生物质气化的特点精选(九篇)

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生物质气化的特点

第1篇：生物质气化的特点范文

生物质热解液化制取液体燃料

成果介绍及技术指标：生物质主要指秸秆、谷壳、速生林和林业加工废弃物等，据估计我国资源总量不低于10亿吨/年，其中各类秸秆和谷壳的年产量不低于7亿吨，约合2～3亿吨石油当量。生物质能源的特点是可再生和与环境友好，它除了直接使用之外，还可以采用热降解和生物降解的措施转化为液体燃料。

生物质热解液化是在完全缺氧或有限供氧的情况下使生物质受热主要降解为液体产物生物油的一种技术。影响生物质热解液化四个主要参数分别是加热速率、反应温度、气相滞留时间和冷凝收集。

该项目采用快速流化的方式使生物质与热载体在反应器内实现良好的热量交换，并通过特殊的结构设计和自制的催化剂，使生物质能够高效洁净地转化为生物油，生物油产率按质量计算最高可达70%。

该生物油呈棕褐色，是含氧量很高的复杂有机混合物，其有机物种类有数百种之多，从属于数个化学类别，几乎包括了所有种类的含氧有机物诸如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。不同生物质制取的生物油在主要成分的含量上大都比较相近，因而可以容易地混合在一起。生物油的密度比水大，约为1.2×103kg/m3。生物油的粘性与热值与其含水率的高低有很大关系，当含水率为25%时，其动力粘性系数和高位热值分别约为60cP和18MJ/kg。

生物质气气化合成二甲醚液体燃料

项目简介：在固定床或循环流化床中将生物质气化，变成H2、 CO、 CO2等组分，然后经过气体净化，在重整反应器中和沼气一起在催化剂的作用下进行重整来调整H2、 CO的比例，同时降低二氧化碳的比例，使之适合于合成二甲醚。然后气体经过压缩进入二甲醚反应器。在催化剂的作用下合成二甲醚。该套技术已经申请了国家发明专利。

二甲醚（简称DME,CH3OCH3）是一种清洁的燃料与化工产品，有很大的市场。液化二甲醚可以完全替代液化石油气（LPG），与LPG相比具有无毒无臭、不易爆炸、热效率高、燃烧彻底、无污染等特点，因此，DME作为LPG的替代品在中国特别是农村有巨大的潜在市场。作为清洁燃料DME可以替代柴油用作发动机燃料，十六烷值达55，与柴油热效率相同，DME不会产生黑烟和固体颗粒，NOx排出量大大减少，是很有前途的绿色环保型发动机燃料。

该项目采用的以生物质废弃物（包括木粉、秸秆、谷壳等）作为原料，通过催化裂解造气作为气头的新工艺，目前还未见报道。DME的合成也采用先进的一步法合成工艺，该方法作为应用基础研究最近几年才在国际上展开。广州能源研究所在世界上首先实现了在小型装置上由生物质一步法合成绿色燃料二甲醚的连续运行。将该技术进行产业化推广可以解决缓解广东省液化气日益紧张的形势。

生物柴油

技术(产品)用途介绍：生物柴油，又称燃料甲酯，是由甲醇或乙醇等醇类物质与天然植物油或动物脂肪中主要成分甘油三酸酯发生酯交换反应，利用甲氧基取代长链脂肪酸上的甘油基，将甘油基断裂为三个长链脂肪酸甲酯，从而减短碳链长度，降低油料的粘度，改善油料的流动性和汽化性能，达到作为燃料使用的要求。生物柴油的主要成分是软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和与不饱和脂及酸同甲醇或乙醇所形成的酯类化合物。由于可再生，无污染，因此生物柴油是典型“绿色能源”。其性能与0#柴油相近，可以替代0#柴油，用于各种型号的拖拉机、内河船及车用柴油机。其热值约1万大卡/Kg，能以任意比例与0#柴油混合，且无需对现有柴油机进行改动。

目前，生物柴油的主要加工方法为化学法，即采用植物油（或动物油）与甲醇或乙醇在酸、碱性催化剂作用下酯交换，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯燃料油。但化学法合成生物柴油有以下缺点：

（1）工艺复杂，醇必须过量8倍以上，后续必须有相应的醇回收装置，能耗高；

（2）色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下，容易变质；酯化产物难于回收，成本高；

（3）生成过程有废碱液排放；

（4）不能处理废油脂,因为废油脂含有大量的游离脂肪酸，容易和催化剂碱形成皂角，很难分离皂角。

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即动植物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小，无污染物排放等优点。目前酶法主要问题：

（1）脂肪酶成本较高，酶使用寿命短；

（2）副产物甘油和水难于回收，不但形成产物抑制，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。

生物质制取液体燃料技术

技术简介:生物质是一种CO2零排放的可再生能源。传统的生物质利用方式不仅低效而且排放的未完全燃烧碳氢化合物有害健康，例如秸秆就地焚烧严重污染环境。开发高效清洁的生物质利用技术至关迫切。生物质的特点为能量密度低、挥发分含量高、氧含量高。从生物质制备液体燃料可缓解中国日趋紧张的汽车油料。由于组成生物质的纤维素、半纤维素和木质素转化特性不同，单纯的生化或热转化工艺均难以高效利用生物质。将这两种方法结合在一起的工艺可望得到良好效果。根据生物质的组成和成分特点，利用分级转化原理，我所已开发出生物质生化－热转化综合工艺。

生物质生化－热转化综合工艺思路为：秸秆经过汽爆先得到木糖，汽爆残余再经固体发酵转化为乙醇，发酵残渣在循环流化床中快速热解制取生物油，半焦燃烧供热。本课题组与本所生化国家重点实验室合作，利用快速热解从生物质发酵渣获得生物质热解油品。由于生物质发酵过程中脱掉了大量的成灰元素，生物油的产率明显提高。本项目利用小试装置和5kg/h循环流化床快速热解反应器，进行了不同生物质、发酵渣、脱灰生物质的快速热解制备生物油的试验；利用TG-FTIR进行灰分对热解动力学影响的实验。

