生物质快速热解装置研究进展

高新源，徐庆，2，李占勇，2，田玮，2，张建国

（1天津科技大学机械工程学院，天津 300222；2天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津300222）

生物质快速热解装置研究进展

高新源1，徐庆1，2，李占勇1，2，田玮1，2，张建国1

（1天津科技大学机械工程学院，天津 300222；2天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津300222）

当今化石能源日渐枯竭和环境压力日益加重是亟待解决的问题，而生物质热解液化技术被认为是解决能源紧张的潜在方法，尤其是生物质快速热解技术。随着生物质快速热解技术与工艺不断成熟，需要快速热解装置不断放大以提高处理量，以实现生物质快速热解的工业化。生物质快速热解装置复杂且多样化，在装置的放大过程中，各系统的合理选择是难点。本文首先对生物质热解机理、快速热解过程的粒径选择和前处理进行了简述，并对快速热解流程中的进料系统、供能系统、热解反应器和快速冷凝系统 4个关键系统进行了综述，着重介绍了快速热解反应器的类型及其特点，提供了该 4个关键系统的选择及研究趋势。流化床反应器具有易放大、可以较好地实现自热式快速热解的优点，本文总结出流化床式反应器是目前研究的热点。在保证产品品质下，设备易放大、稳定实现自热式、流程能耗低、运行稳定安全等是快速热解装置未来的研究方向。

生物质；快速热解装置；流化床反应器；自热式

当今化石能源日渐枯竭，环境压力日渐严重，生物质能源的开发和利用越来越引起国内外政府与学者的重视［1］。中国政府将农作物残留［2］和林业废弃物［3］作为很有前途的可再生能源，并制定相应的政策提高农林生物质利用效率。

生物质热解技术是把低能密度生物质能转化为高能密度产物以及高附加值化学品的一种新型生物质能利用技术。快速热解是生物质在无氧的环境下快速加热至500℃左右，生物质会快速裂解为热解气和生物炭，保证较少的停留时间，热解气快速冷却得到生物油［4］，快速热解要求颗粒尺寸小于1mm［5］。

快速热解主要以制备生物油为目的，生物油中含氧量可达 35%～60%［6］，水分含量可达 15%～30%，黏度较大、稳定性差［7］。这些特性限制了生物油的应用，需要研发各种生物油精炼方法。快速热解副产物生物炭也有较高的价值。生物炭广泛应用于催化剂载体、电池电极、气体储存［8-9］和提高土壤质量［10］。此外，DIDEM［11］研究得出生物炭可以替代传统化石燃料，ALVAREZ等［12］研究得出在稻壳热解生物炭中有大量 Si含量，可以获得无定形氧化硅。

生物质快速热解技术需要设备装置的支持，装置直接影响生物质热解产品的得率与品质以及各系统的稳定运行。图1为典型快速热解流程，本文主要对其中的进料系统、供能系统、热解反应器和快速冷凝系统4个关键系统进行了综述，并提供了该4个关键系统的选择及研究趋势。

图1 典型的快速热解装置流程

1 生物质快速热解及热解机理

在快速热解过程中，生物质在无氧的环境下快速加热至 500℃左右，生物质会快速裂解为热解气和生物炭，保证较小的热解气停留时间（＜2s），快速冷却得到生物油。生物质快速热解的产品得率和品质主要影响因素是生物质原料的选择，过程参数的选择及热解设备的选择。过程参数主要包括加热速率、热解温度和热解气停留时间［13］。

生物质一般包含纤维素、半纤维素和木质素 3种主要组分，当生物质超过 150℃时，纤维素就会发生缓慢热解，在温度低于 300℃时，纤维素的热解主要包括聚合度的降低、自由基的形成、分子间或分子内的脱水、CO2和CO的形成等反应，脱水后的纤维素容易发生交联反应，最终形成焦炭［14］。当温度超过 300℃后，纤维素的热解速度大幅提高，且开始形成较多的液体产物，并在500℃左右的中温热解区域得到最大的液体产率。在热解初期，纤维素聚合度降低形成活性纤维素［15］，之后解聚形成各种脱水低聚糖、以左旋葡聚糖，毗喃环的开裂以及环内C—C键的断裂而形成羟基乙醛（HAA）为主的各种小分子醛、酮、醇、酯等产物［16］。

