Năng Lượng Sinh Khối

Tài liệu nâng cao về năng lượng sinh khối

Translated from English to Vietnamese - www.onlinedoctranslator.com J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) Tạp chí Khoa học Thực phẩm Nông nghiệp Kiểm tra lại Sinh khối cho lượng Tony Bridgwater∗ Nhóm nghiên cứu lượng sinh học, Đại học Aston, Birmingham B4 7ET, Vương quốc Anh Tóm tắt: Năng lượng sinh học chấp nhận có tiềm cung cấp phần dự báo lượng tái tạo tương lai nhiên liệu sinh học dạng nhiên liệu khí, lỏng rắn điện nhiệt Có ba đường để cung cấp loại nhiên liệu sinh học - chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi sinh học chuyển đổi vật lý - tất sử dụng loạt cấu hình thiết kế lị phản ứng hóa học Đánh giá tập trung vào trình chuyển đổi nhiệt hóa để có hiệu suất cao hơn, chi phí thấp tính linh hoạt cao việc cung cấp nhiều lựa chọn lượng, nhiên liệu hóa chất Các cơng nghệ khí hóa nhiệt phân nhanh mô tả, đặc biệt lò phản ứng phát triển để cung cấp điều kiện cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất Các sản phẩm tạo khí đốt, -2006 Hiệp hội Cơng nghiệp Hóa chất Từ khóa:sinh khối; lượng sinh học; nhiệt phân; khí hóa; nhiên liệu sinh học GIỚI THIỆU Năng lượng tái tạo ngày có tầm quan trọng việc ứng phó với lo ngại mơi trường an ninh nguồn cung cấp lượng Biomass việc cung cấp nguồn cacbon cố định tái tạo nhất, thành phần thiết yếu để đáp ứng nhiều yêu cầu nhiên liệu hàng tiêu dùng Gỗ, hàng năm phụ phẩm nông, lâm nghiệp số nguồn lượng tái tạo có Các thành phần phân hủy sinh học chất thải rắn đô thị (MSW) chất thải thương mại công nghiệp nguồn lượng sinh học quan trọng, đặc biệt trường hợp CTRSH, chúng cần xử lý rộng rãi trước chuyển đổi Biomass coi nguồn lượng tái tạo có tiềm cao để đóng góp vào nhu cầu lượng xã hội đại cho kinh tế phát triển phát triển toàn giới.1,2 Ngoài ra, lượng từ sinh khối dựa lâm nghiệp luân canh ngắn ngày lượng khác đóng góp đáng kể vào mục tiêu Nghị định thư Kyoto việc giảm phát thải khí nhà kính giảm nhẹ vấn đề liên quan đến biến đổi khí hậu.3 Nhiên liệu sinh khối chất cặn bã chuyển đổi thành lượng thơng qua q trình nhiệt, sinh học học vật lý tóm tắt Hình 1.4Chế biến nhiệt thu hút quan tâm nhiều Châu Âu Canada sản xuất ethanol tâm điểm ý Hoa Kỳ lý an ninh nguồn cung Khí hóa theo truyền thống nhận nhiều hỗ trợ RD&D mang lại hiệu tiềm cao so với đốt cháy Quá trình nhiệt phân nhanh giai đoạn phát triển tương đối sớm mang lại lợi ích nhiên liệu lỏng với đồng thời lợi việc lưu trữ vận chuyển dễ dàng hiệu suất phát điện cao so sánh quy mơ hoạt động nhỏ đạt từ hệ thống lượng sinh học so với hệ thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch Hệ thống đốt phổ biến rộng rãi quy mô gia đình, cơng nghiệp nhỏ tiện ích; q trình chuyển đổi sinh học (lên men tiêu hóa) chế biến học (ví dụ dầu thực vật) thiết lập tốt tất cung cấp thương mại với đảm bảo hiệu suất Do đó, đánh giá tập trung vào trình chuyển đổi nhiệt khí hóa nhiệt phân