生物质气化裂解技术课件.ppt

1、热解定义热解定义炉渣固体燃料液态油可燃气热量有机固体废物或缺无22OO可燃气（煤气）：可燃气（煤气）：包括包括C15烃类、氢和烃类、氢和CO气体气体 Combustible gases液态油（煤油）液态油（煤油）：包括包括C25烃类、乙酸、丙酮、甲醇等液态燃烃类、乙酸、丙酮、甲醇等液态燃料料 Combustible liquid 固体燃料（煤炭）：固体燃料（煤炭）：包括含纯碳和聚合高分子含碳物包括含纯碳和聚合高分子含碳物 Combustible coal-like solid 在无氧或缺氧条件下促使有机物分解方法在无氧或缺氧条件下促使有机物分解方法Pyrolysis process热解：缺氧；

2、裂解：无氧；两者往往混用热解：缺氧；裂解：无氧；两者往往混用回转炉热解反应器Rotational Reactor废物废物wastes烧嘴烧嘴burning 燃烧室燃烧室气化室气化室g a s燃燃烧烧气气体体锅炉锅炉 to boiler残渣卸出残渣卸出slag燃料气体再循环燃料气体再循环recycling of gas 热解法和焚烧法比较热解法和焚烧法：两个完全不同的过程热解法和焚烧法：两个完全不同的过程 Pyrolysis or incineration焚烧产物：二氧化碳和水焚烧产物：二氧化碳和水 CO2 and water for incineration and combustible c

3、omponents for gasification热解产物：可燃的低分子化合物，气态的有氢气、甲烷、一氧化热解产物：可燃的低分子化合物，气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油碳；液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦炭或碳黑等；固态的主要是焦炭或碳黑 焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量 热解过程热解过程直接加热直接加热间接加热间接加热Direct or indirect heating 多重热解过程多重热解过程 典型农林废弃物及生活垃圾热解气典型农林废弃物及生活垃圾热

4、解气体主要特性及组分体主要特性及组分原料原料温度温度反应器反应器气体组分（气体组分（v/v，%）H2CH4COCO2CnHm玉米芯玉米芯500 固定床固定床 11.204.8932.5548.812.55微藻藻渣微藻藻渣 450 固定床固定床3.275.7913.2372.515.20废纸张废纸张500 流化床流化床5.761.0438.3754.220.61典型农林废弃物及生活垃圾热解生典型农林废弃物及生活垃圾热解生物油特性物油特性原料原料温度温度反应器反应器生物油元素分析生物油元素分析CHONS木屑木屑500流化床流化床47.797.78942.96 松木粉松木粉550流化床流化床31.7

5、68.5359.620.09 玉米芯玉米芯550固定床固定床59.367.8631.910.860.01木薯茎木薯茎600固定床固定床22.5810.6356.701.070.59生活垃圾生活垃圾600固定床固定床17.729.6762.511.220.46锅炉燃油锅炉燃油 85.012.51.5 不同温度下木屑热解生物炭的不同温度下木屑热解生物炭的SEM图图热解工艺热解工艺温度和加热方式温度和加热方式 低温热解（低温热解（900） 直接加热直接加热 间接加热间接加热反应器及气化方式反应器及气化方式反应器反应器 固定床、移动床、流化床和回转窑固定床、移动床、流化床和回转窑气化方式气化方式 气化

6、方式、液化方式和碳化方式气化方式、液化方式和碳化方式气化产品差异性气化产品差异性 反应温度、升温速率、停留时间、催化剂反应温度、升温速率、停留时间、催化剂不同不同，热，热解产品解产品差异较大差异较大热解热解过程过程（1）直接加热法）直接加热法l 热解热解过程提供氧气，产生过程提供氧气，产生CO2、H2O，热值极低或无热值，热值极低或无热值，与焚烧类似，适用于工业废物，特别是有机危险废物与焚烧类似，适用于工业废物，特别是有机危险废物l 空气空气热解热解，热解气体中有，热解气体中有CO2、H2O，以及以及大量大量N2，与焚与焚烧类似，烧类似，热解气热值热解气热值极低极低l 纯氧热解纯氧热解，热解气

7、热值，热解气热值稍高，但成本高昂，适用于焚烧、稍高，但成本高昂，适用于焚烧、热解、灰渣熔融一体化热解、灰渣熔融一体化（2）间接加热法）间接加热法 热解热解物料与加热介质分开物料与加热介质分开 干墙式导热干墙式导热，热阻大，熔渣包覆传热壁面或者腐蚀热阻大，熔渣包覆传热壁面或者腐蚀反反应器应器 中间介质传热，如回转窑或流化床热解炉中间介质传热，如回转窑或流化床热解炉 “三煤三煤”产品品位较高，作为燃气直接燃烧利用产品品位较高，作为燃气直接燃烧利用（1）高温热解）高温热解 900 直接加热直接加热方式方式 高温纯氧热解工艺，反应器中氧化高温纯氧热解工艺，反应器中氧化熔渣区段温度熔渣区段温度1500

