[科普中国]-生物质直接液化技术

简介

生物质直接液化技术是向装有生物质、催化剂、以水或有机物为溶剂的反应器内通入H2、CO或惰性气体，在适当的温度（150~400℃）和压力（5~30MPa）下使生物质进行热分解，进而得到液态油的技术。生物质超临界液化是生物质直接液化的一种。某些物质当被压缩和加热至临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上，会同时具有液化和气体的双重特性，此时该物质被称为超临界流体。超临界流体既有与气体相当的高渗透能力和低粘度，又兼有与液体相近的密度和许多物质优良的溶解能力。生物质超临界液化正是利用了超临界流体的气液双重特性对生物质进行液化。采用水作为超临界流体的生物质超临界液化，称为水热液化。此外，将煤与生物质共液化逐渐受到关注。有研究表明，生物质与煤共液化优于单独液化。生物质与煤共液化时，利用废弃生物质中含量丰富的氢，可降低煤液化的氢耗量，提高液体产品质量，同时也使生物质得到资源化再利用。影响生物质直接液化过程的因素包括：原料种类、催化剂与溶剂、反应温度与时间、反应压力、液化的气氛等。1

生物质直接液化特点生物质直接液化技术具有许多优越性。原料来源广泛，预处理较简单。生物质快速热解制油所用的原料需经干燥脱水处理，使其含水率在5%以下，而直接液化法所采用的原料只需进行机械脱水。特别是当以水作为超临界液化法的溶剂时（即水热液化法），含水多的生物质原料可以不经过干燥直接进行处理。这从能源利用的角度看较为有利。水热液化可以适用更宽广范围的生物质原料，比如水生物质和有机污泥等。设备简单，工业放大时可以避免许多设备上的问题。操作简单，反应条件相对温和，不需要极高的加热速率和很高的反应温度，对设备要求相对较低。液体产品质量好，与生物质快速热解制油得到的液体产品相比氧含量较低，热值更高。1

荷兰HTU工艺HTU工艺是由荷兰的生物燃料公司与Shell公司开发的，其特征为将木材在无催化剂的条件下，仅以水热进行液化。水热液化的反应途径中，碱性催化剂的作用被认为是抑制油缩合为炭从而有利于油的稳定化。而HTU工艺则通过反应时间来控制缩合反应的进行，也可以理解为水热下的快速热分解。下图1为HTU工艺流程。该试验装置成功连续运行3周，该装置设计能力为消耗原料6t/h，得到的油（生物原油）在室温下为固体，但加热后具有流动性。1

生物质直接液化产物及应用生物质直接液化生成气、液、固三种产物。气体主要由H2、CO、CO2、CH4及C2~4烃组成，可作为气体燃料；固体主要是焦炭，可作为固体燃料使用；液体产品即生物油成分复杂，种类有数百种之多，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。这是由于生物油的构成是裂解原料、裂解技术、除焦系统、冷凝系统和储存条件等因素的复杂函数。1