生物质热裂解过程及产物.doc

木材干馏热解 应用最早出现， 后来出现了煤炭的干馏热解 （炼焦） 在很长 一段时期内，人们认为只用煤、木材才能干馏热解， 而草本植物不可能干馏 八 十年代初，南方先生首先提出了草本植物进行热解与木材热解将有相似的结果， 九十年代初被试验所证实当时对 20 多种草本植物进行了干馏热解试验，如蒿 草、一支黄花草、芦苇草、 玉米秸秆 、麦秸干 、豆秸、稻草、稻壳、 玉米芯 、甘 蔗渣、花生壳、椰子壳、棕榈籽壳、树枝、树叶等对这些物质进行干馏热解所 得到 的产品， 与木材干馏热解所得到的产品及其相似， 都产生木质炭、 木焦油、 木煤气、木醋液，这一试验的成功为秸秆干馏热解开拓了广阔的前景几种植物的元素组成植物名称碳 C%氢 H%栎树49.46.1水青冈树48.56.3桦树48.66.4光榆树50.26.4白蜡树49.46.1椴树49.46.9白杨树49.76.3松树49.66.4玉米秸42.25.5高梁秸41.95.3棉花秸43.55.4豆秸44.85.8小麦秸41.35.3稻草38.35.1谷秸41.45.2杂草415.2从该表可以看出， 木本植物和草本植物在热分解范畴中基本是一样的， 没有 本质的区别，而只是在含碳氢量上有 15％的差异，从而影响其发热值有 15 ％的 差异，一般草本植物的低位发热值在 3500〜3800大卡/kg范围，木本植物的低位发热值在4100〜4400大卡/kg范围。

由于这种差异， 在热解产品的含量上有所差异 例如：木材热解得到的炭产 品的量要高于秸秆热解炭品产量；木材热解的木煤气热值要高于秸秆热解木煤 气的热值 秸秆热解后木醋液的产量明显高于木材热解的木醋液产量 秸秆木醋 液中的轻质化学物质也明显的偏多，在某种意义上说，秸秆木醋液更具有价值秸秆刚加热不久，在150C以前排出的都是水蒸气，这个过程就是热解的干燥过 程，含水份越多的物料，这个过程就越长，消耗的能源就越多因为只 有把水 份蒸干了才能开始热解 另外在实际生产中， 这部分汽不是排空的， 而是随木煤 气进入后续设备中， 最终被冷凝到木醋液中， 降低木醋液浓度， 增加木醋液的 回 收负荷 所以热解的原料尽量减少水份 在实际生产过程中， 一般都要安装原料 干燥设备当原料中的水份被蒸干后，随着温度的上升，进入了干馏热解的第二阶段 ――预炭化阶段，这个阶段的温度为 150〜275C o原料中的半纤维素等不 稳定 成分开始分解，这时从排气孔中冒出的“烟”，主要是 CO2 CO和少量的醋酸，这时产出的气热值很低以上两个阶段都是吸热反应，都需要不断地外加热才行当温度继续上升，超过275C时，原料开始加快分解，随着温度提高，分解 速度加快，生成大量分解物，如 甲烷、乙烷、乙烯、醋酸、甲醇、丙醇、木 焦油等，由于生物质中含有氧元素，这一阶段表现出是 放热反应，可以说这一阶段 不用外加热就可以使反应进行下去。

这一阶段可保持到450C，称为热解炭化阶 段生物质的干馏热解主要产物都是在这个阶段形成的 特别是木醋液、木焦油几乎全部都是在这个阶段中形成的如果这时停止加热的话，得到的产物有炭、 木煤气、木焦油、木醋液，其中炭的产量最高，木煤气产量很低，因为产品炭 中还有一些挥发分没被分解出来，这时表现是：木煤气的热值不太高，一般在 3000大卡/m3左右在以生产炭为主的过程，一般在这一阶段就停止加热了， 以获得多产炭的效果，每吨原料可产炭 330〜400kg如果要使木煤气质量好， 气量和 热值也增加，热解过程还要继续下去，即进行煅烧阶段，煅烧阶段温度 可以加到500C，也可以加到600C、700E，乃至1000C以上煅烧阶段随着 温度的升高不再产生木醋液和焦油，而只是产生木煤气，其中主要是CH4和H2, 可使木煤气的热值大大提高例如在 1000C下热解，木煤气的热值可达 6000 大卡/m3,而木炭的产量只有220〜230kg (每吨原料)需要特别指出的是：煅烧阶段是吸热反应，也就是说需要外加热所以从能 量平衡角度看，并不是热解温度越高越好在实际生产中究竟选择什么样的热解 温度，要因时、因地、因产品结构、因生产目的而定。