chúng mang lại hiệu suất chuyển đổi cao, chi phí cạnh tranh tiềm tính linh hoạt đáng kể quy mô hoạt động phạm vi sản phẩm Sự khác biệt chuyển đổi nhiệt sinh học chuyển đổi sinh học tạo sản phẩm đơn lẻ cụ thể etanol khí sinh học (chứa tới 60% mêtan) trình chậm, thường hàng giờ, ngày, tuần (lên men kỵ khí phân hủy trang trại ) năm (khí bãi rác cách phân hủy) để phản ứng hoàn thành Sự chuyển đổi nhiệt tạo nhiều sản phẩm phức tạp thường phức tạp, với chất xúc tác thường sử dụng để cải thiện chất lượng phổ sản phẩm, diễn thời gian phản ứng ngắn, thường vài giây vài phút Bảng tóm tắt số sản phẩm thu cách chế biến sinh khối Một quy trình thương mại để thực sản phẩm lượng nhiên liệu từ sinh khối bao gồm hệ thống sản xuất sinh khối năm giai đoạn nhà máy chuyển đổi:4 Sản xuất sinh khối vòng quay ngắn, chẳng hạn liễu; tàn dư rừng; thu hoạch hàng năm ∗Thư từ tới: Tony Bridgwater, Nhóm Nghiên cứu Năng lượng Sinh học, Đại học Aston, Birmingham B4 7ET, Vương quốc Anh E-mail: Bridgwav@email.aston.ac.uk (Nhận ngày 20 tháng 12 năm 2005; phiên sửa đổi nhận ngày 22 tháng năm 2006; chấp nhận ngày 23 tháng năm 2006) Xuất trực tuyến ngày 31 tháng năm 2006;DOI: 10.1002 / jsfa.2605 -2006 Hiệp hội Công nghiệp Hóa chất.J Sci Food Agric0022–5142 / 2006 / $ 30,00 T Bridgwater Nhiệt hoán cải Sinh học hốn cải Cơ khí hốn cải Nhiệt phân Sản phẩm Thị trường Dầu sinh học Hóa chất Khí đốt Khí hóa Đốt cháy Nhiệt Nhiệt Lên men Ethanol Tiêu hóa Điện lực Khí sinh học Vận chuyển Cơ khí nhiên liệu vv Dầu hiếp dâm Hình 1.Quy trình chuyển đổi, sản phẩm ứng dụng Bảng 1.Các sản phẩm từ chuyển đổi sinh khối4 Sản phẩm Nhiên liệu chất phụ gia Cồn Sinh học Chế biến √ √ than củi Vật lý Chế biến √ √ Nhiên liệu kiểu diesel Fischer – Tropsch chất lỏng Dầu nhiên liệu Khí ga Xăng Hydrogen Hóa chất Axeton Than hoạt tính Butanol Ethanol Phân bón Hóa chất tốt Phụ gia thực phẩm Hydrogen Mêtan Metanol Nhiệt Chế biến √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ Chuyển đổi sản phẩm thành sản phẩm bán thị trường √ √ Nhựa √ √ √ √ √ √ √ √ trồng, chẳng hạn miscanthus; phụ phẩm nông nghiệp, chẳng hạn rơm rạ Điều bao gồm thu hoạch, chế biến trường băm nhỏ vận chuyển đến nhà máy chuyển đổi Tiếp nhận nguồn cấp liệu, lưu trữ, xử lý tiền xử lý để chuẩn bị sinh khối cho trình chuyển đổi Chuyển đổi sinh khối rắn sang dạng dễ sử dụng lượng phương pháp khí hóa nhiệt phân Tinh chế làm sản phẩm sơ cấp 1756 sản phẩm cuối điện, nhiệt, nhiên liệu sinh học lỏng hóa chất NGUỒN BIOMASS Sinh khối nguồn tài nguyên lan tỏa, phát sinh khu vực rộng lớn, địi hỏi diện tích đất lớn với vấn đề hậu cần đáng kể thu gom vận chuyển chi phí cao Điển hình trồng bền vững với diện tích 10 khơ−1y−1 sinh khối gỗ sản xuất Bắc Âu, tăng lên 15 20 khô; năm−1cho lượng Nam Âu Như diện tích km2hoặc 100 sản xuất 1000 ty khô−1, đủ cho công suất đầu 150 kWeở hiệu suất chuyển đổi thấp 300 kWevới hiệu suất chuyển đổi cao Do đó, khó để hình dung nhà máy phát điện