摘 要：生物质连续热解是清洁能源产能的复杂热化学，基于生物炭化热解，对其内部的纤维、木质素进行分解，从中结合相应设备与材料，产生热解气焦油和木醋液等副产物。生物质能热解一般按照加热方式分为外热式、内热式和自燃式3种，文章基于外加热式生物质热解炭化工艺展开论述，探讨相关设备的工艺特点和粗燃气组分特征，分析相关技术，以供参考。

关键词：外加热;生物质能;热解;燃气净化

外热式生物质热解的优势在于对加热过程的温度可操控，能够根据生物质量和规格调节相应的适应性温度，利于操作，缺点则表现为能耗较大，热效率与其他加热方式相比较较差。外热式生物质连续热解设备一般采用流动的高温热气体或电热丝通过炭化室间接加热，因此，在加热技术工艺流程环节上必须注重能耗和效率的平衡，对温度的控制必须要精确把控。生物质热裂解（又称热解或裂解），其意义为在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生生物炭、生物油和不可冷凝气体产物的过程，是生物质综合开发利用的重要形式之一，也是我国清洁能源组成的重要部分。外热式加热方案相比较内热和自然来说换热效率较差，内热式加热是通过将热气体直接通过底部通入，与燃烧物原料接触面较大，受热均匀，温度一般在460-550℃左右，直接加热效率较高[1]。自燃式炭化技术是直接在炭化室通过自然的方式内部加热，换热效率最高，能耗最少，热损失率低，从成本方面来说具有很大优势，但是对炭化工艺的细节参数以及相关设备指标要求较高，操作难度大，诸如进风量与炉内压力的控制必须要重点管控。

1 外加热式生物质连续热解燃气净化分离工艺概述

外加热式生物质连续热解炭化工艺过程分为连续热解和热解气净化分离2部分，连续热解工艺主要包括密封进料、均匀布料、连续热解、保温炭化等工段。热解气净化分离工艺主要包括除尘、多级组合冷凝、洗气等[2]。

1.1 密封进料

密封进料是指在尽量避免携带空气的情况下，将生物质原料从进料仓密封送入热解反应器内。针对空气富氧化问题进行处理，在操作前进行预处理，空气富氧化处理和氧气制取方法分为物理法和化学法，常用的方法为物理制氧，以空气为加工原料，通过相关处理方法脱氮制氧，包括深冷法、变压吸附法、膜分离法以及组合处理法。以变压吸附法为例，使用人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐（泡沸石）或天然沸石对空气中的氧、氮进行分离提取，效率高、流程快、成本低、能耗少，操作灵活，并且可以对产量和纯度能够进行调和控制，在中小型用氧场合应用成效较好，在外热式加热中能够提供较好储备。

1.2 均匀布料

均匀布料是指尽可能均匀地将物料由料斗推送至热解反应器内，确保设备稳定运作，根据物料粒径或品种，需要不同的布料方案以及传递进料方式。同时还要确保布料中没有粉尘。粉尘会影响外热式加热的换热效率和燃烧时间，因此，外热式热解还要重视脱除粉尘环节，根据粉尘种类和成分选择相应的技术，比如湿式除尘、静电除尘、袋式除尘等。但视除尘量和除尘效率，常用的还是机械除尘技术，处理直径正常，非纤维、非粘性的干燥粉尘。

1.3 连续热解

连续热解是设备工作和工艺进程的核心阶段，物料在热解回转筒内翻转推进，采取外加热的换热方法，多级旋流梯级换热的导热系统，经历烘干脱水和分裂热解2个阶段，反应温度的调控、热解时间的长短、换热效率的高低对生物炭的得率和品质均有较大影响[3]。

1.4 燃气提质

指将燃气中的CO2，与H2通过甲烷化合成提升其热值的工艺过程。甲烷化技术过程是一个强放热过程，反应温度为250～600℃，控制反应温度和回收反应热量是该工序的技术关键。尽管生物质热解气中无机硫和有机硫含量较低，但少量硫即可导致催化剂永久性中毒失去活性，因此在燃气甲烷化处理前进行了脱硫处理[4]。