对于半纤维素的快速热解，一般都认为具有和纤维素相似的反应机理。不同生物质原料的半纤维素主要包括甘露聚糖和木聚糖，根据 ALEN等［17］的研究，甘露聚糖和纤维素会形成较为相似的热解产物，而木聚糖和纤维素的热解产物差别较大。

对于木质素，一般在200℃左右发生初始热解，但其大量热解需要较高的温度，比纤维素大量热解的温度高，木质素是生物质3种主要组分中热稳定性最好的组分。木质素的快速热解中焦炭的得率高，主要因为木质素是一种芳香族高分子化合物，其裂解比纤维素和半纤维素中糖苷键的断裂困难。木质素快速热解形成的液体产物有大分子木质素热解低聚物，也称热解木质素；单分子挥发性酚类物质；小分子物质，如甲醇、乙酸等，其中低聚物的产率最高，一般在常规生物油中含量可达 13.5%～27.7%［18］。

2 生物质原料及预处理

在生物质快速热解液化中，不同生物质原料，对热解产品尤其是生物油产率和品质影响较大。比如 ERTAS等［19］用月桂提取物快速热解在热解温度为 500℃下得到最大生物油产率为 21.9%，而AMUTIO等［20］用松木锯末快速热解在热解温度为500℃下得到最大生物油产率为 75%。各种生物质的成分主要为纤维素、半纤维素和木质素，但各组分差异较大，对于林业木屑类生物质纤维素所占比例在40%～50%以上，而农业生物质所含纤维素一般在30%～40%，且农业生物质一般含有大量半纤维素。因此，在生物质快速热解液化中林业生物质选择较多。

2.1 生物质粒径选择

生物质原料的粒径选择对生物质热解产品影响较大，尤其是对生物油产量。因为快速热解需要极快的加热速率，而较小的粒径可以增加物料的加热速率。SCOTT等［21］和NIK-AZAR等［22］研究得出快速热解中生物油的得率随着生物质原料粒径的增加而减少，较大的粒径会导致热解气的二次裂解。NIK-AZAR等［22］研究得出当生物质原料粒径从53～66μm增加到 270～500μm时，生物油得率从53%降到38%。虽然小颗粒可以减少生物质热解气的二次裂解，提高生物油产率，但是细小颗粒的成本也较高，对粉碎机类型及粉碎机的寿命要求较高。粒径的不同对于热解装置的选择也有较大影响，对于热解反应器，旋转锥反应器要求物料粒径较小，而喷动床反应器则可处理大颗粒物料，但大颗粒物料不利于进料和分离等单元操作。

2.2 干燥和烘培预处理

生物质原料中水分含量较高，若直接热解，水分最终会进入热解产品生物油中，从而会降低生物油的热值及品质。此外，水分的蒸发阻碍了热解反应的发生，降低传热速率，因此原料的预干燥是不可缺少的步骤［23］。王贤华等［24］研究表明微波干燥的速率是热风干燥速率5倍以上，微波干燥改善了原料内部的孔隙结构，有效抑制生物油蒸汽的二次裂解反应，有利于纤维素和半纤维素的热解，提高生物油产量。但同时微波干燥成本会增加。此外，利用热解流程中的余热干燥生物质原料也是研究的热点。

烘培预处理可以有效控制生物质中的水分，降低快速热解得到生物油的氧及乙酸含量［25］，增加了生物油的热值，烘焙预处理可以提高生物油品质，为快速热解制取生物油提供工艺的优化。