dựa sản xuất sinh khối địa lớn nhiều so với khoảng 30–40MWebất nơi Châu Âu chí nơi yêu cầu diện tích trồng khoảng 100 km2 Một điều phức tạp hầu hết dạng sinh khối tính thời vụ chúng: trồng rừng trồng có vỏ bọc thu hoạch tháng mùa đông, lượng phụ phẩm nơng nghiệp chí cịn theo mùa hơn, thường trồng vài tháng năm Do phải cung cấp rộng rãi cho việc lưu trữ Một giải pháp cho vấn đề hệ thống đa nhiên liệu nỗ lực ngày tăng tiến hành để phát triển quy trình xử lý số loại nhiên liệu khác nhau, hỗn hợp riêng biệt.5Quan điểm nhà máy có kích thước hạn chế, với kích thước nhà máy điển hình 5– 15MWecó khả chiếm lĩnh thị trường ngắn hạn Tuy nhiên, địa điểm có hoạt động cơng nghiệp rộng rãi gần khu rừng quản lý, việc lắp đặt nhà máy nhiệt điện kết hợp lượng sinh học (CHP) quy mô lớn đốt trình khả thi mặt kỹ thuật hấp dẫn mặt kinh tế J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) DOI: 10.1002 / jsfa Sinh khối cho lượng bã để cung cấp nhiệt cho công nghiệp địa phương Chất thải sinh học chất thải nông nghiệp giống phát sinh chúng, với hầu hết ngành công nghiệp châu Âu sản xuất riêng lẻ số lượng vật liệu tương đương, tổng số chung khu vực quốc gia đáng kể CÁC Q TRÌNH CHUYỂN ĐỔI NHIỆT Có ba q trình nhiệt - nhiệt phân, khí hóa đốt cháy - có sẵn để chuyển đổi sinh khối sang dạng lượng hữu ích Hình tóm tắt sản phẩm ứng dụng chúng Đốt cháy công nghệ thương mại phổ biến với ứng dụng hầu công nghiệp phát triển phát triển tập trung vào việc giải vấn đề mơi trường Q trình đốt cháy thiết lập thực hành rộng rãi với nhiều ví dụ ứng dụng nhà máy đồng đốt chuyên dụng.6 sau phần nhiệt phân nhanh Trong khí hóa cách oxy hóa phần, khí chất lỏng sản phẩm rắn trình nhiệt phân sau phản ứng với chất oxy hóa thường khơng khí, sử dụng oxy - để tạo khí vĩnh cửu CO, CO.2, H2, lượng khí hydrocacbon Trong q trình khí hóa nước nhiệt phân, than đốt lị phản ứng thứ cấp để hâm nóng cát nóng cung cấp nhiệt cho q trình khí hóa.4 Thành phần khí từ q trình khí hóa than q trình oxy hóa phần sản phẩm nhiệt phân khác bị ảnh hưởng nhiều yếu tố, bao gồm thành phần thức ăn, hàm lượng nước, nhiệt độ phản ứng mức độ oxy hóa sản phẩm nhiệt phân Tuy nhiên, thành phần tổng thể thành phần cân hệ C – H – O nhiệt độ khí hóa Các kim loại kiềm sinh khối hoạt động chất xúc tác hiệu để thúc đẩy phản ứng khí hóa Hiện trạng cơng nghệ khí hóa sinh khối Khí nhiên liệu sản xuất từ sinh khối vật liệu liên quan cách oxy hóa phần để tạo hỗn hợp khí carbon monoxide, carbon dioxide, hydro metan với nitơ khơng khí sử dụng làm chất oxy hóa, nước khí hóa nhiệt phân Bảng tóm tắt sản phẩm trường hợp Q trình khí hóa chuỗi phản ứng liên kết với nhau: bước đầu tiên, làm khô, trình tương đối nhanh Bước thứ hai, nhiệt phân, tương đối nhanh trình phức tạp làm phát sinh chất ta rơ gây nhiều vấn đề q trình khí hóa Q trình nhiệt phân xảy đốt nóng nhiên liệu rắn đến 300–500◦C điều kiện khơng có chất oxi hóa, tạo than rắn, hydrocacbon ngưng tụ hắc ín chất khí Sản lượng tương đối than, chất lỏng khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ đốt nóng nhiệt độ cuối cùng, điều thảo luận Chuyển đổi Nhiệt phân Khí hóa Sơ đẳng Một số cấu hình khí hóa phát triển Một khảo sát gần nhà sản xuất thiết bị khí hóa cho thấy 75% thiết bị khí hóa cung cấp thương mại 50 Hiệu (%) Khí hóa 40 Chất lỏng 30 20 10 Rút tiền 0,1 10 1000 Hình 3.Mối quan hệ công nghệ, quy mô hiệu sản xuất điện Thị trường Kho than củi Dầu sinh học Kho Hóa chất Nhiệt 100 Sản lượng (MWe) Tuabin Động Đốt cháy Char Khí đốt Entrained f Thấp Driêngdcái bè Chuyển đổi sản phẩm d CFB Điện lực CHP Nồi Nhiệt Hình 2.Các trình chuyển đổi sinh khối nhiệt J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) DOI: 10.1002 / jsfa 1757 T Bridgwater Ban 2.Các phương thức khí hóa nhiệt4 Phương pháp Bình luận Oxy hóa phần với khơng khí Các sản phẩm CO, CO2, H2, CH4, N2và hắc ín, tạo loại khí có giá trị nhiệt thấp Ơxy hố phần ơxy phẩm CO, CO2, H2, CH4và hắc ín (khơng có N2), tạo khí có giá trị đốt nóng trung bình ∼5 MJ m−3 Các vấn đề sử dụng phát sinh trình đốt cháy, đặc biệt tuabin khí Các sản ∼10–12 MJ m−3 Chi phí cung cấp sử dụng oxy bù đắp loại khí nhiên liệu có chất lượng tốt Sự cân cân Khí hóa nước (nhiệt phân) Các sản phẩm CO, CO2, H2, CH4và hắc ín tạo loại khí có giá trị gia nhiệt trung bình ∼15–20 MJ m−3 Quá trình có hai giai đoạn: lị phản ứng sơ cấp tạo khí than đá, cát than đá chuyển đến lò phản ứng thứ hai, nơi than đá đốt cháy với khơng khí để làm nóng lại cát, sau tuần hồn lại lị phản ứng thứ để cung cấp nhiệt cho phản ứng Giá trị gia nhiệt khí đạt cực đại hàm lượng khí metan hydrocacbon cao hơn, với chi phí hiệu suất tổng thể thấp cacbon lò phản ứng thứ hai Sức ép Máy lọc khí điều áp hoạt động áp suất thường từ 15–50 bar Cả vốn hoạt động chi phí cao đáng kể hoạt động có áp suất, mức độ đó, chi phí cân nhờ tiết kiệm từ việc giảm kích thước bình đường ống, tránh sử dụng máy nén khí cho tuabin khí hiệu suất cao Cho ăn dạng lỏng dạng dầu sinh học bùn có lợi ích kinh tế hoạt động đáng kể so với cho ăn sinh khối dạng rắn Hoạt động điều áp thường thực với oxy Ôxy Sử dụng oxy, thường với hoạt động áp suất, cho nhiệt độ phản ứng cao mức độ hắc ín thấp hơn; thiết bị nhỏ chi phí thấp khơng có nitơ; khí chất lượng cao cho phát điện tổng hợp nhiên liệu lỏng Tuy nhiên, có khoản chi phí lượng tài đáng kể liên quan đến việc sử dụng cung cấp ôxy, từ việc mua sắm biện pháp bổ sung cần thiết để giảm thiểu mối nguy việc xử lý sử dụng downdraft, 20% giường chất lỏng (bao gồm tầng chất lỏng tuần hoàn), 2,5% dòng chảy cập nhật 2,5% loại khác.7Phạm vi cơng nghệ khí hóa ưu điểm nhược điểm chúng tóm tắt đây4,7và Hình Các thiết bị lọc khí hạ lưu khí hấp dẫn ứng dụng quy mô nhỏ lên đến khoảng 1.5MWthứ tựvì có thị trường rộng lớn kinh tế phát triển phát triển Mặc dù số cấu hình gặp vấn đề với việc loại bỏ hiệu hắc ín hạt, có tiến đáng kể đảm bảo hiệu suất ngày cung