量傳遞，對流傳熱和熱傳導(dǎo)那么居于其次要地位。混合式反響器其主要是借助熱氣或氣固多相流對生物質(zhì)進(jìn)行快速加熱，其主導(dǎo)熱量方式主要為對流換熱，但熱輻射和熱傳導(dǎo)有時(shí)也不可忽略，常見的有流化床反響器、快速引射床反響器、循環(huán)流化床反響器等。典型的快速熱裂解反響器燒蝕渦流反響器〔1995〕反響器正常運(yùn)行時(shí)，生物質(zhì)顆粒需要用速度為40m／s的氮?dú)饣蜻^熱蒸汽流引射〔夾帶〕沿切線方向進(jìn)入反響器管，生物質(zhì)在此條件下受到高速離心力的作用，導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒在受熱的反器壁上的受到高度燒蝕。燒蝕后，顆粒留在反響器壁上的生物油膜迅速蒸發(fā)。如果生物質(zhì)顆粒沒有被完全轉(zhuǎn)化，可以通過特殊的固體循環(huán)回路循環(huán)反響。在1995年，該實(shí)驗(yàn)室在原來系統(tǒng)的根底上將主反響器改為垂直，并且還增加了熱蒸汽過濾裝置。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可獲得更為優(yōu)質(zhì)的生物油，主要是因?yàn)榘惭b了熱蒸汽過濾設(shè)備，成功的防止了微小的焦炭顆粒在裂解氣被冷凝過程中混入生物油，同時(shí)這也使得油中的灰分含量低于0.01%，并且堿金屬含量很低。這套系統(tǒng)所生成油的產(chǎn)量在67%左右，但該油中氧含量較高。真空熱解反響器/真空移動床〔1996〕加拿大Laval大學(xué)生物質(zhì)真空熱解裝置，已經(jīng)完善反響過程和提高產(chǎn)量，并在1996年成立了Pro—System能源公司，負(fù)責(zé)把這個(gè)反響器大型化，上述這套系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。物料枯燥和破碎后進(jìn)入反響器，物料送到兩個(gè)水平的金屬板，金屬板被混合的熔融鹽加熱且溫度維持在530℃左右。熔融鹽是通過一個(gè)靠在熱解反響中產(chǎn)生不可凝氣體燃燒提供熱源的爐子來加熱。另外，合理地使用電子感應(yīng)加熱器以保持反響器中的溫度連續(xù)穩(wěn)定。物料中的有機(jī)質(zhì)加熱分解所有產(chǎn)生的蒸汽依靠反響器的真空狀態(tài)很快被帶出反響器，揮發(fā)分氣體質(zhì)解輸入到兩個(gè)冷凝系統(tǒng)：一個(gè)是收集重油，一個(gè)收集輕油和水分。真空熱解反響器/真空移動床〔1996〕加拿大Laval大學(xué)生物質(zhì)真空熱解裝置，已經(jīng)完善反響過程和提高產(chǎn)量，并在1996年成立了Pro—System能源公司，負(fù)責(zé)把這個(gè)反響器大型化，上述這套系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。物料枯燥和破碎后進(jìn)入反響器，物料送到兩個(gè)水平的金屬板，金屬板被混合的熔融鹽加熱且溫度維持在530℃左右。熔融鹽是通過一個(gè)靠在熱解反響中產(chǎn)生不可凝氣體燃燒提供熱源的爐子來加熱。另外，合理地使用電子感應(yīng)加熱器以保持反響器中的溫度連續(xù)穩(wěn)定。物料中的有機(jī)質(zhì)加熱分解所有產(chǎn)生的蒸汽依靠反響器的真空狀態(tài)很快被帶出反響器，揮發(fā)分氣體質(zhì)解輸入到兩個(gè)冷凝系統(tǒng)：一個(gè)是收集重油，一個(gè)收集輕油和水分。通過這套系統(tǒng)得到的比較典型的和物料有關(guān)的熱解產(chǎn)物是47%的生物油、17%的裂解水、12%的焦炭、12%的不可凝熱解氣。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是真空下一次裂解產(chǎn)物很快溢出反響器從而降低了揮發(fā)份的劣化和重整等，減少了裂解氣二次反響的概率。