该项目研究了生物质种类、成灰元素对生物油产率、性能的影响；研究了循环流化床热解生物质的流体动力学；利用能量最小和多尺度模型研究了生物质热解反应器的流动结构；在5kg/h 规模的循环流化床中进行了生物质快速热解实验。结果表明，生物热解油的产率随灰分减少而增加；利用生物质综合处理工艺可大幅度提高生物油产率，产率达65%左右。

未来应用领域的初步预测：

生物质热解油可与化石柴油混合作燃料油；生物质热解油可和氨反应生产缓释肥料；生物质热解油可和石灰反应生成生物石灰，用于脱硫脱硝；生物质热解油可和醇反应生产燃料助剂或风味化学品；此外，生物质热解油可制成粘结剂，可制氢和气化生成合成气。

生物质能高效利用

项目研究内容介绍：中国科学院百人计划项目。从生物质制备清洁燃料为目标，从生物质的组成与结构分析到研究生物质制备清洁燃料的工艺和催化剂，进行生物质能高效利用的应用基础研究，为进一步开发提供理论指导。

具体包括以下几个方面：1．生物质组成与结构的研究；2．生物质制差工艺与催化剂的研究与开发；3．生物质组分分离方法研究；4．生物质直接液化工艺及产物分离方法的研究；5．生物质间接液化制甲醇、二甲醛及燃类的工艺与催化剂研究；6．以上过程涉及性的反应工程分离过程的研究。

生物质制取液体燃料技术

研究内容:生物质是一种CO2零排放的可再生能源。传统的生物质利用方式不仅低效而且排放的未完全燃烧碳氢化合物有害健康，例如秸秆就地焚烧严重污染环境。开发高效清洁的生物质利用技术至关迫切。生物质的特点为能量密度低、挥发分含量高、氧含量高。从生物质制备液体燃料可缓解中国日趋紧张的汽车油料。由于组成生物质的纤维素、半纤维素和木质素转化特性不同，单纯的生化或热转化工艺均难以高效利用生物质。将这两种方法结合在一起的工艺可望得到良好效果。根据生物质的组成和成分特点，利用分级转化原理，我所已开发出生物质生化－热转化综合工艺。

第2篇：生物质气化的特点范文

一、浙江省生物质能资源及应用技术概述

(一)资源量及其分布

浙江省生物质能资源丰富，按照来源的不同，主要分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废弃物和畜禽粪便等五大类。

林业资源：浙江省地处亚热带季风湿润气候区，降水充沛，森林资源较为丰富。全省现有林地面积664.46万公顷，森林覆盖率为58.31％，位居全国前列。浙江省林业废弃物约4820万吨，折标准煤2700万吨，主要分布于丽水、临安等地。

农作物秸秆：农作物秸秆的可用资源量主要取决于农作物产量及其他用途。浙江省年秸秆产量约700万吨，折标准煤350万吨。

畜禽粪便：浙江省畜牧业产生的畜禽粪便产量约1690万吨，折标准煤169万吨(通过厌氧工艺)。

生活垃圾：城镇生活垃圾主要是居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物。浙江省每日生产生活垃圾约5万吨，每年产生生活垃圾超过1800万吨，相当于257万吨标准煤。

由上可知，浙江省可开发利用的生物质能资源种类多、数量大，若能有效利用，将对浙江省能源供应短缺，特别是农村能源短缺起到重要作用。

(二)应用技术的种类及特点

生物质能技术主要可分为四大类：生物转换、物化转换、直接燃烧和生物燃料。

生化转换技术：主要是厌氧消化和特种酶技术。在这类技术中，厌氧发酵即沼气技术已较为成熟并具有相当的竞争力。沼气技术是指通过厌氧发酵工艺将人畜禽粪便和有机废水等富含的有机物转化为以甲烷气为主的沼气。其特点是既资源化地利用了生产和生活中排放的废水，又能有效地保护环境，特别是自然水体。

物化转换技术：包括干馏技术、气化制生物质燃气、热解制生物质油。在这类技术中，农业废弃物的气化近年来发展最快。该技术的基本工作原理是在缺氧状态下，将稻壳、秸秆等农业废弃物气化形成可燃气体，用于农村居民生活燃气供应。目前，在实际应用中，主要存在的技术问题是焦油的处理。

盲接燃烧技术：主要指炉锅燃烧和垃圾焚烧。生物质直接燃烧发电技术是指在常规的活力发电系统中，将以秸秆替代锅炉燃烧所需煤进行发电，而垃圾焚烧则是以垃圾为主掺入其他燃料替代锅炉燃烧所需燃料进行发电。其特点是前者将农业废弃物资源化利用发电，同时保护了环境，而后者不仅解决了固体垃圾处理问题，而且物尽其用。

生物燃料技术：主要是指生物乙醇、生物柴油。生物乙醇是通过微生物发酵将各种生物质转化为燃料酒精，而生物柴油则是利用植物油、动物油等原料油提取的清洁燃料，两者都具有可再生、低排放的特点。但是前者以粮食作物作为原料，会对我国的粮食安全产生影响；而后者则需要发展油料作物或油料经济林所需的土地资源。因此，粮食供应安全与生物乙醇、生物柴油的发展协调问题是亟需解决的。

二、浙江省生物质能的应用现状

改革开放以来，在浙江省政府和相关部门的高度重视下，浙江省的生物质能应用有了很大发展，从上世纪80年代初的节柴灶、户用沼气池为主的生物质能技术到现在的大型沼气工程、集中气化发电和直接燃烧发电等，无论是技术发展还是应用规模，都有了长足的进步。

迄今为止，浙江省沼气技术发展已具有一定的规模，技术的可靠性也在不断的提高。据统计，截至2009年6月底，浙江省已累计建成户用沼气15.3万户，大中型沼气工程4438处、68.5万立方米，生活污水净化沼气池170.64万立方米。据粗略估计，这些沼气工程每年可产沼气1.37亿立方米，减排30余万吨二氧化碳，而且这些厌氧污水每年处理了生活污水1.96亿立方米，减排6.3万吨COD，受益面超过200万农户。基于厌氧发酵的沼气工程和生活污水工程均具有技术可靠性高、运行成本低、可适量替代常规能源，减少二氧化碳排放量等优点。

浙江省在生物质气化方面同样有了一定的成就。生物质气化可分为大规模燃烧技术和中小规模生物质气化技术，浙江省结合自身实际情况，主要发展生物质气化炉技术。磐安县于2006年引进户用生物质气化炉技术后，生物质气化炉开始慢慢普及，迄今为止，已经在全省的各个农村地区广泛使用。生物质气化有效地利用了农业废弃物，减少了焚烧或丢弃农业废弃物造成的环境污染，同时，它燃烧稳定、热效率高，适用于炊事、取暖、锅炉等，在农村的应用前景极其广阔。

生物质直燃发电近年来也有一定的发展，浙江省首家生物质能热电厂已于2009年在龙游建立，年燃烧谷壳、木屑、秸秆、废木料、竹子废弃19.24万吨，设计年发电能力1.08亿千瓦时。按同等规模燃煤热电厂计算，全年可节约标准煤8.27万吨，每年可减少二氧化硫排放291吨、烟尘排放425吨、二氧化碳排放15.3万吨，并可给周边农户带来约6000万元的秸秆等燃料收入。该项目采用了国际上较为成熟的秸秆生物燃烧发电技术，做到秸秆的充分利用，燃烧后产生的灰渣也被回收。采用直接燃烧技术将生物质能转化为电能，既能代替常规能源发电，又能避免秸秆腐烂而释放温室气体，同时也为农村创造了大量的劳动力就业岗位。

此外，浙江省垃圾焚烧发电走在全国前列。截至2005年底，浙江省投入商业营运的垃圾发电厂有12家，日处理垃圾总能力约为401G吨，总装机容量达11.6万千瓦，垃圾发电占垃圾处理量的27％。按此估计，浙江省年垃圾发电总量可达0.98亿千瓦时，可节约标准煤2.89万吨，年可减少氮氧化合物排放288.7吨、二氧化硫461.96吨。垃圾焚烧发电不仅解决了城镇垃圾堆积问题，有利于环境保护和城镇的发展，同时也缓解了浙江省用电紧张问题。

三、浙江省生物质能发展存在的主要问题和障碍

浙江省生物质能虽然在过去的几年问有了长足发展，但在进一步的技术应用推广中仍存在一些问题和障碍：

(一)资源量及其分布信息量不充分，不利于总体规划

迄今，浙江省生物质资源的信息主要建立在估算的基础上，而这些粗略的估算数据并不足以为总体的规划提供可靠的数据基础，资源的种类、资源的总体数量、资源的分布特别是其密度分布是进行总体规划的基础。没有详尽的数据作支持，对政府而言，就无法对生物质规模的应用做出具有可操作性的总体规划，也

就不可能提出行之有效的政策和措施支持。

(二)技术、经济竞争力不足

生物质能的技术可靠性、经济竞争力是产业化发展和规模化应用的根本。目前，浙江省生物质能的技术可靠性、经济竞争力仍然不足。前者反映在技术的先进性和成熟度上，与常规能源相比，浙江省生物质能的开发利用仍处于初步阶段，技术可靠和完善、运行操作的便捷尚有待提高。除了大中型沼气工程和户用沼气技术已具有较高的技术可靠性，其他生物质能技术距市场规模应用尚有差距；而后者则主要是指与常规能源相比，经济上没有竞争优势。生物质能的前期投入较大，运行成本较高，投资风险较大，经济效益较低，而政府还没有切实可行的价格政策和经济政策激励、支持生物质能的发展，企业难以负担高成本、高风险的生物质投资，消费者也不愿意花更多的钱消费其产品。

(三)规模发展缺乏政策的支持导向

美国生物质能发展经验表明，生物质能的发展离不开政府的支持，生物质能要规模化生产，政府的资金、政策支持是不可或缺的。浙江省因为没有规模应用的总体规划，也就不可能给出清晰可列的政府支持和导向，特别是对于不同的技术、规模所需要政府支持力度和支持政策也未说明。

目前，浙江省虽然在财政上对生物质能技术应用有一定的支持，但迄今没有建立一套透明、公平、有章可依的政府财政补贴或税收优惠的措施和细则，也就不可能形成明确和有力的导向和动力。

四、生物质能发展对策分析及建议

为了积极推动浙江省生物质能技术的推广应用，特别是在生物质能规模化应用有较大的发展，应该将关注点放在以下几个方面：

(一)普查资源，收集信息，制定总体规划

政府部门应当组织具有丰富的生物质资源调查和评估工作经验的专家，成立调查小组，在全省范围内开展全面、详细和实用的各生物质资源的调查评估工作，确切掌握生物质资源的种类、分布、密度以及资源的利用价值等信息，并对各地区所适合的生物质能发展技术与规模提出合理的建议，在此基础上对生物质资源的发展潜力进行科学的估计，为生物质能的规模化利用打下坚实的基础，也为生物质能的整体发展规划提供可靠的依据，明确短期、中期与长期国家生物质能发展的目标、原则、技术路线图及应采取的政策与措施。

(二)加强技术研发，拓展融资渠道

加强对生物质能技术研发和装备保障的支持力度，抓紧具有知识产权的新能源技术开发，形成具有原创性的自主知识产权群，提高其技术竞争能力。设立专项科研资金，攻克生物质固化成型装备以及生物质热解液化技术设备存在的问题；成立生物质能研究机构，研究生物质气化等技术存在的二次污染、自动化程度低等问题，不断改进技术；引进国外先进技术、借鉴国外经验，对农作物秸秆的高能效低能耗转化、第二代生物质原料等开展研究，推进生物质能稳定、高速发展。

在投融资上，一方面加大对生物质能的投资力度，设立专项资金，促进生物质能的规模化生产，特别是对技术要求高、投机成本大的技术，加强其财政支持力度，如对生物质能发电技术、沼气技术给予补贴，可以带动民间资本的流入，增加就业和农民收入；另一方面，创造良好的投资环境，建立服务机构、中介机构，开辟国际融资渠道，帮助国外投资者选择更好的项目，吸引国际组织和发达国家参与我国的生物质能产业建设，促进生物质能源的产业化。

(三)完善政府政策，促进生物质能发展

第3篇：生物质气化的特点范文

关键词生物质能源；烤烟；烘烤；应用

中图分类号 TK6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）17-0153-03

Abstract To take advantage of the abundant biomass resources in our country adequately，relieving the status of rising costs and curing pollution，this paper reviewed the research progress of the biomass energy in tobacco curing. This study showed that applying biomass energy in tobacco curing benefits the promoting of tobacco quality，debasing the cost of flue-cured tobacco curing and reducing the pollution of curing. Currently the applied forms of biomass energy in tobacco curing included bio-coalbriquette，biomass gasification，biomass briquette and so on，different applied forms showed positive effect，which could be promoted in areas with suitable conditions.