3 快速热解流程装置

各种处理规模的快速热解装置流程见图 2～图6。图2为哥伦比亚大学MONTOYA等［26］研发的装置，处理量为 2～5.3kg/h，特点是螺旋进料器连续进料，反应器为鼓泡流化床，N2作为流化气体，电加热，加砂辅助，旋风分离器分离；间接快速冷凝。图3为西班牙巴斯克大学RUTH等［27］研发的装置，处理量为 25kg/h，特点是二级螺旋进料器连续进料，不可冷凝气体作为流化气体，反应器为喷动床，电加热，加砂辅助，二级旋风分离固体，生物油喷淋冷却。图4是山东理工大学YI等［28］研发的装置，处理量为110.5kg/h，特点是螺旋进料器连续进料，生物质燃烧提供热量，陶瓷球作为热载体加热生物质，热解反应发生在下流的管中，快速间接水冷。图 5是中国科技大学陆强［29］研发的装置，处理量120kg/h，特点是二级螺旋进料器连续进料，不可冷凝气体作为流化气体，反应器为流化床，焦炭燃烧提供热量，加热流化气体，二级旋风分离固体，生物油喷淋冷却加水冷。图6是DIETRICH等［30］开发的生物质快速热解工业规模流程图，处理量为50000t/a，工艺特点为不可冷凝气体携带气动进料，燃烧生物炭加热砂子供能，沙子循环作为热载体，生物油自喷淋冷凝热解气。由此可见，随着生物质处理规模的增加，热解装置及其附属装置（进料、供热、冷凝系统）也随之复杂。同时随着处理规模的增加，热解流程中的关键系统包括进料系统、供能系统、热解反应器、快速冷凝系统的选型需要重点考虑。

图2 哥伦比亚大学MONTOYA开发的装置［26］

图3 西班牙巴斯克大学RUTH研发的装置［27］

图4 山东理工大学YI研发的装置［28］

图5 中国科技大学陆强研发的装置［29］

图6 DIETRICH开发的生物质快速热解工业规模流程图［30］

3.1 进料系统

进料系统是整个热解装置流程稳定运行的前提。在生物质快速热解中，二级螺旋进料器为常用的进料装置，第一级定量进料，主要确定进料量；第二级为快速进料，主要防止生物质在进入反应器前高温热解软化。

一级螺旋进料器也可应用于生物质快速热解进料系统，但需要在螺旋进料器外壳添加冷却水套，防止生物质物料提前加热。车颜喆等［31］采用带冷却水套一级螺旋进料器为进料系统，设计的生物质快速热解装置处理量可达150kg/h。

对于秸秆和木屑类农林生物质，在螺旋进料器中易出现阻塞，郭晓慧等［32］改进了螺旋进料器和气力输送二级进料方式，可以明显解决物料的易堵塞。

对于热解反应器，尤其是流化床和喷动床，进料位置需要合理选择。对于流化床，进料位置大部分选择在分布板之上，这样会增加物料在床内密相区的时间，热解充分；而对于喷动床反应器，进料位置可以选在床的顶部，该区域气体气速低，温度低，有利于进料。

在喷动床或流化床内都需要流化气体，内部存在压力，这阻碍物料的进料，RUTH等［27］采用旋转阀解决物料反喷问题。而在反应器内温度较高，螺旋进料器与喷动床或流化床反应器直接相连，会被加热，导致生物质提前热解软化阻塞通道。当选取的热解温度较高时尤为明显，而且高温对螺旋进料器的材质选取也有影响。可以采用绝热连接解决，但需要保证连接的密封性。

3.2 供能系统

对于实验室小试生物质热解研究，供能方式大部分选择电加热。电加热简单易操作，对于处理量较小实验室和小试生物质热解研究适合，但对于处理量较大的中试甚至工业化研究，电加热成本太高。生物质热解所需的热量是比较少的，何芳等［33］研究得出将1kg干小麦秸秆粉从初始室温303K升到主要热解反应完成的温度 673K，所需提供的热量为523kJ，包含了加热小麦秸秆的热量和样品热解的热量。Dynamotive公司在流化床小试装置上的能量衡算表明，生产 1kg生物油所需提供的全部热量为2.5MJ［34］。生物质快速热解产品中，生物油一般为50%～80%，生物炭的热值高于30MJ/kg，因此每公斤生物质快速热解的副产物焦炭和燃气的总能量大于其热解所需的热量，这样为自热式热解装置提供了可能。

