鼓泡流化床热解反应器的优化方案

鼓泡流化床具有结构简单、操作简单、温度控制好、对高密度固体生物质颗粒传热效率高等优点。流化床热解反应器具有良好且一致的性能，在进料干燥的基础上，木材的液体产率通常为70%～75%。由于不同传热方法的限制，必须仔细考虑大规模运行时床层的传热。要获得较高的生物质加热速率，需要使用粒径小于3 mm的小颗粒生物质，而颗粒加热速率通常决定了反应速率。

副产品焦炭通常约占产品质量的15%，但约占生物质原料能量的25%。它可以在反应过程中通过燃烧提供系统所需热量，也可以被分离、提取出来，在这种情况下，需要使用替代燃料供应热量。根据反应器的结构和流化气体速度，大部分焦炭的大小和形状与生物质相当。新鲜的焦炭是可自燃的，也就是说，当它暴露在空气中时会自燃，因此需要小心处理和储存。随着时间的推移，这种性质会随着焦炭表面活性中心的氧化而减弱。

图3-19所示为使用静电除尘器进行气溶胶聚合、收集的鼓泡流化床热解反应器，展示了大多数商业过程中的气溶胶分离过程。

图3-19　带静电除尘器的鼓泡流化床热解反应器

1—经干燥和尺寸预处理的生物质；2—流化床反应器；3—旋风分离器；4—急冷器；5—焦炭；6—生物油；7—气体循环；8—静电除尘器；9—出口(www.xing528.com)

图3-20　典型的鼓泡流化床热解反应器

1—生物质；2—螺旋给料器；3—热解炉；4—气体燃烧器；5—焦炭收集器；6—旋风分离器；7—生物油存储；8—油；9—气体冷凝器；10—不可冷凝气体

图3-20所示为典型的鼓泡流化床热解反应器。破碎的生物质（粒径2～6 mm）被送入鼓泡流化床中。床料被惰性气体如再循环烟气所流化。惰性固体床料（通常使用沙子）的剧烈混合可良好而均匀地控制温度。它还可以向生物质原料传递许多热量。固体在反应器中的停留时间明显长于气体。热解所需的热量可通过燃烧一部分气体产物来提供，或者通过在单独的燃烧室中燃烧固体焦炭并将该热量传递至固体床料来提供。床料中的焦炭可起到蒸气催化裂化的作用，使用单级或多级旋风分离器可从气体产物中分离出夹带的炭颗粒。鼓泡流化床热解反应器的一个优点是其规模可以做得很大。

与其他类型反应器相比，鼓泡流化床通常易于构造和设计。鼓泡流化床热解反应器具有较大的储热能力、较好的温度控制能力、出色的传热特性以及较好的气固混合特性。在其热解炉中，蒸气和固体的停留时间由流化气体的流速控制。在热解反应期间，由于焦炭在快速热解反应温度下充当有效的裂解催化剂，因此快速有效地将焦炭分离出来很重要，这通常利用一个或多个旋风分离器来实现。使床料流化所需的大量惰性气体会导致可冷凝蒸气分压非常低，因此需要设计高效运行的热交换器和液体收集系统。

使用鼓泡流化床热解反应器可实现颗粒快速加热，其中热气被向上输送，穿过生物质颗粒。当气体速度达到最小流态化速度时，床料将悬浮并表现出与流体相似的特性，其出色的混合和传热特性为热解反应创造了理想的环境，在鼓泡流化床热解反应器中大约90%的热传递直接发生在生物质固体之间。鼓泡流化床热解反应器需要使用冷凝器对蒸气进行快速冷却，以使生物油产量最大化，并获得相当高的液体产率，最高可达70%。鼓泡流化床热解反应器的缺点是产物中含有许多颗粒和焦油。像大多数快速热解技术一样，该过程还需要原料精细研磨，以提供足够大的表面积，用于热传递和反应。加拿大的Dynamotive公司将鼓泡流化床快速热解技术商业化，日产量为200 t/d。