Key words biomass energy；flue-cured tobacco；curing；application

烤烟烘烤是一个大量耗热的过程，目前烤烟生产上推广的密集烤房烘烤设备普遍采用燃煤供热，热利用率低，煤耗量高，通常1 kg干烟叶煤耗量1.5～2.5 kg标煤，而理论上的耗煤量为0.8 kg，也有研究分析指出，在密集烘烤中，火炉的热效率为64.95%，烤房热效率仅为36.08%，总的热损失达63.92%，能量浪费惊人[1-3]。

愈演愈烈的世界范围能源危机以及不断上升的能源价格，使得生产烤烟的成本不断增加，使烤烟生产的可持续发展受到严重影响。在此背景下研究烤烟烘烤节能技术，提高能源利用效率，寻找烤烟烘烤能源替代途径，降低烤烟生产成本成为烤烟烘烤研究的一个重要课题。目前，此方面的研究主要集中在烘烤设备、烘烤工艺以及新型能源烘烤燃料开发等方面，其中新型能源烘烤燃料中的生物质能源因其本身可再生性、低CO2排放、几乎不排放SO2、广泛分布性、使用形式多样、生物质燃料总量丰富等特点成为当下研究的一个热点，有望成为烤烟烘烤传统能源的有效替代品[4-5]。

1 生物质能源概述

生物质能源是植物通过光合作用将太阳能储藏在有机物中的一种可再生能源。每年全球积累的生物质总量达1 730亿t，蕴含的能量相当于目前全球总能耗的10～20倍[6]。据报道，生物质能已上升为仅次于化石能源煤、石油和天然气之后的第4位能源，占世界一次能源消耗的14%[7]。与传统直接燃烧方式相比，现代生物质能源的利用更多的是借助热化学、生物化学等手段，通过一系列先进的转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，为人类生产、生活提供电力、燃气、热能等终端能源产品[8]。在生态环境保护方面的研究发现，提供相同能量，煤的S和NOx排放量分别是秸秆的7.00倍和1.15倍，用1万t秸秆替代煤炭能量，烟尘排放将减少100 t[9]。生物质能源作为一种可再生的低碳能源，具有巨大的发展潜力，它的开发利用对于建立可持续能源系统、促进国民经济发展、保护生态环境具有重大意义。

2 生物质能源在烤烟烘烤上的应用研究

我国拥有居世界首位的生物质能源产量，年产农作物秸秆、谷壳等总量约14亿t，如开发用于燃烧，可折合7亿t标准煤[10]。以安徽省为例，每年农作物秸秆总产量5 000万t左右，如果能开发利用其中的1/3转化为燃料，即可消耗秸秆1 700万t，约相当于建立2座年产500万t的大型煤矿[11]。目前，烤烟烘烤上研究应用的生物质多为农作物秸秆，应用方式主要有生物质型煤、生物质气化、生物质压块等，应用效果较为理想。

2.1 应用方式

2.1.1 生物质型煤。生物质型煤是指在破碎成一定粒度的煤中加入一定比例的秸秆等可燃生物质和添加剂后由高压成型机压制成型的洁净能源产品。其充分利用煤和生物质各自的优势，具有节煤和生物质代煤的双重作用，与原煤燃烧相比，生物质型煤是提高燃烧效率和减少污染的有效方法之一，目前已进入商业化生产阶段[12]。

孙剑锋等[13]利用煤和废弃的植物茎杆生产出与烘烤设备外形、尺寸大小相配套的生物质型煤。其在使用过程中容易实现配风的精准控制，进而实现与密集烤房控制系统的配套，且生物质型煤在燃烧过程中着火大小容易控制，生火及升降温速率均较快，能更好地满足烤烟烘烤工艺的需求。向金友等[14]研究秸秆与煤不同配方压块燃料在烤烟烘烤中的应用，结果发现80%秸秆+20%煤混合压块代煤烤烟完全可行。

2.1.2 秸秆煤。秸秆煤是一种新型蜂窝煤燃料，没有煤的加入，以青蒿、烟、玉米等农作物秸秆以及废弃的树木枯枝、杂草、锯末、稻壳等生物秸秆为原料，不需粉碎，在厌氧条件下碳化6～8 h，利用秸秆自然进行分解形成生物质碳，再加入黏土和其他粘合剂混合后形成。

郭保银[15]研究发现各种秸秆碳化率平均约为50%，而通过加配方后，常规秸秆等材料2 t可生产2 t秸秆煤，其秸秆煤代替煤炭烤烟的技术研究结果表明秸秆煤易点火、燃烧效果好、升温快而且无黑烟和异味，满足烤烟工艺要求，其代替煤炭及其制品在密集烤房中应用是可行的，可以进行大范围示范。

2.1.3 生物质气化。生物质气化是采用生物质气化发生装置将生物质原料在厌氧状态下燃烧转化为由氢气、一氧化碳、甲烷等组成的可燃气体。生物质气化方式在烤烟烘烤中的应用相对较多，生物质气化烤烟系统开发设计相对成熟。杨世关等[16]研究设计了一套新型烤烟设备，主要是以生物质燃气为能源，将间接换热与直接换热紧密结合，该系统的能源利用率及烟叶品质都较传统间接换热式烤房有显著提高。飞鸿等[17]以废弃烟杆、烟梗以及各类农作物秸秆为原料采用生物质气化发生装置通过燃气发生炉进行厌氧燃烧使其热解出可燃气体，经管网送往各烤房实现自动控制烘烤烟叶。

2.1.4 生物质压块。在压强为50～200 Mpa、温度为150～300 ℃、或不加热或不加黏结剂的条件下，先将木材加工剩余物及各种农作物秸秆等粉碎成一定粒度，再压缩成块状、棒状、粒状等具有一定密实度的成型物[18]，故又称为生物质固体成型燃料。目前，此燃料在烤烟烘烤中的应用研究较为广泛。

张聪辉等[19]研究不同清洁能源对烤后烟的化学成分、质量感官以及经济效益的影响，其中生物质燃料为2012年烟杆压块能有效降低烘烤成本，提高烘烤效益，替代煤炭为主要烘烤燃料有较大的潜力。王汉文等[20]用稻壳和玉米秸秆压块成燃料进行试验，将其放在AH密集烤房进行燃烧，能降低烤烟生产成本、满足烘烤的工艺要求、改善烟叶内在品质。王文杰等[10]以花生壳为原料加工的生物质压块为供试燃料，研发了配套的生物质压块燃烧炉，研究生物质能源在烤烟烘烤中的应用效果，生物质压块及燃烧炉不仅能替代以煤炭为燃料的普通立式炉用于烟叶烘烤，而且能够显著降低烟叶烘烤成本、提高烟叶烘烤质量。倪克平等[21]研究生物质压块燃料在烟叶烘烤中的应用效果，其中生物质压块燃料是以木材加工的锯末为主原料，添加辅助化工原料后，用搅拌机搅拌成均匀的混合原料，将混合原料通过压块成型机压制成直径为2 cm的圆饼，配备自动添加燃料的整套专用燃烧炉，研究结果表明：生物质压块用于烟叶烘烤可以充分调控烤烟烘烤工艺，降低烘烤成本，节能减耗，提高烤后烟叶品质。谭方利等[22]关于生物质压块燃料以及煤炭燃料在烤烟烘烤中的应用效果对比研究表明生物质压块用于烤烟烘烤是可行的，但对于燃料添加技术要求较高。

2.2 应用效果

生物质能源在烤烟烘烤中的不同应用形式对烘烤效果的影响均较好，节能减排的同时有利于提高烤后烟叶的质量。与原煤相比使用生物质型煤烘烤烟叶，生产1 kg干烟可节约用煤约0.15 kg，每炉烟叶可节约用煤50 kg以上，节能效果显著，而且生物质型煤中煤矸石含量为零[13]。使用秸秆煤烤烟对烤后烟叶内在化学成分无不良影响，而且能够降低上部叶烟碱含量，提高上部烟叶还原糖含量，氮碱比更加协调，香气量充足，香气质好，余味明显改善，杂气减轻，刺激性减少，评吸结果较好，有利于提高烟叶内在品质[15]。飞鸿等[17]的研究中生物质气化烘烤与传统的燃煤烘烤相比，烟叶的内在品质得到一定的改善。感官评吸结果表现为生物质气化烘烤的烟叶其杂气、香气质、干净度均优于煤炭燃料烘烤的烟叶，而且回味、劲头、湿润上也表现出一定的优势。采用秸秆压块燃料烘烤，能降低烟叶中含氮化合物含量，提高烟叶中总糖、还原糖，有利于改善烟叶化学成分的协调性[20]。谭方利等[22]的研究中生物质压块燃料与煤炭相比烤后烟叶上等烟比例提高了2.3个百分点，青黄烟、微带青烟、杂色烟比例分别下降了0.99、0.81、1.53 个百分点。

2.3 应用成本

由于烤烟烘烤中应用的生物质原料主要是废弃的秸秆，来源广泛、价格低廉，因此利用生物质能源燃料降低烤烟烘烤成本效果显著。生物质型煤的应用加上固硫剂、粘合剂以及加工成本，比同等发热量的原煤成本低100元/t左右[13]。秸秆煤在酉阳县烤烟烘烤上的应用，按当地生产水平以及市场煤炭价格计算，烘烤烟叶1 875 kg/hm2，使用秸秆煤烤烟可降低成本约750元/hm2，以此测算，若在该县进行推广应用，每年可节约煤炭1.8万t，全县烟农增收480万元[15]。飞鸿等[17]利用生物质烘烤烟叶的研究中采用的生物质气化发生装置上料系统、流量控制系统、除渣系统均为自动化系统，烤房数量增加到100炕也只需要2人控制，自动化程度高，在大规模烘烤中将大大降低劳动成本。生物秸秆压块在烤烟烘烤中的应用成本以安徽省为例，生产干烟叶2 062.5 kg/hm2（1 875～2 250 kg/hm2），需煤炭275 kg（以500元/t计），计2 062.5元/hm2；需秸秆压块206.25 kg（以400元/t计），计1 237.5元/hm2，降低成本825元/hm2[20]。谭方利等[22]的研究中应用生物质压块燃料与煤炭燃料相比1 kg干烟成本降低0.1元。

3 结语

烤烟烘烤大量耗热且热能利用率低，传统燃料煤炭在烤烟烘烤中的应用带来环境污染的同时，由于燃料资源的紧缺烘烤成本不断增加。把我国丰富的生物质能源应用在烤烟烘烤中既能充分利用资源同时也有望解决烤烟烘烤面临的问题。

生物质能源在烤烟烘烤中的应用研究表明其可以代替煤炭燃料，而且具有清洁、能提高烤烟品质、降低烘烤成本的优点。生物质能源在烤烟烘烤中的不同应用形式中生物质型煤的原料中只是减少了煤的用量加入部分生物质，秸秆煤加工过程中的厌氧条件碳化工艺相对复杂，而生物质气化装置包括气化炉、储气罐等，与烤房配合烘烤专用设备复杂，建成后更适合大规模烘烤。其中生物质压块研究相对较多，工艺较成熟简便。生物质压块加工生产线及配套设备的开发研究中早在2010年姚宗路等[23]针对生物质压块过程中存在的系统配合协调能力差以及生产率低等问题研发设计了有强制喂料系统的成型机以及配套设备，可实现自动化大规模的生物质压块生产。生物质压块方式制成的生物质原料可以直接应用于烤烟烘烤，基本上不需要对烤房、烤炉等进行改造，应用方便。生物质能源的利用形式中生物质发电是我国目前对生物质能源应用最为广泛和普通的方式，但其在烤烟烘烤中的应用研究相对较少，是以后生物质能源在烤烟烘烤中的应用研究的一个方向[24-25]。当下的研究表明，烤烟烘烤中的传统燃料煤炭可以用生物质压块代替，应用效果较好且成本低，可以在烤烟生产上进行示范推广。

4 参考文献

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第4篇：生物质气化的特点范文

循环制氢和利用生物质转化制氢等, 不仅对各项技术的基本原理做了介绍, 也对相应

的环境, 经济和安全问题做了探讨. 对可再生氢能系统在香港的应用前景做了展望.