8、热解残留惰性固体熔化，以液态渣形式排出反应器，热解残留惰性固体熔化，以液态渣形式排出反应器，清水淬冷后作建筑材料骨料清水淬冷后作建筑材料骨料（2）中温热解）中温热解 热解温度热解温度600900 相对相对单一物料单一物料热解，回收热解，回收能源和资源能源和资源，如，如废废轮胎、废塑料转换成类重油物质轮胎、废塑料转换成类重油物质 类重油物质可作能源，类重油物质可作能源，也也可做化工初级原料可做化工初级原料（3）低温热解）低温热解 热解温度热解温度600 适用于适用于农业、林业和农业产品加工后的废物农业、林业和农业产品加工后的废物 产品是产品是活性炭和水煤气原料活性炭和水煤气原料，如传统的焦炭，如

9、传统的焦炭生产生产热解反应主要工艺类型热解反应主要工艺类型工艺类型工艺类型滞留期滞留期升温速率升温速率最高温度最高温度/主要产物主要产物慢速热解慢速热解 碳化碳化数小时数小时数天数天非常低非常低400炭炭常规常规5-30min低低600气、油、炭气、油、炭快速热解快速热解 快速快速0.55s较高较高650油油闪速（液体）闪速（液体）1s高高650油油闪速（气体）闪速（气体）650气气极快速极快速0.5s非常高非常高1000气气真空真空230s中中400油油反应性热解反应性热解 加氢热解加氢热解10s高高500油油甲烷热解甲烷热解0.510s高高1050化学品化学品影响热解主要参数影响热解主要参

10、数（1）热解温度）热解温度热解温度与气体产量成正比热解温度与气体产量成正比各种液体物质和固体残渣各种液体物质和固体残渣，随分解温度增加而减少随分解温度增加而减少温度较低，有机废物温度较低，有机废物中中大分子裂解成较多中小分子，油类含量相对较大分子裂解成较多中小分子，油类含量相对较多多温度升高，除大分子裂解外，许多中小分子发生二次裂解，温度升高，除大分子裂解外，许多中小分子发生二次裂解，C5以下分以下分子、子、CH4及及H2成分增多，成分增多，固态固态碳产率降低，但最终趋于一定值碳产率降低，但最终趋于一定值（2）湿度）湿度 水分对产气量和成分有明显影响水分对产气量和成分有明显影响 水分在高温条件

11、下，也是反应物，与物料水分在高温条件下，也是反应物，与物料发生反应，改变热解产物组成发生反应，改变热解产物组成 900，物料水分，物料水分4-50%，气体按重量百分气体按重量百分比计比计，从从70%上升到上升到86%（3）反应时间）反应时间 反应物料反应物料完成热解时，所需要的完成热解时，所需要的在炉内停留时在炉内停留时间间 物料粒度愈小，反应时间愈短物料粒度愈小，反应时间愈短 物料分子结构愈复杂，反应时间愈长物料分子结构愈复杂，反应时间愈长 反应温度愈高，反应物颗粒内外温度梯度愈大反应温度愈高，反应物颗粒内外温度梯度愈大（4）加热速率）加热速率 低温低温-低速，热解速度快低速，热解速度快慢慢

12、，有机物分子有足够，有机物分子有足够时间在其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳时间在其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳定性固体，定性固体，产物中产物中固体产率增加固体产率增加 高温高温-高速，热解速度快，有机物分子结构全面高速，热解速度快，有机物分子结构全面裂解，生成低分子有机物，产物中气体组分增加裂解，生成低分子有机物，产物中气体组分增加（5）反应器类型）反应器类型固定床热解炉固定床热解炉 物料为块状及大颗粒原料物料为块状及大颗粒原料 结构简单，制作方便，较高热效率结构简单，制作方便，较高热效率 内部过程难以控制，内部过程难以控制， 内部物料容易搭桥形成空腔内部物料容易搭桥形成空腔 处理量