cấp.số Biomass Engineering công ty đạt tiến đáng kể lĩnh vực với việc vận hành thành công động thiết bị ngoại vi vi mơ.9 Các thiết bị khí hóa cập nhật khí dường khơng có sức hấp dẫn thị trường ứng dụng điện Mặc dù điều hàm lượng hắc ín cao khí nhiên liệu, phát triển gần q trình crackinh hắc ín đạt mức độ thấp từ lò phản ứng crackinh nhiệt / xúc tác chun dụng hạ lưu thiết bị khí hóa Một lý khác kích thước phía đơn vị khoảng 2.5 MWevì công suất nhà máy lớn yêu cầu nhiều tổ máy Chúng thường sử dụng cho ứng dụng nhiệt để tối đa hóa hiệu lượng.10 Thiết bị khí hóa tầng sơi sủi bọt khí chứng minh đáng tin cậy với nhiều loại ngun liệu đầu vào quy mơ thí điểm ứng dụng thương mại quy mô vừa nhỏ, lên đến khoảng 25 MWthứ tự Chúng bị giới hạn phạm vi kích thước cơng suất chúng chưa mở rộng đáng kể đường kính khí hóa lớn đáng kể so với đường kính tầng chất lỏng tuần hồn cho cơng suất nguyên liệu Mặt khác, chúng kinh tế phạm vi vừa nhỏ 1758 lực Do đó, sức hấp dẫn thị trường sức mạnh cơng nghệ họ tương đối cao, có ví dụ hoạt động Thiết bị khí hóa tầng sơi tuần hồn khí tỏ đáng tin cậy với nhiều loại nguyên liệu đầu vào tương đối dễ mở rộng quy mô từ vài MWthứ tự đến 100MWthứ tự Ngay cơng suất 100MWthứ tự, có niềm tin ngành cơng nghiệp cung cấp thiết bị khí hóa đáng tin cậy Các thiết bị khí hóa dường hệ thống ưa thích cho ứng dụng quy mơ lớn hệ thống có sức hấp dẫn thị trường cao chứng minh mặt kỹ thuật Các ví dụ bao gồm quy trình khí TPS (Termiska Processer AB),11 hệ thống điều áp Varnamo.12 Máy khí hóa sinh khối thành công hoạt động để phát điện máy khí hóa Güssing Áo, hệ thống khí hóa gián tiếp dựa q trình nhiệt phân nhiệt độ cao để tạo khí có giá trị gia nhiệt trung bình đốt cháy động để tạo MWe.13Tính hoàn thành 15 000 hoạt động thời điểm viết có khả sẵn sàng vượt q 90% Các hệ thống tầng sơi có áp suất, tuần hoàn sủi bọt, coi có sức hấp dẫn thị trường ngắn hạn việc lắp đặt phức tạp chi phí xây dựng tàu điều áp bổ sung Tuy nhiên, hệ thống điều áp có lợi ứng dụng chu trình hỗn hợp tích hợp tránh nhu cầu nén khí nhiên liệu trước sử dụng buồng đốt tuabin khí Hệ thống điều áp thường sử dụng với oxy làm chất oxy hóa để cải thiện chất lượng khí Tuy nhiên, có khoản chi phí lượng tài đáng kể liên quan đến việc sử dụng cung cấp oxy, từ việc mua sắm J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) DOI: 10.1002 / jsfa Sinh khối cho lượng biện pháp bổ sung cần thiết để giảm thiểu mối nguy việc xử lý sử dụng lượng nguồn cấp liệu) cao tới 95–97% ứng dụng tuabin lò kết hợp chặt chẽ, lên đến 85% hiệu suất khí lạnh Trong sản xuất điện sử dụng vận hành chu trình hỗn hợp, hiệu suất lên đến 50% cho sở lắp đặt lớn đề xuất, giảm xuống 35% cho ứng dụng nhỏ Các hệ thống khí hóa quy mơ lớn xem xét để xử lý hàng triệu sinh khối năm hệ thống thổi oxy có điều áp Có vấn đề hậu cần việc cung cấp sinh khối cần phải giải quyết, lại cần thiết cho tổng hợp kinh tế nhiên liệu vận tải Các công nghệ áp dụng cho khí hóa lỏng nhiệt phân, hóa lỏng sinh khối giảm chi phí xử lý vận chuyển sinh khối rắn đơn giản q trình khí hóa Việc đồng khí hóa sinh khối với than xem xét thử nghiệm diện rộng chứng minh tính khả thi phương pháp Làm khí Các chất khí hình thành q trình khí hóa bị ô nhiễm số tất thành phần liệt kê Bảng Mức độ ô nhiễm khác tùy thuộc vào trình khí hóa ngun liệu Làm khí phải áp dụng để ngăn ngừa xói mịn, ăn mịn vấn đề môi trường thiết bị hạ nguồn.4 Các ứng dụng khí sản phẩm Chất lượng khí đốt Hình tóm tắt phạm vi sản phẩm nhiên liệu, điện hóa chất tạo từ khí sản phẩm Khí có giá trị gia nhiệt trung bình từ khí hóa nước nhiệt phân, từ khí hóa oxy, phù hợp để tổng hợp nhiên liệu vận tải hóa chất hàng hóa khơng có nitơ pha lỗng, khí qua không thay đổi làm giảm hiệu suất trình tăng chi phí Ngoại lệ tổng hợp amoniac, hàm lượng nitơ thu từ trình khí hóa khơng khí sử dụng trình tổng hợp amoniac Yêu cầu chất lượng khí nhiên liệu, tuabin tổng hợp nhiên liệu lỏng nói riêng cao; Bảng đưa số số liệu gợi ý cho thiết bị khí hóa thơng thường.14Tar vấn đề cụ thể rào cản kỹ thuật quan trọng Có hai cách để phá hủy tars, hai cách tiếp tục nghiên cứu sâu rộng:15 • Sử dụng xúc tác crackinh, ví dụ, dolomit niken • Nứt nhiệt, ví dụ oxy hóa phần tiếp xúc trực tiếp Nhiên liệu vận chuyển hóa chất khác Vì sinh khối nguồn cacbon cố định tái tạo nhất, nên có quan tâm đáng kể việc sản xuất nhiên liệu vận tải hóa chất hàng hóa khác Khí tốn việc bảo quản vận chuyển nên phải sử dụng Hiệu suất khí nóng cho khí hóa (tổng lượng khí sản phẩm thơ phần Bàn số 3.Đặc tính khí sản phẩm điển hình từ thiết bị khí hóa khác nhau14 Thành phần khí, khơ,% thể tích Thổi khí tầng chất lỏng Rút tiền thổi khí Downdraft thổi khí Oxy Downdraft Giường đôi Nhiệt phân để so sánh ∗HHV: Chất lượng khí H2 CO CO2 CH4 N2 11 17 32 31 40 14 24 21 48 48 20 20 13 15 18 21 21 50 53 48 HHV∗(MJ N−1m3) 5,4 5.5 5,7 10.4 17.4 13.3 Tars Công Nghèo Tốt Tốt Công Nghèo Bụi bặm Nghèo Tốt Công Tốt Nghèo Tốt giá trị cấp nhiệt cao Bảng 4.Các chất gây nhiễm khí nhiên liệu vấn đề chúng14 Chất gây nhiễm Các ví dụ Các vấn đề Dung dịch Tars Chất thơm chiết xuất Hạt Làm tắc lọc Khó cháy Gửi tiền nội Tro, than, tầng sơi Xói mịn Tar crack nhiệt xúc tác, loại bỏ hắc ín cách chà Lọc, chà Ăn mịn nóng Làm mát, ngưng tụ, lọc, Cọ rửa, loại bỏ xúc tác có chọn lọc (SCR) Vôi dolomit, chà xát, vật chất Kim loại kiềm Natri, kali Các hợp chất hấp phụ Nitơ liên kết nhiên liệu Chủ yếu amoniac HCN Hình thành NOx Lưu huỳnh, clo HCl, H2S Ăn mịn khí thải hấp thụ J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) DOI: 10.1002 / jsfa 1759 T Bridgwater Tổng hợp Vận chuyển nhiên liệu vv Chuyển đổi Khí MHV Hóa chất Hơi nước ơxy Pin nhiên liệu Amoniac phân bón Tuabin Khí hóa Hàng khơng Khí LHV Động Điện lực Đồng bắn Nhiệt Nồi Hinh 4.Các ứng dụng cho hệ thống khí hóa sinh khối MHV, giá trị gia nhiệt trung bình, thường 15 MJ / Nm3; LHV, giá trị nhiệt