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技术分析:是什么阻止了黑色烘焙颗粒的发展?

发布日期:2020-06-07 11:22来源:未知 编辑:admin生物质能源

技术分析:是什么阻止了黑色烘培颗粒的发展?

十多年来,大量的学术机构、研究机构、政府机构和私营企业都在关注工艺的折磨,以获得可行的贸易地位。在贸易之后,烘焙将在我们社会向循环经济的过渡中发挥重要作用。在循环经济中,含碳材料将被循环利用,以减少总体碳排放和应对气候变化。

长期以来,人们一直认为,从生物质生产工程燃料的下一个合理步骤是将生物质烘焙成黑色颗粒(碳化颗粒)的过程,因为这种产品具有祖先的特征,最终可能取代白色颗粒。与白色颗粒相比,致密碳化生物质颗粒具有含水量低、能量密度高、体积大、疏水性好、生物活性强、可磨性好、粒径分布相对均匀等优点。这些特征可以转化为更低的运输成本、更高的共燃率和更低的用户成本。正是由于这些原因,黑色粒子受到了如此多的关注。

无数的新闻稿和公告预示着所谓的黑色粒子的成功,但随之而来的沉默是巨大的,偶尔有关于火灾、爆炸和失败的新闻报道。数百万美元没有投资于任何大规模和可持续的贸易成功故事。投资者不再抱有幻想,许多潜在客户几乎放弃了交易黑色颗粒的尝试。这不可避免地导致了这样一个问题:“是什么阻碍了它在贸易中的成功?”

本文回顾了阻碍黑色粒子商业化的潜在问题,并提出了解决这些问题的系统设计交换。但首先,我们必须了解阻碍其大规模贸易的原因。这不是因为资源成本高。它的成本水平与白色粒子大致相同。它的运行成本也不高,因为与白色粒子相关的成本大致相同(同样基于能源)。这也不是原材料成本——的问题。干燥过程几乎与白色颗粒的生产有经济上的联系。由于添加了不用于生产白色颗粒的额外原材料,例如森林残留物——,这些低质量的原材料通常可以获得较低的原材料成本。

那么,尽管在这么长的一段时间内花费了这么多努力,是什么阻止了烘烤过的黑色颗粒的交易呢?这个问题的答案围绕着一个基本的技术问题。如果这个问题得不到准确解决,将会导致过程不变性、系统可靠性与和平等问题。

  真正的问题

焙干是一种低温热化学转化技术,通过加热对碳基材料进行化学区分,生产出具有挥发性、疏水性、可研磨性和高碳含量的固体产品。

除了各种可冷凝组分如乙酸、甲酸、甲醇、乳酸、糠醛、羟基丙酮和水之外,脱挥发分还产生包括二氧化碳和一氧化碳在内的烘焙气体。这些烘烤气体含有大量能量。对于一个经济可行的烘焙系统,有效地控制系统中的能量是至关重要的。然而,这些气体也具有高反应性,可以快速聚合成高分子量的生物油。当前的烘焙气体处理系统基于传统的热氧化技术——燃烧浓缩的烘焙气体以热烟气的形式产生热量。尽管这种传统方法似乎是一个重要的选择,但实际操作显示出主要缺陷,主要是因为烟气中的氧含量太高,不能用于与生物质直接接触。为战胜这一弱点而进行的工艺设计导致了系统中会发生弗成接管的高浓度挥发性气体,而且这是故障贸易规模烘焙手艺应用的底子原因。

类似地,情况如下:由于烘烤气体的高混响和浓度,很难安全有效地处理它们。更糟糕的是,气体压力可能会波动,导致流量保持不变,以及后续的过程控制问题。无论是直接加热还是间接加热,这都是存在的。传统的热氧化技术必须通过使用过量的燃烧空气来适应这些前提,并且燃烧空气产生的富氧烟气不能直接用于与生物质接触。这严重限制了这种能量在高温反应堆和冷却等其他系统中的有效利用。直接加热混响器的设计试图解决这个问题。正如高温技术公司ECN几年前概述的那样,浓缩的高温气体通过热交换器持续循环。间接加热反射器的设计允许气体在反射炉内集中并在反射炉内停留很长一段时间,然后仅通过内部气体压力的累积从反射炉排出。因此,在这两种情况下,这些挥发性气体的浓度都非常高。这种情况将导致过程不变性问题,并可能导致气体冷凝成裂化油和焦油,然后这些油和焦油将相对较快地积聚在设备、管道和过程监测仪器上。这些裂化油和焦油的形成不仅造成了危险的情况,而且导致了清洁操作的频繁关闭。即使轻微的烘烤气体泄漏也会导致不可接受的工作条件和潜在的安全隐患。此外,烘烤气体在离开混响器后继续扩散出固体。这种情况会造成形势和安全问题。

最后,烘烤将生物质加热到远高于其自燃温度。如果烘烤过的生物质在冷却前暴露在空气中,它会燃烧并可能造成灾难性的损失。

在所有情况下,流程暂停可能随时发生。一个商业上可行的过程必须昼夜不停地运行,也许要连续几个月。没有对烘烤气体的有效处理,就不可能实现连续的操作流程。

  处理气体

如何有效处理烘烤气体?合理的解决方案是采用非常大且持续可用的惰性气体加热系统设计。烘焙反应器必须在烘焙温度下用热惰性气体流连续冲洗(吹扫),稀释烘焙气体,并将其从反应器中快速移除,远离烘焙固体。

惰性吹扫气体将烘焙气体的浓度降低到非常低的水平,仅占原始浓度的一小部分;混响器内的气流不受干扰,热解气体成分的使用寿命显著缩短,从而大大减少了热解油和焦油的生成机会。

这种净化和稀释策略的第二个优点是,在固体将要离开反应器的过程中,挥发性气体冷凝成加热的固体轮廓的可能性大大降低。许多工艺开发者已经观察到加热的生物质上的冷凝,这对于从反应器中流出的产品的质量和条件是有害的。

对大量且持续可用的惰性气体的需求避免了这样一个问题:“惰性气体从哪里来?”购买或生产(和加热)这么多惰性气体的成本可能高得令人望而却步。因此,有必要采用另一种方法。解决方案是使用氧化催化剂代替热氧化剂的烘焙气体处理系统。氧化催化剂在工业和实际应用中有着悠久而成功的历史。它们可以非常有效地氧化各种挥发性有机化合物,例如包含在烘焙气体中的那些,并且大量热的、基本上惰性的烟道气可以作为氧化过程的游离副产物出现在该过程中。在整个加热系统中使用这种自由惰性气体将解决当今大规模烘烤过程中的无湍流、可靠性和安全性问题。

托马斯考尔

高级烘焙系统有限责任公司首席执行官

tcauser@atscat.com

(原件:生物质杂志,中国新能源网综合)

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