中试以上生物质热解装置流程的供能方式主要通过燃烧快速热解副产物焦炭［29］，不可冷凝气体中可燃气体、或部分生物质［28］。加拿大 Dynamotive公司实验得出不可冷凝的可燃气体燃烧仅可以提供生物质热解需要能量的75%，但采用气体燃烧方式较易加热。对于旋转锥反应器热解装置，循环流化床热解装置采用快速热解副产物焦炭燃烧提供能量，焦炭的热值较高，高于 30MJ/kg，可以提供生物质热解需要能量。循环的可燃气体组成复杂，可利用性差，价值低于生物炭。因此最佳自热式供能方式可以选择焦炭和燃气共同燃烧提供能量。YI等［28］采用燃烧生物质的方式提供能量，该方法成本廉价，但会使设备复杂化。

以上几种供能方式的共同特点是提供的热量不稳定，难以保证快速热解均匀及稳定性；此外直接提供能量会使副产物中的水分等最终进入生物油中，影响油的品质；燃烧不完全的气体会在快速热解中起催化作用。因此，在中试以上规模的生物质快速热解过程很少将热解高温烟气直接供能热解生物质，而是加热惰性气体［29］、热载体（如砂子［27］和陶瓷球［28，31］）、金属壁面（烧蚀反应器）间接加热。在自热式热解装置中加热砂子和陶瓷球较多，因为砂子和陶瓷球的热容明显大于气体的，可以提高设备处理能力，而且砂子和陶瓷球在流化床或喷动床内同时作为辅助流化介质，尤其是对于木屑、秸秆等难流化的生物质。对于烧蚀反应器，美国可再生资源实验室（NREL）［35］和英国Aston大学［36］研究较多，该研究主要难点是如何使生物质颗粒和高温壁面紧密接触良好而不脱离。

3.3 快速热解反应器

快速热解反应器是快速热解系统的核心，热解反应器的类型和加热方式等决定了生物质热解效率及最终产品的分布。生物质快速热解反应器类型较多，主要的快速热解反应器有烧蚀式热解反应器、旋转锥反应器、流化床热解反应器等。各个快速热解反应器设计或选择都应基于提高传热速率，减少停留时间，减少二次裂解，提高产品品质，易放大，处理粒径较广等要求；自热式主要是通过燃烧生物炭或不可冷凝热解气体提供所需热解热量，降低成本，降低能耗。

3.3.1 旋转锥反应器

旋转锥反应器是由荷兰Twente大学和Biomass Technology Group（BTG）公司共同开发的。旋转锥反应器原理如图 7所示，在旋转锥反应器中，生物质颗粒与惰性热载体一同喂入反应器旋转锥的底部，生物质颗粒会在旋转锥中螺旋上升，过程中生物质被迅速加热、裂解，热解气由导出管进入旋风分离器，分离生物炭后通过冷凝器凝结为生物油，生物炭和热载体进入燃烧室燃烧，提供热解温度［37-39］。

图7 旋转锥热解反应器结构图

沈阳农业大学引进一套旋转锥热解装置，热解松木木屑，粒径为0.2mm，处理量可达26.4kg/h。在反应器温度为 600℃，旋转锥频率为 10Hz条件下，生物油、不可冷凝气体及木炭的得率分别为53.37%、21.45%和 25.16%［40］。李滨等［41］自主研发了 ZKR-200A型旋转锥式生物质闪速热解制油装置，对四种生物质原料进行了热解制油实验，物质的处理能力为183.7kg/h。

旋转锥反应器一般不需要载气，结构紧凑，减少了成本；旋转锥反应器将快速热解副产物焦炭燃烧，提供热源，加热惰性载体，然后惰性载体接触加热生物质，加热效率高，生物质加热速率快，且可以保证固体和热解气在旋转锥内停留时间较短，减少了对热解气的二次催化裂解，提高生物油的得率和品质。但旋转锥反应器要求物料粒径较小，设备复杂，且设备放大较难［42］。