1.5 保温炭化

保温炭化该阶段处于连续热解和冷却出炭之间，是指生物炭在热解反应后继续保温熟化一段时间，完全反应后再进入到冷却出炭部分。该缓冲阶段能够使生物炭始终保持在较为恒定的温度，避免因温度骤降而导致热解油附着在生物炭上。适时降低温度后，避免由于高温接触空气加上自身可燃性质引起自燃情況，因此，在保温炭化后需要进行降温冷却，在取出时要保持密封状态，减少与外部接触，保证炭品质量和装置设备安全性[5]。

2 外热式生物质热解设备燃气净化分离辅助性关键技术

热解粗燃气协同分离与多级净化处理技术工艺环节多，除每个工艺环节涉及的具体工艺技术外，外加热热解工艺系统中还涉及以下辅助性关键技术。

2.1 安全预警与防爆技术

热解气作为可燃气体，虽然高温过热或供氧量问题导致的爆炸风险相比较自燃式热解工艺较小，但是由于加热方式的差异，自燃式加热的自燃区与燃气管道相互连通，进风和炉内压力控制一旦出现问题，就会使得内部氧气燃烧不充分，产生爆炸。而外热式对于温度的控制可以适时调节，发生爆炸的概率较低，在防范措施方面要更重视安全预警工作，实时监测热解加热状态，明确装置中的氧气量变化，对燃气温度、储气装置压力、燃烧加热时长以及换热效率重点关注，加以防范[6]。

2.2 污染物脱除与减排技术

木焦油、木醋液和分离出的有害气体直接排出或泄露均会对环境造成重大负面影响。并且外加热热解也要确保热烟气的纯度以及间接加热的炭化室内是否存在烟尘、粉尘等杂质影响热解效率。污染物脱除与减排是提高生物质热解生产系统综合效益的关键要素之一，相关措施包括系统的气密性设计、净化分离后废气处理技术、木醋液与木焦油封存技术等。

2.3 智能监测与控制技术

可靠的智能监测与控制技术是生产系统安全.高效运行的重要保障，生产系统工况监测、安全预警和各功能单元协调运行均需智能监测与控制作为技术支撑。智能监测与控制主要涉及热解反应室进风（氧）量监测与控制、反应室负压监测与控制、燃气组分在线监测、设备各功能单元有序控制等技术问题。

3 结语

综上所述，文章主要探讨外热式热解技术工艺特点和热解粗燃气加工处理技术，考虑到热解技术的复杂工艺，对于燃气的分离净化需要在热解各个环节加以重视，具体技术拗口空气密封进料、均匀布料、连续热解、保温炭化等。燃气协同分离与多级净化技术工艺系统涉及多个工艺环节，保障系统安全高效运行，除集成各工艺环节对应的具体技术外，还须配套多项辅助性关键技术，主要包括安全预警与防爆技术、污染物脱除与减排技术、智能监测与控制技术等。

参考文献：

[1]兰珊，赵立欣，姚宗路，等.外加热式生物质连续热解设备燃气净化系统的研究[J].现代化工，2018，38（5）：173-176.

[2]赵立欣，贾吉秀，姚宗路，等.生物质连续式分段热解炭化设备研究[J].农业机械学报，2016，47（8）：221-226，220.

[3]丛宏斌，姚宗路，赵立欣，等.生物质连续热解炭气油联产中试系统开发[J].农业工程学报，2017，33（18）：173-179.

[4]袁艳文，赵立欣，孟海波，等.生物质炭化热解气催化重整制取费-托合成气研究进展[J].化工进展，2019，38 （z1）：152-158.

[5]胡二峰，赵立欣，吴娟，等.生物质热解影响因素及技术研究进展[J].农业工程学报，2018，34（14）：212-220.

[6]丛宏斌，赵立欣，姚宗路，等.内加热连续式生物质炭化设备的研制[J].太阳能学报，2014，35（8）：1529-1535.

作者简介：

郭凤明（1984- ），男，汉族，籍贯：山东省临沂市平邑县，大学本科，中级工程师，研究方向：炼焦化工机械设备。