thấp, thường MJ / Nm3 Hóa chất Chất rắn sinh khối Dầu sinh học bùn Khí hóa, dọn dẹp, điều hòa Hydrocacbon tổng hợp Tinh luyện Vận chuyển nhiên liệu Tổng hợp metanol + MTG MOGD Điện lực Hình 5.Vận chuyển nhiên liệu thơng qua khí hóa sinh khối MTG, metanol thành xăng; MOGD, metanol đến olefin, xăng dầu diesel thơng qua khí tổng hợp khí tổng hợp, thường biết đến Syngas hỗn hợp carbon monoxide (CO) hydro(H2) Thường có thành phần khác phát sinh từ q trình khí hóa carbon dioxide(CO2), mêtan(CH4), hydrocacbon cao ethylene etan, propan propylene, nitơ từ khí hóa khơng khí Nói chung, chất hoạt động chất pha lỗng, quy trình chung cụ thể khác có mức độ dung sai khác thành phần Cũng có chất bẩn có chứa lưu huỳnh (ví dụ: H2S), clo (ví dụ HCl, COCl) nitơ (ví dụ NH3) loạt hợp chất Nồng độ thành phần vết thường yêu cầu giảm xuống vài phần triệu hầu hết hệ thống chất xúc tác sử dụng để tổng hợp rượu hydrocacbon, chất xúc tác có hạn chế dung sai riêng sinh khối nhập khẩu, dầu sinh học từ trình nhiệt phân nhanh khí hóa có hiệu suất tổng thể thấp cho phép thực quy mô kinh tế cần thiết trình tổng hợp hạ nguồn nhiên liệu vận tải hóa chất Khí hóa dầu sinh học có khả chi phí thấp dễ dàng đưa chất lỏng vào thiết bị khí hóa có áp suất so với sinh khối rắn Syngas cung cấp nguyên liệu thô để sản xuất loại nhiên liệu hóa chất sử dụng ngày nay, bao gồm nhiên liệu vận tải thơng thường độc đáo, hóa chất hàng hóa hóa chất đặc biệt Một số khả sản xuất nhiên liệu vận chuyển hydrocacbon trình bày Hình 5, có ý nghĩa thời đáng kể PYROLYSIS Sinh khối rắn khí hóa, sinh khối có nguồn gốc từ châu Âu có xu hướng hạn chế kích thước nhà máy sẵn có sinh khối trừ đáng kể Nhiệt phân phân hủy nhiệt xảy điều kiện khơng có oxy Nó ln bước q trình đốt cháy khí hóa, trình Bảng 5.Sản lượng sản phẩm điển hình (cơ sở gỗ khơ) thu phương thức nhiệt phân gỗ khác Các điều kiện (%) Char (%) Nhiệt độ vừa phải, khoảng 500◦C, thời gian lưu trú nóng ngắn,∼1 giây Nhiệt độ vừa phải, khoảng 500◦C, Thời gian lưu trú nóng vừa phải∼10–20 giây Nhiệt độ thấp, khoảng 400◦C, thời gian cư trú dài Nhiệt độ cao, khoảng 800◦C, thời gian cư trú lâu dài 75 50 30 12 20 35 10 Chất lỏng Cách thức Nhanh Trung gian Chậm (cacbon hóa) Khí hóa 1760 Khí ga (%) 13 30 35 85 J Sci Food Agric86: 1755–1768 (2006) DOI: 10.1002 / jsfa Sinh khối cho lượng q trình oxy hóa tồn phần sản phẩm Nhiệt độ quy trình thấp thời gian lưu giữ lâu có lợi cho việc sản xuất than củi Nhiệt độ cao thời gian lưu trú lâu làm tăng chuyển đổi sinh khối thành khí, nhiệt độ vừa phải thời gian lưu trú ngắn tối ưu để sản xuất chất lỏng Bảng phân bố sản phẩm thu từ phương thức nhiệt phân khác Nhiệt phân nhanh để sản xuất chất lỏng quan tâm đặc biệt chất lỏng lưu trữ vận chuyển dễ dàng chi phí thấp so với sinh khối rắn Một số đánh giá xuất mà nên tham khảo để biết thông tin chi tiết.16 - 19 Quá trình nhiệt phân nhanh xảy thời gian vài giây Vì vậy, trình truyền nhiệt khối lượng tượng chuyển