热解反应器中的其他反应

3.5.8.1　双螺杆热解反应器

双螺杆热解反应器中设有的两个偏置螺杆来流化物料，并通过反应器运输生物质颗粒。螺杆以相同的方向旋转，并相互缠结，以驱动螺纹中的颗粒。将蓄热载体（如沙子）与进料在反应器入口处混合，提供热解所需的热量。双螺杆热解反应器如图3-33所示，实验表明，该反应器能够生产53%～78%的液体产物、12%～34%的焦炭和8%～20%的气体，同时避免了使用载气。

与流化床类似，双螺杆设计的缺点包括需要较小的粒径，颗粒的特征长度即体积与表面积之比必须小于0.5 mm，相当于球形颗粒直径小于2 mm，并且液体产品还可能含有高浓度的颗粒和焦油。

图3-33　双螺杆热解反应器

1—生物质；2—双螺杆热解反应器；3，7—气体；4—沙子；5—焦炭；6—冷凝器；8—生物油；9—空气；10—燃烧器

3.5.8.2　流化床慢速热解反应器

流化床慢速热解类似于相同的快速热解技术，但物料停留时间更长，从而允许更大比例的木炭生产。实验表明，流化床慢速热解产物为液体35%～45%、木炭20%～25%和气体30%～35%。热解油是最有价值的产品，因此流化床慢速热解的缺点是相较于快速热解流化床工艺，热解油产率较低，它还有与流化床快速热解相同的进料尺寸限制和产品质量问题。

3.5.8.3　加热窑热解反应器

与流化床慢速热解反应器和真空热解反应器相比，加热窑热解反应器的特点是物料停留时间长得多。加热窑热解反应器是慢速热解反应器最常见的设计，类似于传统木炭生产的土窑热解炉。反应器可以在内部进行加热，例如通过燃烧气体产物进行加热，也可以在外部进行加热，这通常需要围绕窑炉布置加热套。图3-34所示为外部加热窑热解反应器的热解过程。一部分窑以间歇模式运行，可能不需要任何搅拌；其他的则是连续运行，通常需要某种机械运输。加热窑有几种不同的混合和透孔方法，包括旋转或倾斜窑炉，以及使用内部传送带或清扫器。所有类型均有简单、经济的设计，尤其是固定式加热窑，活动部件很少。产品的产率与物料停留时间和温度等因素有关。

图3-34　外部加热窑热解反应器的热解过程(www.xing528.com)

1—生物质；2，11—气体燃烧室；3—废气；4—气体；5—焦炭；6—冷凝器；7—油；8—富裕煤气；9—气体加热；10—空气

加热窑热解的主要缺陷是该工艺效率低，如果未采用正确工艺条件（如窑温、生物质进料速率和物料停留时间），将产生很少的油和木炭；如果使用外部加热机构，则该工艺的传热特性往往较差。

3.5.8.4　太阳能热解器

光合作用将太阳能以化学形式存储在生物质中。生物燃料生产是化学形式的太阳能利用手段。但热解是吸热过程，它的工作温度需要外部输入能量才能达到400～650℃（热解的最佳工作温度）。通常我们使用化石燃料来提供能量，但更加绿色的方法是使用太阳能来提供热解过程所需要的热量。在生物质上的集中太阳辐射（见图3-35）可以将其迅速加热到所需的热解温度，而反应器仍保持较低的温度，从而降低了二次分解速率。在不同类型的太阳能集中器中，抛物线型最适合管式反应器。一些实验指出，生物质的液体产率随粒径减小而提高。

图3-35　太阳能热解器

3.5.8.5　螺旋窑反应器

螺旋窑反应器通过机械移动生物质，使其通过热反应器，包括螺旋和奥古斯反应器。可使用循环的热沙加热，也可以使用热载体（如钢或陶瓷球）加热，或者采用外部加热。机械驱动反应器很难实现与流化床和循环流化床相当的极短停留时间，热解气停留时间可以在5～30 s之间，具体取决于反应器的设计和尺寸。螺旋反应器和奥古斯反应器也可被开发为中间热解设备。

螺杆反应器特别适用于处理进料困难或不均匀进料问题。液体产率低于流化床的，这是因为停留时间较长及与副产物炭接触而被分解。焦产率较高。KIT提出了用液体生产焦浆的概念，以便最大限度地提高液体产物能源效率，但这需要一种替代能源来为该工艺提供热量。

3.5.8.6　夹带流反应器

气流床快速热解技术在原理上是一种简单的技术，但大多数情况下并没有如人们所希望的那样成功，主要是因为热气和固体颗粒之间具有传热差，需要较高气流量才能实现充分传热，而这需要较大尺寸的设备，并且低分压可冷凝气体收集困难。其液体产率通常低于流化床和循环流化床系统的液体产率。

夹带流反应器是由乔治亚理工学院开发的，并由比利时英杰明（Egmin）公司进行了扩展。但该设备未投入使用，也没有任何进一步开发计划，可能是在实现从气态热载体到固体生物质良好传热方面遇到了困难。据报道，干原料的液体产量高达50%～60%。