3.3.2 烧蚀热解反应器

烧蚀热解反应器研究比较著名的有美国可再生资源实验室（NREL）和英国Aston大学。烧蚀热解反应器主要技术难点是如何使生物质颗粒和高温壁面在具有一定相对运动速度的情况下紧密接触而不脱离，一般是通过机械力或离心力的作用而实现。NREL采用离心力的作用，Aston大学采用机械力。

图8为美国可再生资源实验室研发的烧蚀涡流热解反应器。氮气或过热蒸汽携带生物质物料进入反应器，在高速离心力的作用下，在高温反应器壁上发生烧蚀和热解。未完全热解的物料经过循环回路重新热解。物料颗粒在外力作用下，高速运动摩擦，物料粒径不断减小，因此烧蚀反应器对物料粒径要求不太高。NREL在2003年建成热解装置规模为 20kg/h，在管壁温度 625℃时，液体产率可达55%［35］。

Aston大学设计的烧蚀反应器如图 9，动力来自机械力，机械力带动物料与高温壁面接触、反应。整个过程不需要气体通入，简化了操作流程，降低了成本。Aston大学设计了处理量为2.5kg/h的烧蚀反应器，液体产物可达81%［36］。

图8 NREL烧蚀涡流反应器热解流程

图9 Aston烧蚀反应器示意图

烧蚀反应器热源为高温壁面，生物质与高温壁面接触快速热解，设备简单紧凑，物料加热速率快，可以提高生物油的得率。采用机械力的烧蚀反应器可以保证生物炭的快速移除，从而减少了热解气的二次裂解。但整个过程需要保证生物质和高温壁面紧密接触，这是设计和控制的难点。

3.3.3 流化床热解反应器

对于流化床热解反应器，快速热解过程中需要足够的流化气体，保证物料的流态化。供热方式为加热流化气体或加热流化床床体，在加热流化床床体时需要预热流化气体，以免引起流化床床内温度下降。

（1）鼓泡流化床热解反应器 鼓泡流化床研究较早，较成熟，结构运行简单，易放大。Dynamotive公司已经在加拿大Ontario省建立了日处理100t木屑的鼓泡流化床工业示范装置，生物油产率在60%以上，油品用于燃气轮机发电［43］。但鼓泡流化床也有明显缺点，适宜小颗粒热解反应，对颗粒粒径要求高。当物料颗粒较大时，积炭难以被流化气体和热解气带出，引起热解气严重的二次裂解，而密度较小的颗粒会在流化床上部悬浮，并催化裂解热解气，导致生物油产率下降，品质降低。

此外，在设备放大时必须考虑供热方式的选择。电加热方式虽然设计简单，但对大容量系统不可行，Dynamotive采用燃气燃烧后烟气通过烟管间接加热床料，在中式规模的鼓泡床反应器上取得良好的操作性能，但烟气中的过剩空气会氧化热解产物［44］。

在鼓泡流化床快速热解过程中如何解决气固传热效率是研究重点，因此在鼓泡流化床反应器中会加入石英砂，一方面辅助流化，另一方面作为热载体，增强加热速率。

（2）循环流化床热解反应器 这一类热解反应器又可分为循环传输床反应器和循环流化床反应器，其实原理相同。加拿大Ensyn公司在循环传输床快速热解系统研究较早。在循环传输床中布置了燃烧室，由沙子直接加热生物质，增大加热速率。热载体砂子随着热解副产物生物炭一起被吹出反应器，在旋风分离器中热解气和生物炭沙子分离，生物炭和沙子一起进入燃烧室，生物炭燃烧释放的热量加热砂子，热砂子返回流化床反应器提供热解所需的能量，就构成一个完整的循环过程。循环传输床在生物质热解技术中应用有较大优势，可以增大生物质的处理量，处理量可达4000kg/h。但砂子的传输及加热温度需要严格控制，因此整个系统操作复杂，能耗较大。

