国外常见的生物质热解反应器总结

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1.      国外常见的热裂解反应器


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0 J. |% x/ Z: C8 B3 e# [各种不同的生物油转化技术处于不同的发展阶段。美国建立了不同裂解方法的实验装置，每小时生产能力从几十到几百公斤，最高产油率达70%。意大利建立了500kg/h装置，加拿大建立了200t/d实验装置。主要类型有：夹带流反应器、真空反应器、固定床反应器(包括丝网反应器)、回转窑反应器(包括旋转锥、旋转螺旋反应器)、烧蚀板反应器、烧蚀涡流反应器、流化床反应器(包括鼓泡床和循环床)等。影响生物油产率的因素有：热解温度、固气在反应器内的停留时间、传热速率、热解产生蒸汽的快速分离和冷却等。这些因素中生物质的快速加热起着重要作用。
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①                  气流床裂解器：美国乔治亚技术研究院开发，反应器直径15cm，高4.4m，停留时间1~2s。系统中生物质颗粒度300~420μm，给料速率15kg/h，进口温度控制在745℃。同时采用较大的载气流量(与生物质的重量比8：1)。所有进出口气体都由多孔板控制，反应器温度400~550℃。裂解气、水蒸气、未凝结蒸汽、气溶胶及可能含有的细尘键入除雾器，除去大部分气溶胶和细尘，剩余的混合物进入燃烧炉燃烧。实验中所得有机冷凝液体的收率为58%，焦炭产率为12%，产物油热值可达24.57MJ/kg，总的液体产物一半是水，现有装置的最大处理量50kg/h。

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②                  快速流化床裂解器：加拿大Waterloo大学的工艺为代表。原料是空气干燥的木屑，粒度在30~170目之间，水分7%左右，由螺旋进料机给入。细砂为床料，流化床配备电加热维持恒温。裂解所需的热量由预热的流化气提供，流化气和载流气都是裂解中的气相产物。固体生物质给料速率1.5~3kg/h。热解生成的细小碳粉被流化气带出床层，在旋风分离器中分离后进入焦炭收集室。气体产物经二级冷凝，第一级冷凝收集沥青类产品(100℃)，第二级冷凝收集轻质液化油(室温)。未冷凝的气体经系列过滤除去杂质，一部分经压缩回到反应器作流化气和载流气，其余部分排出系统。反应气停留时间0.5s左右。以木屑为原料时，液体产率高达65~70%，稻草为原料时则为45~50%。液体中含有15%~30%的水分，主要取决于原料类型和水分含量。英国Aston大学开发的鼓泡流化床反应器的加工能力为250kg/h，对1~2mm软木颗粒液化生物油得率达到75%。



③                  真空裂解器：加拿大Laval大学开发，也叫做多炉床热解器。实验设备高6m，直径0.7m。原料(木片)从反应器顶部的密封进料斗进入，木片为1/4~1/2筛分(泰勒)，进料速率3.1~3.4kg/h，水分含量5.9%。热解器的特点是 低压环境，蒸汽在反应器里停留时间比传统裂解时间短，可提高液体产率。反应器要预加热，从顶部到底部温度连续升高，典型的温度分布从200℃~450℃。系统压力低于4000Pa(30mmHg)。有资料报道，加拿大现有进料率50kg/h的装置运行，其液体产率65%，焦炭产率20%。
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& K& j. y" ?+ L/ O3 B4 [④                  漩涡烧蚀裂解器：美国太阳能研究所开发。该反应器的圆筒形壁面被加热到700℃左右，生物质颗粒高速度进入后在圆形壁面上沿螺旋线滑行，颗粒与壁面之间的滑动产生了极大的传热速率，部分裂解的颗粒沿切线方向离开反应器，通过循环管道和新加入的生物质颗粒混合后在载流气的进口喷嘴处开始新一轮循环。所用的载流气时氮气和水蒸气，与进料生物质的质量比为1：1.5。2mm大小的颗粒在裂解器中可以停留1~2s时间，这段时间中完成30次循环。这种循环使颗粒的停留时间与蒸汽的停留时间无关，从而使反应器的操作受进料颗粒度影响很小。液体产物收率67%，焦炭和裂解气收率分别为13%和14%。研究表明，木屑裂解冷凝物中易获得含酚类的萃取物，经济上很有吸引力。目前美国已有1360kg/h装置运行。
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⑤                  旋转锥裂解反应器：荷兰Twente大学反应工程系于BTG研究所联合研制。经预处理的固体生物质混同预热的热载体(砂)进入旋转锥底部，外部旋转锥壳以1r/s转速旋转，由离心力和摩擦力带动固体颗粒(热砂和生物质颗粒)在内部固定锥壳和外部旋转锥壳之间的缝隙中旋转上升。在此过程中，生物质被迅速裂解成蒸汽，经由导出管进入旋风分离器，奋力炭后冷凝气凝结成油。通过调解燃料量和配风比可以控制床温；通过调解旋转锥的转速可以传热速率；通过调解锥壳之间的间隙可改变床容积，从而控制裂解蒸汽的停留时间。固体停留时间0.5s蒸汽停留时间0.3s，床温控制在500℃，传热速率5000K/s，产物产率50%，气体20%，焦炭10%，进料量10kg/h。此反应器不需要载气减小装置容积，同时减小冷凝收集的气体量及装置成本，但设备运行和维修较复杂。

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⑥                  喷动床裂解器：西班牙Pais Vasco大学开发。其主要特点是裂解蒸气可立即离开反应器，而固体原料却可在反应器内循环，直到裂解完全颗粒变小后才被气流带出，从而可解决原料颗粒与产物蒸汽对停留时间要求的矛盾。该装置的另一优点是有可能把生物质裂解与裂解油的精致结合在一起完成。考虑到在喷动反应器内常可以加一定量的密度较大的惰性颗粒来促进传热和传质，如把有催化裂解作用的沸石催化剂作为惰性颗粒，则可提高裂解油的质量。实验结果证明了这一点，不过目前还只有小型装置的实验结果