pha, động học phản ứng hóa học, đóng vai trị quan trọng Vấn đề quan trọng đưa hạt sinh khối phản ứng đến nhiệt độ quy trình tối ưu giảm thiểu tiếp xúc chúng với nhiệt độ trung gian (thấp hơn) có lợi cho hình thành than củi Một cách đạt mục tiêu sử dụng hạt nhỏ, ví dụ trình tầng sơi mơ tả sau Một khả khác truyền nhiệt nhanh đến bề mặt hạt tiếp xúc với nguồn nhiệt áp dụng q trình nhiệt phân mài mịn Một thách thức kỹ thuật quan trọng trường hợp truyền nhiệt đến lò phản ứng hệ thống thương mại Nguyên tắc nhiệt phân nhanh Trong trình nhiệt phân nhanh, sinh khối bị phân hủy để tạo phần lớn sol khí số than củi Sau làm mát ngưng tụ, chất lỏng di động màu nâu sẫm hình thành có giá trị gia nhiệt nửa so với dầu nhiên liệu thơng thường Mặc dù có liên quan đến quy trình nhiệt phân truyền thống để sản xuất than củi, nhiệt phân nhanh quy trình tiên tiến, với thơng số kiểm soát cẩn thận để tạo sản lượng cao chất lỏng Các tính thiết yếu trình nhiệt phân nhanh để sản xuất chất lỏng là: • Tốc độ gia nhiệt truyền nhiệt cao bề mặt phản ứng, thường yêu cầu nguồn cấp sinh khối nghiền mịn • Nhiệt độ phản ứng nhiệt phân kiểm soát cẩn thận khoảng 500◦C nhiệt độ pha 400-450◦C; ảnh hưởng nhiệt độ đến suất phổ sản phẩm thảo luận phần chất lỏng nhiệt phân bên • Thời gian lưu trú nóng ngắn thường s • Làm lạnh nhanh nhiệt phân để tạo sản phẩm dầu sinh học Sản phẩm chính, dầu sinh học, thu với sản lượng lên đến 75% trọng lượng sở thức ăn khô, với than khí phụ, sử dụng quy trình để cung cấp yêu cầu nhiệt quy trình, khơng có dịng thải trừ khí thải tro xỉ Quá trình nhiệt phân nhanh bao gồm làm khơ thức ăn chăn ni đến thường 10% nước để giảm thiểu nước dầu lỏng sản phẩm (mặc dù chấp nhận đến 15%), nghiền thức ăn chăn ni (đến kích thước hạt khoảng mm trường hợp lò phản ứng tầng chất lỏng) để tạo hạt đủ nhỏ để đảm bảo phản ứng nhanh chóng, phản ứng nhiệt phân, tách chất rắn (than), làm nguội thu sản phẩm lỏng (biooil) Hầu dạng sinh khối coi nhiệt phân nhanh Trong hầu hết công việc thực gỗ tính qn khả so sánh thử nghiệm, gần 100 loại sinh khối khác thử nghiệm nhiều phịng thí nghiệm, từ chất thải nơng nghiệp rơm rạ, vỏ ô liu vỏ hạt đến loại lượng miscanthus lúa miến, chất thải lâm nghiệp vỏ chất thải rắn bùn thải chất thải da Quá trình nhiệt phân nhanh điển hình mơ tả Hình cho thấy bước chuẩn bị cần thiết, lò phản ứng thay thu thập sản phẩm Lò phản ứng Trung tâm trình nhiệt phân nhanh lị phản ứng Mặc dù chiếm khoảng 10–15% tổng chi phí vốn hệ thống tích hợp, hầu hết nghiên cứu phát triển tập trung vào lò phản ứng, người ta ngày ý đến việc kiểm soát cải thiện chất lượng chất lỏng cải thiện hệ thống thu gom Phần lại trình bao gồm tiếp nhận, lưu trữ xử lý sinh khối, làm khô nghiền sinh khối, thu thập, bảo quản sản phẩm nâng cấp, có liên quan Các khía cạnh bước ngoại vi mô tả sau Một khảo sát tồn diện q trình nhiệt phân nhanh cho Char Khí ga tách biệt Nhiệt phân Giường chất lỏng BIOMASS Sấy khô đến