不過，反響器所需要的真空需要真空泵的專業(yè)運(yùn)作以及很好的密封性來保證，這就加大了本錢和運(yùn)行難度。旋轉(zhuǎn)錐熱解反響器〔1995〕旋轉(zhuǎn)錐熱解反響器是一個(gè)比較新穎的反響器，它巧妙地利用了離心力的原理，成功的將反響的熱解氣和固體產(chǎn)物別離開來。該反響器是由荷蘭Twente大學(xué)反響器工程組及生物質(zhì)技術(shù)集團(tuán)〔BTG〕從1989年開始研制開發(fā)的，經(jīng)過幾年的不斷完善，到1995年開展成如下圖的新型反響器。其特點(diǎn)是：升溫速率高、固相滯留期短、氣相滯留期小。其工藝流程可簡述為：生物質(zhì)顆粒與過量的惰性載熱體沙子一起進(jìn)入反響器旋轉(zhuǎn)外錐的底部，當(dāng)生物質(zhì)和沙子的混合物沿著熾熱的錐壁螺旋向上傳時(shí)，生物質(zhì)發(fā)生裂解轉(zhuǎn)化。整個(gè)過程不需要載氣，從而減小了隨后油收集系統(tǒng)的體積本錢。反響器非常緊湊而且有很強(qiáng)的固體傳輸能力。沙子可以和焦炭一起被移出反響器，之后焦炭被燃燒掉，熱的沙子返回到反響器中。該反響器使用沙子作載熱體的另一個(gè)功能就是防止生物質(zhì)顆粒和炭在錐壁上的積累，通過阻隔旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部的局部空間，可減少旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)的氣體容積，因此減少了反響器的氣相滯留期和抑制氣相中生物油的裂化反響。流化床熱解反響器〔1996〕加拿大Waterloo大學(xué)早在20世紀(jì)80年代就開發(fā)了一種大氣壓流化床熱解工藝，當(dāng)初的主要目的是為了找到生物質(zhì)熱解制油產(chǎn)油量最大的狀態(tài)。最初設(shè)計(jì)的是大氣壓下流化床連續(xù)熱解臺架試驗(yàn)臺，反響參數(shù)為顆粒尺寸105~250μm、給料速率50g/h、氮?dú)庾鳛檩d氣、溫度400~600℃。結(jié)果說明：揮發(fā)分停留時(shí)間在0.5s時(shí)，油的產(chǎn)量在60%左右。之后，在此根底上建造了一個(gè)3kg/h的連續(xù)工藝裝置，其工藝流程如下圖。風(fēng)干的生物質(zhì)錘磨后篩分出小于595μm的顆粒，料斗中的生物質(zhì)通過一個(gè)可變速的雙螺旋給料器傳送，在給料器的末端生物質(zhì)顆粒被循環(huán)的產(chǎn)物氣體吹掃并被輸送進(jìn)反響器。反響器以砂子作為床料，流化氣體是循環(huán)的產(chǎn)物氣體，該氣體在管路里被電加熱器預(yù)熱。此外，反響器上包有加熱線圈，能使額外的熱量像所希望的那樣添加到流化床或凈空空間。反響器的操作溫度范圍為425~625℃，氣相滯留期為300~1500μs，加工能力為3kg/h，壓力為125kpa，升溫速率為10000~100000℃/s。熱解產(chǎn)物和所有生成的炭從反響器中被吹掃到旋分器，炭在旋分器中被別離出來，產(chǎn)物氣和蒸汽被通到兩個(gè)冷凝器中，第一個(gè)冷凝器操作溫度為60℃，第二個(gè)冷凝器用0℃冰水作為冷卻介質(zhì)。氣體通過一系列過濾器除去焦油煙霧后送到循環(huán)壓縮機(jī)，從循環(huán)壓縮機(jī)卸載分取一股調(diào)節(jié)氣量去流化反響器和輸送生物質(zhì)到反響器，過量的氣體經(jīng)氣體分析和作為產(chǎn)物劑量后放掉。在反響溫度到達(dá)500℃時(shí)系統(tǒng)液體的產(chǎn)量最大，這與減少在低溫時(shí)的二次分解反響有關(guān)。油中氧含量比較高，一般在38%左右。液體在室溫下表現(xiàn)穩(wěn)定，不可凝結(jié)氣體的熱值也較高，大約有14.1MJ/Nm。流化床熱解也還有一些問題，例如焦炭的磨損比較嚴(yán)重，需要對生物油有一個(gè)后續(xù)的處理以減少油中的焦炭含量；一般的流化床都是采用稀相流化傳熱，所以傳熱速率不是很高。