浅析生物质热解制生物油的工艺

宋 平 / 辽宁医药化工职业技术学院

浅析生物质热解制生物油的工艺

宋 平 / 辽宁医药化工职业技术学院

二十一世纪中叶世界能源危机是人类面临的巨大挑战之一，因此对世界各国来说，研究更高效的技术利用第四大能源——生物质能源是一个亟需解决的问题。我国的化石能源消费能力已经接近甚至超过美国，成为全球第一能源消费国，我国生物质资源也相当丰富，对生物质能的利用也走在世界前列。本文从生物质能源的概述及特点出发，较为详细的阐述了生物质热解制生物油技术，以及生物质热解制生物油技术的运用前景。

能源；生物质能；热裂解；生物油；工艺技术

生物质热解技术自上世纪八十年代以来发展迅速，我国不仅通过生物质热解技术又花了国内的能源结构，为环保做出了贡献，还得到了大量了高热值的液体燃料。

1.生物质能源

1.1 生物质能源的概述及特点

生物质广泛来源于动、植物，是可再生的物质，主要是通过绿色植物的光合作用把太阳能转化为物质的化学能储存在植物体内，并通过食物链转移到动物体内。生物质能源是指生物质能被人类利用的部分。生物质的主要来源为植物，它是独特的，作为唯一可再生的碳能源与品种、阳光、雨水、温度、湿度等都有一定的因素。

1.2 开发生物质能源的技术

为了适应生物质的特点和满足用户的特殊需要，因此生物质的转化技术是多种多样的，在实际使用或研究中主要将生物质的转化技术分为四种。

直接燃烧技术分为固型燃料燃烧、垃圾焚烧、锅炉燃烧以及炉灶燃烧四种，其中炉灶燃烧是最原始、效率最低的利用方式，但是也是最节省的方式；锅炉燃烧效率高，适合大规模的利用，但是投资高，不便于小规模的利用生物质资源；垃圾焚烧对技术以及设备的要求较高，同时大规模的利用才能经济适用，不适合小规模投资；固型燃料燃烧简而言之就是把生物质固化，用以替代煤。

1.3 开发生物质能源的意义

开发生物质能源具有经济、环保以及社会等多方面的以及。进入二十一世界以后人类面临着资源、经济、环境以及技术等多方面的压力，资源、经济、环境以及技术相互依存但有时也相互矛盾，因此人们需要在这四个因素中找到一个平衡点，在不加大对环境的破坏下，技术满足资源的开发，保证经济的发展。这四点因素，技术是关键，因此积极研究开发新技术，利用新技术对包括生物质能在内的新型能源进行开发利用，对促进改善环境与发展经济的双向发展具有重大而又深远的意义。

2.生物质热解制生物油技术

2.1 生物质热解制生物油概述

生物油是生物质在缺氧状态下，受热分解，并通过冷凝得到的液体产物，同时还得到气体副产物（燃气），固体副产物（焦炭）等。根据实验并结合实际生产情况，生物质热解获得最大生物油的产率的最佳反应温度为500℃，最佳的加热速率为1000-10000℃/S，并且气相滞留时间和热解高温气体的淬冷不超过2s。我国生物质主要来源的秸秆在最佳反应条件下的产油率一般都在50%以上，木材的产油率一般也在60%以上，并且利用生物质生产的生物油的热值也不低。

2.2 生物质热解制生物油的研究现状

正如前文所述生产、运输等方面具有较大的优势，因此早在上世纪七十年代国外的相关企业就对利用生物质热解生产生物油展开了相关研究，取得的研究成果也是显著的，研究团队开发了各式各样的热解反应器（图2）。进入新世纪以后澳大利亚、加拿大、美国等研究开发了适合商业化的热解反应器，生物油的制取进入商业化、规模化的阶段。总的来说我国对生物质热解的研究起步较晚，在1995年才引进技术开始研究工作。

2.3 生物质热解制生物油的工艺流程

生物质热解制生物油的工艺流程具体如（图3）所示。

图3 生物质热裂解反应工艺流程

流程中的干燥工作是为了不把过多的水分带到生产的生物油中，体高生物油的品质，实际中对干燥的要求没有硬性规定，但一般要求生物质原料的含水量在10%以下。针对不同的反应容器，对生物质原料进行相应的则提高产油率，原料粉碎后外界的接触面积增大，有利于提高加热速率和反应速率。筛分则是针对反应物颗粒大小的不同进行选择，进行不同的热解工作。当生物质热解后对生成物进行分离则是工艺流程的最后一步，因为是高温裂解所以生成的生物油以气体状态存在，因此需要进行冷凝工作；对裂解产生的副产物气态燃料与固体焦炭还需进行分离，气体燃料的分离教务简单，而交谈的分离则需要同时分离灰烬，因为炭和灰都会在反应容器中积累并堵塞反应容器甚至参与反应，因此在生物质热解时需要对炭和灰进行定时的分离，对反应器进行定期的清理。

2.4 目前大量运用的生物质热解制生物油的技术

生物质热解制生物油是一个化学变化的过程，实际使用中需要看绿的因素很多，因此在实际运用中生物质热解制生物油的技术按生物质的受热方式进行分类，主要分为以下三类：

（1）机械接触式反应器，这类反应器的受热方式是反应器跟生物质直接接触，进行最直接的热传递，使生物质裂解。

（2）间接式反应器，这类反应器进行热传递的方式为辐射。

（3）混合式反应器，这类反应器进行热传递的方式为对流换热。

3.生物质热解制生物油技术的运用前景

生物油具有比原料更好的品质、更高的能量密度、更容易储存的特点，因此生物油在实际生产、销售以及利用中具有更大的灵活性。

3.1 更高效催化剂的运用

在制备生物油时需要一定的条件，因此催化剂的选择在一定程度上保证了生物油制备的效率。制备生物油的催化剂的选择一般有两种，加氢催化和ZSM—5。加氢催化顾名思义就是在生物油制备时，向反应容器中加入氢，氢元素结合生物油分子中氧元素。加氢催化的另一个作用就是减少生物油的自我氧化，但是加氢处理时容易生成一些次产物，比如固体焦炭等，容易堵塞反应容器。ZSM—5它是一种沸石分子筛它能将生物质中的含氧化合物转化成甲烷基苯类化合物。

3.2 木炭、不可凝气体的运用

在实际中生物质热解会得到许多的不可凝气体，这些不可凝气体的热值较高，因此它也可以用作生物质质生物油反应中的能量来源，或者用作工厂、家庭的燃料，这样也可以节省能源减少制备过程中对环境的损害。木炭的优点有很多，在制备生物有的过程中可以把产生的焦炭等含碳量高的副产物收集、处理用来加工成活性炭等工业用品，甚至用作反应燃料等。

4.结语

能源是国家发展的“硬通货”，但目前世界上的能源结构以化石能源为主，清洁、可再生的能源在能源消费中所占比很小。以目前世界的消费水平开采全球所探明的化石能源，煤炭资源可供开采时间还有一百年左右，天然气还能开采近半个世纪，石油开采已经不足四十年了。虽然世界各国国情不一样，对作为世界第四能源的生物质能的利用也有所差别，但不可否认的是生物质能的发展将迎来“春天”，生物质能将在未来作为世界的主要能源，因此人类还需努力提高开发生物质能的工艺、技术。

[1]林木森.生物质热解机制和反应动力学研究[D].中国林业科学研究院 2007

[2]李玉柱.生物质热裂解制取生物油试验装置的研制[D].吉林农业大学 2005