希腊可再生能源中心（GRES）研究的循环流化床将鼓泡流化床和高速流化床串联起来，利用生物炭燃烧提供热解所需热量，在循环流化床内应用了提升管技术，加快传热效率。该试验系统处理能力为10kg/h［45］。

中国科学院广州能源研究所（GIEC）自主研制了生物质循环流化床液化小型装置，以石英砂作为循环介质，进料速率为5kg/h，反应温度500℃左右，可获得63%的液体产率［44］。循环流化床将反应器和燃烧室结合为一个整体，结构紧凑热量损失小，但是操作过程复杂。RUTH等［27］指出循环流化床热解生物质中动力学较复杂，且制备的生物油产品含碳率较高。在循环流化床热解过程中，空气容易从燃烧室进入反应器，引起热解产品得率降低。

此外，循环流化床需要的气体流量较大，成本较高。

（3）喷动床热解反应器 西班牙巴斯克大学主要研究喷动床快速热解反应器，研究了不同的喷动床锥角、不同的喷嘴直径、在喷动床内添加导向管等影响。西班牙巴斯克大学的RUTH等［27］等设计制作处理量为25kg/h的喷动床热解反应器。喷动床的设计是关键点，该装置中在喷动床内加导向管，改善了喷动的稳定性，并且降低了最小喷动速率，该喷动床锥角选择为 32°，直径为 242mm，高度为1030mm。喷动床内放置6 kg石英砂，平均粒径为1.05mm，实验得到在480℃时，液体产物得率达到65.8%。

图10是ALVAREZ等［46］等设计的实验室规模的喷动床热解装置，处理量为 300g/h，但在供能系统方面，巴斯克大学的大量研究都选择了电加热。生物质热解制备的生物炭可用于污水处理，吸附污水中的金属离子。实验得到在 500℃时，液体产物得率最大为77%。

喷动床反应器主要优点是喷动床内的喷动循环可以有效增加生物质的传热传质速率，减少气体停留时间［20，47］，提高生物油的得率和品质；喷动床反应器可以有效处理不规则颗粒，细小颗粒或黏性颗粒［48-49］；喷动床反应器容易放大。

表2总结了近几年流化床快速热解反应器（包括鼓泡流化床反应器，循环流化床，喷动床反应器）的研究结果。由表 2可知，不同的生物质原料在流化床热解反应器制备的生物油得率和品质都较高，流化床技术适宜应用于生物质的快速热解。流化床式反应器的主要优点有传热系数高，不含运动部件、结构较为简单、工作可靠性大、运行寿命长等，除此之外，流化床热解反应器处理量大，且易放大。

但是流化床反应器需要流化气体，进而增加了热解能耗。随着热解装置放大，供能方式和流化气体成本需要重点考虑，而流化床热解装置可以较好地实现自热式，热解副产物生物炭燃烧作为热源，不可冷凝热解气循环作为流化气体。在各类快速热解反应器中，流化床热解反应器应用前景光明。

3.4 快速冷凝系统

快速冷凝系统是在快速热解制备生物油设备中的关键，高温热解气经过快速冷凝才能得到生物油。快速热解过程中热解气需要快速冷凝以减少二次反应，增加生物油得率［4］，从而提高生物油产率和品质。

快速冷凝方法有直接接触冷凝，间接冷凝和结合联用冷凝［60-61］等方法。直接接触冷凝方法为热解气与冷凝介质直接接触，冷凝介质一般选择生物油［62-63］，将快速冷凝得到的生物油雾化喷淋作为冷凝介质。该方法设备简单，易清洗维修，成本低，但是生物油在循环过程中会出现老化，甚至变质。在直接接触冷凝中，为了提高冷凝效率，可采用筛板式塔冷凝［31］。