关键词: 可再生能源, 氢能, 电解水, 光伏电池, 太阳能热化学循环, 生物质

引言

技术和经济的发展以及人口的增长, 使得人们对能源的需求越来越大. 目前以石

油, 煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源. 一方面, 化石燃料的使用带来了严

重的环境污染, 大量的co2, so2, nox气体以及其他污染物, 导致了温室效应的产生和

酸雨的形成. 另一方面, 由于化石燃料的不可再生性和有限的储量, 日益增长的能源

需求带来了严重的能源危机. 据估计, 按照目前的消耗量, 石油仅仅能维持不到50年,

而煤也只能维持200年. kazim 和 veziroglu (2001)[1]指出, 做为主要石油输出国的阿拉

伯联合酋长国, 将在2015年无法满足石油的需求. abdallah 等人(1999)[2]则宣布, 埃

及的化石燃料资源, 在未来的20年内就会耗尽! 而作为能源需求大国的

尽管电解水制氢具有很高的效率, 由于昂贵的价格, 仍然很难大规模使用. 目前

三种电解槽的成本分别为: 碱性电解槽us$400-600/kw, pem电解槽约us$2000/kw, 固体

氧化物电解槽约us$1000-1500/kw. 当光伏电池和电解水技术联合制氢时, 制氢成本将

达到约us$41.8/gj(us$5/kg), 而当风力发电和电解水技术联合制氢时, 制氢成本约为

us$20.2/gj (us$2.43/kg) [20].

2. 太阳能热化学循环制氢

太阳能热化学循环是另一种利用太阳能制取氢燃料的可行技术. 首先, 由太阳能

聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温. 然后由这些高温推动产氢的化学反映以制

取氢气. 目前国内外广泛研究的热化学制氢反应有: (1) 水的热分解(thermolysis);

(2) h2s的热分解和(3) 热化学循环水分解.

2.1. 水的热分解制氢

由太阳能聚光器产生的高温可以用于对水进行加热, 直接分解而产生氢气和氧气.

反应式如(4)

2h2o 2h2 + o2 (4)

在这个反应中, 水的分解率随温度的升高而增大. 在压力为0.05bar, 温度为2500k时,

水蒸汽的分解率可以达到25%, 而当温度达到2800k时, 则水蒸汽的分解率可达55%. 可

见提高反应温度, 可以有效产氢量. 然而, 反应所需的高温也带来了一系列的问题 .

由于温度极高, 给反应装置材料的选择带来了很大限制. 适合的材料必须在2000k以上

的高温具有很好的机械和热稳定性. zirconia由于其熔点高达3043k而成为近年来在水

的热分解反应中广泛使用的材料 [21,22]. 其他可选的材料及其熔点见表2.

表2. 作为热化学反应装置备选材料及其熔点 [22]

table 2 some materials and their melting points [22]

oxides t oc carbides t oc

zro2 2715 b4c 2450

mgo 2800 tic 3400-3500

hfo2 2810 hfc 4160

tho2 3050 hbn 3000 (decomposition)

另一个问题就是氢和氧的分离问题. 由于该反应可逆, 高温下氢和氧可能会重新结合

生成水, 甚至发生爆炸. 常用的分离方法是通过对生成的混合气体进行快速冷却(fast

quenching),再通过pd或pd-ag合金薄膜将氢和氧分离. 这种方法将会导致大量的能量

损失. 近几年有研究人员采用微孔膜(microporous membrane)分离也取得一些成功

[22,23], 使得直接热分解水制氢研究又重新受到广泛关注.

2.2. h2s的热分解

h2s是化学工业广泛存在的副产品. 由于其强烈的毒性, 在工业中往往都要采用

claus process将其去除, 见式(5)

2h2s + o2 2h2o + s2 (5)

这个过程成本昂贵, 还将氢和氧和结合生成水和废热, 从而浪费了能源. 对h2s的直接

热分解可以将有毒气体转化为有用的氢能源, 变废为宝, 一举两得. h2s的热分解制氢反

应式见(6)

2h2s 2h2 + s2 (6)

该反应的转化率受温度和压力的影响 . 温度越高, 压力越低, 越有利h2s的分解. 据报

道, 在温度1200k,压力1 bar时, h2s的转化率为14%, 而当温度为1800k, 压力为0.33bar

时, 转化率可达70% [24]. 由于反应在1000k以上的高温进行, 硫单质呈气态, 需要与氢

气进行有效的分离. 氢与硫的分离往往通过快速冷却使硫单质以固态形式析出. 同样,

这种方法也会导致大量的能量损失.

2.3. 热化学循环分解水制氢

水的直接热分解制氢具有反应温度要求极高, 氢气分离困难, 以及由快速冷却带

来的效率降低等缺点. 而在水的热化学分解过程中, 氧气和氢气分别在不同的反应阶

段产生, 因而跨过了氢气分离这一步. 并且, 由于引入了金属和对应的金属氧化物,

还大大降低了反应温度. 当对于水直接热分解的2500k, 水的热化学循环反应温度只有

1000k左右, 也大大减轻了对反应器材料的限制. 典型的2步热化学循环反应式见

(7)-(10).

2 y x o

y xm o m + (7)

2 y x 2 yh o m o yh xm + + (8)

或者 2 o o m o m y x y x + ′ ′ (9)

2 y x 2 y x h o m o h o m + + ′ ′ (10)

其中m 为金属单质, mxoy 或1 1 y x o m 则分别为相应的金属氧化物. 适合用做水的热化学

循环反应的金属氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反应温度较

低, 在近几年研究较多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一对广泛用于热化学分解水制氢的金属

氧化物. 该循环中, fe3o4 首先在1875k 的高温下被还原生成feo 和 o2, 然后, 在573k

的温度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 经研究发现, 用mn, mg, 或co 代替

部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以进一步降低反应温度 [4], 因而更具发展

前景.