13、小，处理强度低处理量小，处理强度低（5）反应器类型）反应器类型流化床热解炉流化床热解炉 适合含水分大、热值低、着火难细颗粒原料适合含水分大、热值低、着火难细颗粒原料 原料适应性广，可大规模、高效率利用，处理量大，处理原料适应性广，可大规模、高效率利用，处理量大，处理强度高强度高 气固充分接触、混合均匀气固充分接触、混合均匀 反应温度反应温度700-850oC 气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解（6）物料特性）物料特性物料粒径及其分布物料粒径及其分布 影响到物料之间温度传递以及气体流动，影响热解反应时影响到物料之间温度传递以及气体流动，影响热解反应时间间 颗

14、粒度越小，热解反应越容易进行颗粒度越小，热解反应越容易进行 物料含水率会影响物料加热的时间，对合成气热值产生影物料含水率会影响物料加热的时间，对合成气热值产生影响响；含水率低，加热速率快；含水率高，合成气热值降低含水率低，加热速率快；含水率高，合成气热值降低热解设备与流程热解设备与流程回转炉热解反应器回转炉热解反应器Rotational Reactor废物废物wastes烧嘴烧嘴burning 燃烧室燃烧室气化室气化室g a s燃燃烧烧气气体体锅炉锅炉 to boiler残渣卸出残渣卸出slag燃料气体再循环燃料气体再循环recycling of gas14001800 排出气体排出气体 ga

15、s9801650 破碎的破碎的固体废物固体废物wastes灰渣灰渣slag热燃料热燃料 auxiliary fuel蒸汽蒸汽steamair预热的预热的空气或空气或O2直接加热流化床热解反应器直接加热流化床热解反应器Fluidized bed reactor直接加热直接加热循环流化床气化炉构造循环流化床气化炉构造生产生产“三煤三煤”双流化床气化炉构造双流化床气化炉构造热解反应器 Reactors for pyrolysis底物流底物流气体气体gas93315气流气流高温分解高温分解pyrolysis融渣或灰渣融渣或灰渣slag固体废物固体废物wastes9801650air预热的预热的空气或空

16、气或O2干 燥 和 预 热干 燥 和 预 热drying水蒸汽水蒸汽steam典型的固定燃烧床热解反应器典型的固定燃烧床热解反应器Stationary Reactor固定床固定床上吸式固定床气上吸式固定床气化炉构造化炉构造下吸式固定床气化炉下吸式固定床气化炉构造构造1、物料入口；、物料入口； 2、上部炉、上部炉体；体；3、中部炉体；、中部炉体；4、下部、下部炉体；炉体；5、旋转炉排；、旋转炉排；6、打、打散炉排；散炉排；7、第一冷却风装、第一冷却风装置置中部炉排结构中部炉排结构下部炉膛结构下部炉膛结构工业废弃物处置用热解炉工业废弃物处置用热解炉现场效果现场效果工业废弃物处置用热解炉工业废弃物处

17、置用热解炉热解过程中在炉壁结焦粘接热解过程中在炉壁结焦粘接在浇注料表面敷设一层在浇注料表面敷设一层8mm陶瓷贴片陶瓷贴片陶瓷片表面光洁度高，摩擦系数小，能陶瓷片表面光洁度高，摩擦系数小，能够助流，减少物料结焦粘接够助流，减少物料结焦粘接概率概率l垃圾垃圾炭化气化炭化气化烟气二次燃烧烟气二次燃烧脱酸脱酸除除尘尘达标排放达标排放小型热解炉小型热解炉l运行指标测试运行指标测试一氧化碳一氧化碳氯化氢氯化氢小型热解炉小型热解炉l试运行指标测试试运行指标测试氮氧化物氮氧化物氟化氢氟化氢小型热解炉小型热解炉l试运行指标测试试运行指标测试氧气氧气水蒸气水蒸气小型热解炉小型热解炉l运行指标测试运行指标测试二氧化

18、碳二氧化碳小型热解炉小型热解炉污泥低温碳化污泥低温碳化（1 1）工艺一）工艺一（2 2）工艺二）工艺二2022-6-1547电厂电厂蒸汽燃料水处理水处理MBR生物质锅生物质锅炉系统炉系统热媒燃料水处理水处理MBR新型污泥低温碳化技术相关指标新型污泥低温碳化技术相关指标 （1 1）处理）处理80%80%含水率的湿污泥每公斤仅需含水率的湿污泥每公斤仅需200200千卡千卡/ /千克能耗。折合千克能耗。折合标煤：标煤：处理每吨污泥处理每吨污泥0.040.04吨吨；折合；折合天然气：天然气：处理每吨污泥处理每吨污泥2020立方米立方米 （2 2）低温碳化固体颗粒物，燃值）低温碳化固体颗粒物，燃值200