图10 喷动床生物质热解装置

表2 流化床反应器及特点

间接快速冷凝法常采用列管式冷凝器［64］或板式冷凝器。该方法的特点是传热效率高，但缺点是冷凝管易发生阻塞，除污维修困难。

结合联用法是雾化喷淋和冷凝器结合使用，首先将冷凝介质（生物油）雾化，喷淋髙温热解气，雾化液滴与热解气进行传热传质，热解气迅速降温从而抑制其发生缩合缩聚反应，当热解气中的微小颗粒与液滴相碰后被收集；之后采用降膜冷凝，一方面使高温的生物油冷却，另一方面使低沸点组分的蒸汽在液膜界面进一步冷凝。2013年，中国科技大学朱锡锋教授采用喷雾降膜复合式冷凝，建成了年产10000t生物油热解示范工程并投入稳定运行。

在中试以上规模的生物质快速热解装置中，快速冷凝方法的选择应主要考虑冷凝效果及产品品质、生产及使用成本、维修及清理难易等。

快速热解制备的生物油氧和水分含量都较高、热值低，黏度较大，稳定性差。这些特性都限制了生物油的应用，需要研发各种生物油精制方法。许多研究者综述过生物油精制的方法［65-67］，主要的精制方法包括催化加氢、催化裂解、催化酯化、添加溶剂、乳化、脱水等。

4 结 语

在生物质快速热解装置的放大过程中，各系统复杂且多样化，如何选择各系统是关键。本文综述了生物质快速热解装置中进料系统、供能系统、热解反应器、快速冷凝系统等4个关键系统的选择及研究趋势，着重介绍了快速热解反应器的类型及其特点。

随着设备处理规模的不断增大，对于进料系统，螺旋进料器是首选，但要解决好物料的提前热解及阻塞问题；对于供能系统，自热式是研究趋势，电加热的成本太高；对于快速热解反应器，流化床反应器是研究的热点，流化床反应器拥有处理粒径范围广、易放大、可以较好的实现自热式等特点，应用前景光明；对于快速冷凝系统，主要考虑冷凝效果及产品品质、生产及使用成本、维修及清理难易。在保证产品品质下，设备易放大、稳定实现自热式、流程能耗低、运行的稳定安全等是快速热解装置未来的研究方向。

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Progress in the study of biomass fast pyrolysis equipment

GAO Xinyuan1，XU Qing1，2，LI Zhanyong1，2，TIAN Wei1，2，ZHANG Jianguo1
（1College of Mechanical Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300222，China；2Tianjin Key Laboratory of Integrated Design and On-line Monitoring for Light Industry & Food Machinery and Equipment，Tianjin 300222，China）

Nowadays，the increasing depletion of fossil energy and increasing environmental pressure are urgent problems to be solved，and biomass pyrolysis technology is considered a potential solution to the energy shortage，especially fast pyrolysis technology. With biomass fast pyrolysis technology continuing to mature，fast pyrolysis equipment needs to continuously enlarge to increase treatment capacity，so as to realize industrialization. Because biomass fast pyrolysis equipment is complex and various，the rational choice of each system was difficult in the scale up process. This paper reviewed the pyrolysis mechanism，the particle size selection，pretreatment，four key systems including the feeding system，the energy supply system，the pyrolysis reactor，and the fast condensation system in the fast pyrolysis process，emphatically introducing the types and characteristics of the fast pyrolysis reactor. This paper provided the choices and research trends of the four key systems，and found out that the fluidized bed reactor was the first choice，because the fluidized bed reactor was easy amplification and can easily realize self-heating. In addition，to ensure the quality of products，the easily enlargingequipment，stable self-heating process，and low energy consumption，stable and safe operation is the future direction of research for fast pyrolysis.

biomass；fast pyrolysis equipment；fluidized bed reactor；self-heating

TK 6

A

1000-6613（2016）10-3032-10

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.004

2016-03-09；修改稿日期：2016-04-18。

天津市人才引进与科技合作计划国际科技合作项目（14RCGFGX00850）及国家农业科技成果转化项目（2014GB2A100526）。

高新源（1988—），男，博士研究生，研究内容为生物质热解技术。联系人：李占勇，博士，教授，研究方向为能源有效利用及环境保护技术、干燥技术、吸附技术（活性炭）、流态化工程、粉体技术、固态发酵装备。E-mail zyli@tust.edu.cn。