除了以上所述2 步水分解循环外, 3 步和4 步循环分解水也是有效的制氢方式.

is(iodine/sulfur)循环是典型的3 步水分解循环, 该循环的反应式见(11)-(13):

4 2 x 2 2 2 so h hi 2 o h 2 so xi + + + at 293-373k (11)

2 2 i h hi 2 + at 473-973k (12)

2 2 2 4 2 o

1 so o h so h + + at 1073-1173k (13)

在is 循环中,影响制氢的主要因素就是单质硫或硫化氢气体的产生等副反应的发生. 为

尽量避免副反应的发生, x 的值往往设置在4.41 到11.99 之间[30]. ut-3 则是典型的

4 步循环[31]. 其反应式见(14) - (17):

2 2 2 o

1 cabr br cao + + at 845 k (14)

hbr 2 cao o h cabr 2 2 + + at 1,033 k (15)

2 2 2 4 3 br o h 4 febr 3 hbr 8 o fe + + + at 493 k (16)

2 4 3 2 2 h hbr 6 o fe o h 4 febr 3 + + + at 833 k (17)

热化学循环分解水虽然跨过了分离氢和氧这一步, 但在2 步循环中, 生成的金属在

高温下为气态并且会和氧气发生氧化还原反应而重新生成金属氧化物, 因此, 需要将

金属单质从产物混合物中分离出来. 金属单质的分离一般采用快速冷却使金属很快凝

固从而实现分离. 同样, 在3 步循环中, 氢和碘也需要及时的分离. 采用的分离技术都

类似.

2.4. 热化学循环分解水制氢的现状

热化学循环制氢在欧洲研究较多, 但由于产物的分离一直是一个比较棘手的问题,

能量损失比较大, 此种制氢方法还没有进入商业化的阶段. 在swiss federal institute of

technology zurich,对zno/zn 循环制氢研究已经比较深入. 他们的研究目前主要集中在

产物的分离以及分解水反应的机理方面 [32]. swiss federal office 则已经启动了一个

“solzinc”的计划, 通过zno/zn 循环制取氢气以实现对太阳能的储存. 目前正在进行

反应器的设计, 将于2004 年夏季进行测试[33].

2.5.太阳能热化学循环制氢的环境, 经济和安全问题

太阳能热化学循环采用太阳能聚光器聚集太阳能以产生高温, 推动热化学反应的

进行. 在整个生命周期过程中, 聚光器的制造, 最终遗弃, 热化学反应器的加工和最

终的废物遗弃以及金属,金属氧化物的使用都会带来一定的环境污染. 其具体的污染量

需要进行详细的生命周期评价(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循环和

ut-3 循环中, 都使用了强烈腐蚀性或毒性的物质, 比如h2s, h2so4. 这些物质的泄漏

和最终的处理会带来环境的污染和危险, 需要在设计和操作过程中加以考虑. 另外, 由

于反应都是在高温下进行, 氢和氧的重新结合在反应器中有引起爆炸的危险, 需要小

心处理.

由于热化学循环制氢尚未商业化, 相关的经济信息都是基于估算. steinfeld

(2002)[29]经过估算指出, 对于一个大型的热化学制氢工厂(90mw), 制的氢气的成本为

大约us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太阳能热电 – 电解水系统制取氢气的成本则约为

us$6.67/kg, 而通过大规模天然气重整制氢的成本约为us$1.267/kg [20]. 可见太阳能热

化学循环制氢和天然气重整制氢相比虽然没有经济优势, 但和其他可再生制氢技术相

比则在经济性方面优于太阳热电-电解水和光伏-电解水技术.

3. 利用生物质制氢

生物质作为能源, 其含氮量和含硫量都比较低, 灰分份额也很小, 并且由于其生

长过程吸收co2, 使得整个循环的co2 排放量几乎为零. 目前对于生物质的利用, 尤其

在发展

热裂解得到的产物中含氢和其他碳氢化合物, 可以通过重整和水气置换反应以得

到和提高氢的产量. 如下式所示:

合成气 + h2o h2 + co (18)

co + h2o co2 + h2 (19)

利用生物质热裂解联同重整和水气置换反应制氢具有良好的经济性, 尤其是当反

应物为各种废弃物时, 既为人类提供了能量, 又解决了废弃物的处理问题 , 并且技术

上也日益成熟, 逐渐向大规模方向发展 . danz (2003 年)[39]估算了通过生物质热裂解制

氢的成本约为us$3.8/kg h2 (因氢的热值为120mj/kg, 这相当于us$31.1/gj), 这和石

油燃油的价钱us$4-6/gj 相比还没有任何优势, 但carlo 等[40]指出, 当热裂解制氢的规

模达到400mw 时, 氢的成本会大大降低, 达到us$5.1/gj. 可见实现大规模的利用生物

质制氢, 将会是非常有潜力的发展方向.

3.2. 生物质气化制氢

生物质气化是在高温下(约600-800oc)下对生物质进行加热并部分氧化的热化学过

程. 气化和热裂解的区别就在于裂解决是在无氧条件下进行的, 而气化是在有氧条件

下对生物质的部分氧化过程. 首先, 生物质颗粒通过部分氧化生成气体产物和木碳,

然后, 在高温蒸汽下, 木碳被还原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳氢化合物.

对于生物质气化技术, 最大的问题就在于焦油含量. 焦油含量过高, 不仅影响气化

产物的质量, 还容易阻塞和粘住气化设备, 严重影响气化系统的可靠性和安全性. 目前

处理焦油主要有三种方法 . 一是选择适当的操作参数, 二是选用催化剂加速焦油的分解,

三是对气化炉进行改造. 其中, 温度, 停留时间等对焦油分解有很重要的作用. milne ta

(1998 年)[41]指出, 在温度高于1000oc 时, 气体中的焦油能被有效分解, 使产出物中的

焦油含量大大减小. 此外, 在气化炉中使用一些添加剂如白云石, 橄榄石以及使用催化

剂如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油给气化炉带来的危害[42,43]. 此外, 设

计新的气化炉也对焦油的减少起着很重要的作用. 辽宁省能源研究所研制的下吸式固定

床生物质气化炉, 在其喉部采用特殊结构形式的喷嘴设计, 在反应区形成高温旋风动力

场, 保证了焦油含量低于2g/m3.

