淺析生物質熱解制生物油的工藝

宋平

【摘 要】二十一世紀中葉世界能源危機是人類面臨的巨大挑戰之一，因此對世界各國來說，研究更高效的技術利用第四大能源——生物質能源是一個亟需解決的問題。我國的化石能源消費能力已經接近甚至超過美國，成為全球第一能源消費國，我國生物質資源也相當豐富，對生物質能的利用也走在世界前列。本文從生物質能源的概述及特點出發，較為詳細的闡述了生物質熱解制生物油技術，以及生物質熱解制生物油技術的運用前景。

【關鍵詞】能源；生物質能；熱裂解；生物油；工藝技術

生物質熱解技術自上世紀八十年代以來發展迅速，我國不僅通過生物質熱解技術又花了國內的能源結構，為環保做出了貢獻，還得到了大量了高熱值的液體燃料。

1.生物質能源

1.1生物質能源的概述及特點

生物質廣泛來源于動、植物，是可再生的物質，主要是通過綠色植物的光合作用把太陽能轉化為物質的化學能儲存在植物體內，并通過食物鏈轉移到動物體內。生物質能源是指生物質能被人類利用的部分。生物質的主要來源為植物，它是獨特的，作為唯一可再生的碳能源與品種、陽光、雨水、溫度、濕度等都有一定的因素。

1.2開發生物質能源的技術

為了適應生物質的特點和滿足用戶的特殊需要，因此生物質的轉化技術是多種多樣的，在實際使用或研究中主要將生物質的轉化技術分為四種。

直接燃燒技術分為固型燃料燃燒、垃圾焚燒、鍋爐燃燒以及爐灶燃燒四種，其中爐灶燃燒是最原始、效率最低的利用方式，但是也是最節省的方式；鍋爐燃燒效率高，適合大規模的利用，但是投資高，不便于小規模的利用生物質資源；垃圾焚燒對技術以及設備的要求較高，同時大規模的利用才能經濟適用，不適合小規模投資；固型燃料燃燒簡而言之就是把生物質固化，用以替代煤。

1.3開發生物質能源的意義

開發生物質能源具有經濟、環保以及社會等多方面的以及。進入二十一世界以后人類面臨著資源、經濟、環境以及技術等多方面的壓力，資源、經濟、環境以及技術相互依存但有時也相互矛盾，因此人們需要在這四個因素中找到一個平衡點，在不加大對環境的破壞下，技術滿足資源的開發，保證經濟的發展。這四點因素，技術是關鍵，因此積極研究開發新技術，利用新技術對包括生物質能在內的新型能源進行開發利用，對促進改善環境與發展經濟的雙向發展具有重大而又深遠的意義。

2.生物質熱解制生物油技術

2.1生物質熱解制生物油概述

生物油是生物質在缺氧狀態下，受熱分解，并通過冷凝得到的液體產物，同時還得到氣體副產物（燃氣），固體副產物（焦炭）等。根據實驗并結合實際生產情況，生物質熱解獲得最大生物油的產率的最佳反應溫度為500℃，最佳的加熱速率為1000-10000℃/S，并且氣相滯留時間和熱解高溫氣體的淬冷不超過2s。我國生物質主要來源的秸稈在最佳反應條件下的產油率一般都在50%以上，木材的產油率一般也在60%以上，并且利用生物質生產的生物油的熱值也不低。

2.2生物質熱解制生物油的研究現狀

正如前文所述生產、運輸等方面具有較大的優勢，因此早在上世紀七十年代國外的相關企業就對利用生物質熱解生產生物油展開了相關研究，取得的研究成果也是顯著的，研究團隊開發了各式各樣的熱解反應器（圖2）。進入新世紀以后澳大利亞、加拿大、美國等研究開發了適合商業化的熱解反應器，生物油的制取進入商業化、規模化的階段。總的來說我國對生物質熱解的研究起步較晚，在1995年才引進技術開始研究工作。