熱輻射反響器熱輻射反響器是典型的間接式加熱反響器。美國Washington大學(xué)設(shè)計(jì)了一種用于研究單顆生物顆粒熱裂解行為的反響器及相關(guān)的分析系統(tǒng)，如圖。該反響器的熱源是一個(gè)1000W的氙燈，其均勻提供約0~25W/cm的一維高強(qiáng)度熱通量給內(nèi)置在玻璃反響器內(nèi)套管的試樣，反響器、氙燈以及熱通量測定裝置固定在光學(xué)架臺上進(jìn)行精確校正。采用鋁鉻熱電偶測量顆粒溫度，而紅外高溫計(jì)那么用來確定顆粒受熱輻射的外表溫度。氦氣氣流使得顆粒解析出的揮發(fā)份快速冷卻，并將其送到收集器和分析系統(tǒng)，在3L/min的通用流量下，從顆粒外表到采樣點(diǎn)的氣相產(chǎn)物的停留時(shí)間約為2.8s，單顆粒生物質(zhì)的熱解實(shí)驗(yàn)在常壓下進(jìn)行，得到了約40%左右的生物油。生產(chǎn)工藝研發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)備特點(diǎn)流化床反應(yīng)器AstonUniversity,NREL,RTI等其特點(diǎn)是設(shè)備小巧，氣相停留時(shí)間很短，可以防止熱解蒸汽的二次裂解，效率很高，并容易工業(yè)放大；但對原料顆粒尺寸要求較小，這就大大增加了原料的加工成本，而且生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)熱效率較低。燒蝕反應(yīng)器NREL,AstonUniversity,BBC,CastleCapital該設(shè)備相對于其它系統(tǒng)可以用粒徑為2-6.35mm的大顆粒生物質(zhì)作為原料，但是生產(chǎn)的油中的氧含量比較高。循環(huán)流化床反應(yīng)器CRES,CPERI,ENEL/Pasquali循環(huán)流化床反應(yīng)器設(shè)備小巧，氣相停留時(shí)間段，可防止熱解蒸汽的二次裂解，該工藝的加熱、傳熱速率及產(chǎn)油率較高，而且處理規(guī)模也較大。缺點(diǎn)是需要載氣，對設(shè)備內(nèi)的熱載體及生物質(zhì)進(jìn)行流化。引射流反應(yīng)器GRTI,Egemin該設(shè)備的缺點(diǎn)是需要大量高溫燃燒氣，并產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣，這個(gè)缺點(diǎn)造成此技術(shù)的發(fā)展前景不大。旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器TwenteUniversity,BTG/Schelde/Kara旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器采用反應(yīng)器壁加熱的方式，不用載氣，且生物油產(chǎn)率很高，達(dá)到物料的70%；缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小，能耗較高。輸送床反應(yīng)器ENSYN雖然可以解決熱量轉(zhuǎn)化問題，但是不易于大型化使用，而且還有焦渣磨損設(shè)備的問題。真空移動床反應(yīng)器LavalUniversity/Pyrovac其優(yōu)點(diǎn)是熱解蒸汽停留時(shí)間很短，減少了二次裂解，但反應(yīng)器要有非常好的真空度，這就對真空泵和密封材料提高了要求，因此增大了制造成本和運(yùn)行難度。生物質(zhì)熱解液化主要裝置比照生物質(zhì)熱裂解的影響因素生物質(zhì)材料種類、性質(zhì)熱裂解溫度催化劑壓力氣相滯留期升溫速率反響氣氛1.生物質(zhì)原材料特性的影響生物質(zhì)種類、形狀、粒徑分布等特性對生物質(zhì)熱裂解行為及組成有著重要的影響。熱解氣體中CO，CO2，H2含量高，

