生物质热裂解过程及产物

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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。
 
推拉活动护栏几种植物的元素组成
植物名称
碳C%
氢H%
栎树
49.4
6.1
水青冈树
48.5
6.3第一中文
桦树
48.6
自动滚喷机6.4
光榆树
50.2
6.4
白蜡树
49.4
6.1
椴树
49.4
6.9
白杨树
49.7sccnn
6.3
松树
49.6
6.4
玉米秸
42.2
5.5
高梁秸
41.9
5.3
棉花秸
43.5
5.4
豆秸
44.8
5.8
小麦秸
41.3
5.3
稻草
38.3
火油草
5.1
谷秸
41.4
5.2
杂草
41
5.2
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150℃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150~275℃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275℃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450℃,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500℃,也可以加到600℃、700℃,乃至1000℃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1000℃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/m3。
 
(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℃,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35℃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8。
 
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350℃时,产炭302kg,450℃产炭290kg,1200℃产炭180kg。
炭主要以碳(C)元素为主,还有少量的氢(H)、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450℃干馏温度下的得到炭,碳含量在81-83%,在1500℃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,如: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320-360℃之 间热解,甲烷、一氧化碳增加,在400℃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℃以上,氢气产量增加。

本文发布于:2024-09-21 02:46:22,感谢您对本站的认可!

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