2.3生物質熱解制生物油的工藝流程

生物質熱解制生物油的工藝流程具體如（圖3）所示。

流程中的干燥工作是為了不把過多的水分帶到生產的生物油中，體高生物油的品質，實際中對干燥的要求沒有硬性規定，但一般要求生物質原料的含水量在10%以下。針對不同的反應容器，對生物質原料進行相應的則提高產油率，原料粉碎后外界的接觸面積增大，有利于提高加熱速率和反應速率。篩分則是針對反應物顆粒大小的不同進行選擇，進行不同的熱解工作。當生物質熱解后對生成物進行分離則是工藝流程的最后一步，因為是高溫裂解所以生成的生物油以氣體狀態存在，因此需要進行冷凝工作；對裂解產生的副產物氣態燃料與固體焦炭還需進行分離，氣體燃料的分離教務簡單，而交談的分離則需要同時分離灰燼，因為炭和灰都會在反應容器中積累并堵塞反應容器甚至參與反應，因此在生物質熱解時需要對炭和灰進行定時的分離，對反應器進行定期的清理。

2.4 目前大量運用的生物質熱解制生物油的技術

生物質熱解制生物油是一個化學變化的過程，實際使用中需要看綠的因素很多，因此在實際運用中生物質熱解制生物油的技術按生物質的受熱方式進行分類，主要分為以下三類：

（1）機械接觸式反應器，這類反應器的受熱方式是反應器跟生物質直接接觸，進行最直接的熱傳遞，使生物質裂解。

（2）間接式反應器，這類反應器進行熱傳遞的方式為輻射。

（3）混合式反應器，這類反應器進行熱傳遞的方式為對流換熱。

3.生物質熱解制生物油技術的運用前景

生物油具有比原料更好的品質、更高的能量密度、更容易儲存的特點，因此生物油在實際生產、銷售以及利用中具有更大的靈活性。

3.1更高效催化劑的運用

在制備生物油時需要一定的條件，因此催化劑的選擇在一定程度上保證了生物油制備的效率。制備生物油的催化劑的選擇一般有兩種，加氫催化和ZSM—5。加氫催化顧名思義就是在生物油制備時，向反應容器中加入氫，氫元素結合生物油分子中氧元素。加氫催化的另一個作用就是減少生物油的自我氧化，但是加氫處理時容易生成一些次產物，比如固體焦炭等，容易堵塞反應容器。ZSM—5它是一種沸石分子篩它能將生物質中的含氧化合物轉化成甲烷基苯類化合物。

3.2木炭、不可凝氣體的運用

在實際中生物質熱解會得到許多的不可凝氣體，這些不可凝氣體的熱值較高，因此它也可以用作生物質質生物油反應中的能量來源，或者用作工廠、家庭的燃料，這樣也可以節省能源減少制備過程中對環境的損害。木炭的優點有很多，在制備生物有的過程中可以把產生的焦炭等含碳量高的副產物收集、處理用來加工成活性炭等工業用品，甚至用作反應燃料等。

4.結語

能源是國家發展的“硬通貨”，但目前世界上的能源結構以化石能源為主，清潔、可再生的能源在能源消費中所占比很小。以目前世界的消費水平開采全球所探明的化石能源，煤炭資源可供開采時間還有一百年左右，天然氣還能開采近半個世紀，石油開采已經不足四十年了。雖然世界各國國情不一樣，對作為世界第四能源的生物質能的利用也有所差別，但不可否認的是生物質能的發展將迎來“春天”，生物質能將在未來作為世界的主要能源，因此人類還需努力提高開發生物質能的工藝、技術。

參考文獻：

[1]林木森.生物質熱解機制和反應動力學研究[D]. 中國林業科學研究院 2007

[2]李玉柱.生物質熱裂解制取生物油試驗裝置的研制[D]. 吉林農業大學 2005endprint