熱解生物油組分中極性物成分〔酚類〕含量高?！?〕生物質(zhì)種類的影響：

含木質(zhì)素多者炭產(chǎn)量較大，半纖維素含量多者炭產(chǎn)量低；

木質(zhì)素?zé)崃呀馑玫降囊簯B(tài)產(chǎn)物熱值最大；

木聚糖熱裂解所得到的氣體熱值最大。

灰分越高越不利于生物油的生成?；曳挚赡芤源呋瘎┑姆绞酱龠M(jìn)熱解揮發(fā)分的二次裂解?！?〕生物質(zhì)尺寸的影響：

生物質(zhì)尺寸小對生成生物油有宜。

熱裂解制取生物油的實(shí)際操作中選用小于1mm的生物質(zhì)顆粒。原因：

粒徑＜1mm時(shí)，熱裂解過程受反響動力學(xué)速率控制，

而當(dāng)粒徑＞1mm時(shí)，顆粒將成為熱傳遞的限制因素。

當(dāng)大的顆粒從外面被加熱時(shí)，顆粒外表的加熱速率那么遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒中心的加熱速率，在顆粒的中心發(fā)生低溫?zé)崃呀?，產(chǎn)生過多的炭，隨著生物質(zhì)粒徑的減小，炭的生成量也減小?！?〕木材組織結(jié)構(gòu)的影響：

木材是各向異性的，這樣的形狀與紋理將影響水分的滲透率，影響揮發(fā)產(chǎn)物的擴(kuò)散過程。原因：

木材的縱向滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橫向滲透率。

木材熱裂解過程中，大量揮發(fā)物的擴(kuò)散主要發(fā)生在與紋理平行的外表，而垂直方向的揮發(fā)物較少，這樣在不同外表上熱量傳遞機(jī)制差異會較大。⑴溫度的影響隨溫度升高，木炭的產(chǎn)率減少，可燃?xì)怏w產(chǎn)率增加。為獲得最大生物油產(chǎn)率，最正確的溫度范圍為400~600℃。2.溫度原理：生成氣體反響的活化能最高，生成生物油反響的活化能次之，生成炭的活化能最低。

熱解溫度越高，越有利于熱解氣和生物油的轉(zhuǎn)化。熱解溫度高，隨著揮發(fā)物析出，一次反響進(jìn)行得更為徹底，炭產(chǎn)率降低；隨熱解溫度升高，揮發(fā)物中越來越多的大分子的生物油通過二次裂解反響生成小分子氣體烴，從而使得燃?xì)猱a(chǎn)率顯著增加。升溫速率的影響

升溫速率增加，物料顆粒到達(dá)熱裂解所需溫度的響應(yīng)時(shí)間變短，有利于熱裂解；

同時(shí)顆粒內(nèi)外的溫度差變大，傳熱滯后效應(yīng)會影響內(nèi)部熱裂解的進(jìn)行。提高升溫速率，熱解反響途徑和反響速率都會發(fā)生改變，并進(jìn)而導(dǎo)致固相、液相和氣相產(chǎn)物都有很大改變。

當(dāng)升溫速率增高時(shí)，焦油的產(chǎn)量將顯著增加，而木炭產(chǎn)量那么大大降低；

反之，低溫、低傳熱速率〔長滯留時(shí)間