19、0-2000-30003000千卡千卡/ /千克（褐煤相当千克（褐煤相当 （3 3）灰、渣等可按锅炉灰渣处理，作为覆盖）灰、渣等可按锅炉灰渣处理，作为覆盖土、制砖材料等无机土处理土、制砖材料等无机土处理 生物质生物质biomassbiomass生物质生物质biomass 构成动、植物机体材料构成动、植物机体材料 动物由脂肪、蛋白质组成，植物由淀粉纤维素组成动物由脂肪、蛋白质组成，植物由淀粉纤维素组成 蕴藏在生物质中能量，是绿色植物通过叶绿素，将蕴藏在生物质中能量，是绿色植物通过叶绿素，将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量 煤、石油和天然气等化石

20、能源也是由生物质能转变煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来而来生物质地球上只要有太阳光和植物，光合产物就不断产生，能量地球上只要有太阳光和植物，光合产物就不断产生，能量转化作用就不断持续下去转化作用就不断持续下去 木材料及森林工业废弃物木材料及森林工业废弃物 农业废弃物农业废弃物 水生植物水生植物 油料植物油料植物 城市和工业有机废弃物城市和工业有机废弃物 动物粪便动物粪便 资源储量丰富，可再生资源储量丰富，可再生 木质素和纤维素，每年约木质素和纤维素，每年约1640亿吨速度不断再生亿吨速度不断再生 相当于目前石油年产量相当于目前石油年产量1520倍倍 我国每年生产各种秸秆我国每年

21、生产各种秸秆6亿吨亿吨 生物质来源于生物质来源于CO2(光合作用光合作用)，燃烧后产生，燃烧后产生CO2，但不，但不会增加大气中会增加大气中CO2含量，因此生物质是清洁燃料含量，因此生物质是清洁燃料生物质生物质生物质利用技术生物质利用技术Utilization of biomass1 发电技术：如生活垃圾发生发电、秸秆燃烧发电发电技术：如生活垃圾发生发电、秸秆燃烧发电2 厌氧发酵产沼技术：家用沼气池、大中型沼厌氧发酵产沼技术：家用沼气池、大中型沼气工程、城镇生活污水厌氧发酵；乙醇燃料；产氢气工程、城镇生活污水厌氧发酵；乙醇燃料；产氢3 生物质固化压块成型：成型燃料，如棒状、颗粒燃料生物质固化压

22、块成型：成型燃料，如棒状、颗粒燃料4 气化热解技术：生产气化热解技术：生产“三煤三煤”5 合成技术：转化为化工原料合成技术：转化为化工原料 6 能源植物：富含碳氢化合物植物选育、植物油提取加工、植物油酪化、燃料化能源植物：富含碳氢化合物植物选育、植物油提取加工、植物油酪化、燃料化 生物质水解工艺hydration of biomass 预处理：蒸气爆破、碱水解及稀酸水解预处理：蒸气爆破、碱水解及稀酸水解 蒸汽爆破法：蒸汽将生物质原料加热至蒸汽爆破法：蒸汽将生物质原料加热至200240，维持维持30s20min，高温和高压造成了木质素软化；然，高温和高压造成了木质素软化；然后迅速使原料减压，造成

23、纤维素晶体和纤维素的爆裂，后迅速使原料减压，造成纤维素晶体和纤维素的爆裂，使木质素和纤维素分离使木质素和纤维素分离 （“垃圾炮垃圾炮”） 酸水解：稀硫酸或酸水解：稀硫酸或SO2浸润生物质，再以蒸汽处理浸润生物质，再以蒸汽处理生物质水解工艺 NaOHNaOH溶液处理法：溶液处理法： 木质素可溶解于碱性溶木质素可溶解于碱性溶液，用稀液，用稀NaOHNaOH溶液处理生物质，使其中的木溶液处理生物质，使其中的木质素结构破坏，便于后续酶水解或厌氧发酵质素结构破坏，便于后续酶水解或厌氧发酵 NHNH3 3溶液处理法：溶液处理法： 生物质在生物质在NHNH3 3溶液浸泡，溶液浸泡，或熏蒸，破坏纤维素结构，或熏蒸，破坏纤维素结构，NHNH3 3回收重复使用回收重复使用生物质 采用水、超临界流体、离子溶液代替有机溶剂，采用水、超临界流体、离子溶液代替有机溶剂，用仿酶催化、固体酸催化、微波催化、光催化，用仿酶催化、固体酸催化、微波催化、光催化，促使生物质发生合成或分解反应促使生物质发生合成或分解反应 通过取代、加成、消除、氧化、还原、关环、开通过取代、加成、消除、氧化、还原、关环、开环、重排等，合成生物质化合物环、重排等，合成生物质化合物谢谢！谢谢！