工艺流程说明(1) 备料原料秸秆经风干、除去杂物后，用打包机压成秸秆包块成包后的秸秆运到料场 堆放经压缩后的秸秆包块堆比重可达到 400公斤/m3o(2) 制气用回炉煤气对热解炉底部加热，经一段时间加热后，原料被加热到 500°C，保持 一定干馏时间，热解完毕将干馏好的木质炭推入熄炭箱中， 然后用水将炽热炭熄 灭成炭粉，可作为商品炭粉出售(炭棒则无此程序)3) 燃气净化及焦油回收由热解炉出来的荒燃气经过冷却，回收化工产品，除去有害杂质后的净化燃气方 可使用由热解炉出来的荒燃气进入二级冷却器， 荒燃气被循环水冷却到35C以下(这时有冷凝液凝出)，然后进入气液分离器除去冷凝液， 然后进入碱洗器， 用碱泵打 入循环碱液清洗，除去燃气中的醋酸等酸性物质经过除酸后的燃气经气液分离 器后进入罗茨鼓风机，燃气经罗茨鼓风机加压到2000mm水柱后再经二级除焦油 器后的净化燃气被送入各储气柜中，经燃气输配系统送到用户由二级冷却器出来的热水经凉水塔冷却后流入循环水池，再经循环水泵送回二级冷却器循环 使用由二级间冷器、气液分离器分离出冷凝液流到焦油醋液分离槽， 分离出来的木焦 油流入焦油槽，然后装桶入库；分离出醋液入醋液槽，除去焦油的碱液循环使用。

由碱洗塔流出循环碱液入循环碱液池， 再由碱液泵送回碱洗器，定期向循环碱液 补充碱，保持循环碱液PH值大于&4、生物质干馏热解的产物（1） 木制炭干馏热解最后残留在干馏釜中的固定物就是炭， 一般占原料的三分之一左右炭的产量与原料有关，更与干馏温度有关 如对玉米秸秆干馏时，温度350C时，产炭 302kg, 450C 时产炭 290kg, 1200C 时产炭 180kg炭主要以碳（C）元素为主，还有少量的氢（耳、氧（O、氮（N）、灰分碳 元素含量越高，热值越高碳元素含量与原料有关，更与干馏温度有 关在450C 干馏温度下的得到炭，碳含量在 81-83%,在1500C干馏温度下得到的炭，碳含 量达95% 81-83%碳的炭，发热值约7000大卡/kg，纯碳的发热值为8100大卡 /kg炭的物理形态有块状定型炭和散装不定型炭两种木材、秸秆固化块产生的炭为 块状定型炭，木屑或秸秆屑、稻壳产生的炭为散状不定型炭，也称炭粉、粉炭等生物中含的全部无机元素，如钙、镁、锰、锌、铁、铜、镍、硅、钾、钠等，干 馏结果却集中到炭产品中，炭的灰分多少，取决于原料的灰分，像稻草、树皮、 马铃薯秸灰分很高的，干馏出炭灰分也就很高。

与煤焦炭相比，生物质炭的灰分是很低的，煤焦炭灰分一般在 15-20%,而生物质炭灰分一般在1-5%=根据炭的用途不同，炭的灰分不一定都是缺点，有的场 合反而是优点2） 木煤气生物质被热分解成小分子物质， 一般分子量在50以下者，在常温下呈气态，女口：二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、氢、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丁 烯除二氧化碳外，都是可燃物，组成为木煤气，木煤气中的组成变化几乎与原料品种 无关在热解温度低时，含一氧化碳、二氧化碳为主，在 320-360C之 间热解，甲烷、一氧化碳增加，在400C以上热解，主要是甲烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙 炔等，这时的木煤气热值最高450°C以上，氢气产量增加。