由气化所得产物经过重整和水气置换反应, 即可得到氢, 这与处理热裂解产物类似.

通过生物质气化技术制氢也具有非常诱人的经济性. david a.bowen 等人(2003)[44]比较

了生物质气化制氢和天然气重整制氢的经济性, 见图2. 由图可见, 利用甘蔗渣作为原

料, 在供料量为每天2000 吨的情况下, 所产氢气的成本为us$7.76/gj, 而在这个供料量

下使用柳枝稷(switchgrass)为原料制得的氢气成本为us$6.67/gj, 这和使用天然气重整

制氢的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定竞争力的. 如果将环境因素考虑进去,

由于天然气不可再生, 且会产生co2, 而生物质是可再生资源, 整个循环过程由于光合

作用吸收co2 而使co2 的排放量几乎为0, 这样, 利用生物质制氢从经济上和环境上的

综合考虑, 就已经比天然气重整更有优势了.

biomass feed to gasifier (tonnes/day)

hydrogen cost ($/gj)

500 1000 1500 2000

natural gas $3/gj

natural gas $4.5/gj

10.23

8.74

7.76

8.76

7.54

6.67

5.85

7.46

bagasse

switchgrass

图2. 生物质制氢与天然气制氢经济性的比较

fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上分析的利用生物质高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质, 含湿量高

于50%的生物质可以通过光合细菌的厌氧消化和发酵作用制氢, 但目前还处于早期研究

阶段, 效率也还比较低. 另一种处理湿度较大的生物质的气化方法是利用超临界水的特

性气化生物质, 从而制得氢气.

3.3. 生物质超临界水气化制氢

流体的临界点在相图上是气-液共存曲线的终点, 在该点气相和液相之间的差别刚

好消失, 成为一均相体系. 水的临界温度是647k, 临界压力为22.1mpa, 当水的温度和

压力超过临界点是就被称为超临界水.在超临界条件下, 水的性质与常温常压下水的性

质相比有很大的变化.

在超临界状态下进行的化学反应, 通过控制压力, 温度以控制反应环境, 具有增强

反应物和反应产物的溶解度, 提高反应转化率, 加快反应速率等显著优点, 近年来逐渐

得到各国研究者的重视 [45,46]. 在超临界水中进行生物质的催化气化, 生物质的气化

率可达100%, 气体产物中氢的体积百分比含量甚至可以超过50%, 并且反应不生成焦

油, 木碳等副产品, 不会造成二次污染, 具有良好的发展前景. 但由于在超临界水气中

所需温度和压力对设备要求比较高, 这方面的研究还停留在小规模的实验研究阶段. 我

国也只进行了少量的研究, 比如西安交大多相流实验室就研究了以葡萄糖为模型组分在

超临界水中气化产氢, 得到了95%的气化效率 [47]. 中科院山西煤炭化学研究所在间隙

式反应器中以氧化钙为催化剂的超临界水中气化松木锯屑,得到了较好的气化效果.

到目前为止, 超临界水气化的研究重点还是对不同生物质在不同反应条件下进行实

验研究, 得到各种因素对气化过程的影响. 表3 总结了近几年对生物质超临界水气化制

氢的研究情况. 研究表明, 生物质超临界水气化受生物质原料种类, 温度, 压力, 催化剂,

停留时间, 以及反应器形式的影响.

表3. 近年来关于生物质超临界水气化制氢的研究

table 3

recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water

conditions

feedstock gasifier type catalyst used temperature and

pressure

hydrogen yield references

glucose not known not used 600oc, 34.5mpa 0.56 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 34.5mpa 2.15 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 25.5mpa 1.74 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 550 oc, 25.5mpa 0.62 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 500 oc, 25.5mpa 0.46 mol h2/mol of feed

[48]

glycerol not known activated carbon 665 oc, 28mpa 48 vol%

glycerol/methanol not known activated carbon 720 oc, 28mpa 64 vol%

corn starch not known activated carbon 650 oc, 28mpa 48 vol%

sawdust/corn starch

mixture

not known activated carbon 690 oc, 28mpa 57 vol%

[49]

glucose

tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 59.7 vol% (9.1mol

h2/mol glucose)

catechol tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 61.5 vol% (10.6mol

h2/mol catechol)

sewage autoclave k2co3 450oc, 31.5-35mpa

47 vol%

[50]

glucose tubular reactor not used 600 oc, 25mpa 41.8 vol%

glucose tubular reactor not used 500 oc, 30mpa 32.9 vol%

glucose tubular reactor not used 550 oc, 30mpa 33.1 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 32.5mpa 40.8 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 30mpa 41.2 vol%

sawdust tubular reactor sodium

carboxymethylcellulose

(cmc)

650 oc, 22.5mpa 30.5 vol%

[47]

生物质的主要成分是纤维素, 木质素和半纤维素. 纤维素在水的临界点附近可以快

速分解成一葡萄糖为主的液态产品, 而木质素和半纤维素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以

100%完全溶解, 其中90%会生成单糖. 将城市固体废弃物去除无机物后可以形成基本稳

定, 均一的原料, 与木质生物质很相似. 由表可见, 不同的生物质原料, 其气化效率和速

率也有所不同. 温度对生物质超临界水中气化的影响也是很显著的. 随着温度的升高,

气化效率增大. 压力对于气化的影响在临界点附近比较明显, 压力远大于临界点时, 其

影响较小. 停留时间对气化效率也有一定影响, 研究表明, 生物质在超临界水中气化停

留时间与温度相关, 不同的温度下有不同的一个最佳值. 使用催化剂能加快气化反应的

速率. 目前使用的催化剂主要有金属类催化剂, 比如ru, rh, ni, 碱类催化剂, 比如koh,

k2co3, 以及碳类催化剂 [51,52]. 反应器的选择也会影响生物质气化过程, 目前的反应

器可以分为间歇式和连续式反应器. 其中间歇式反应器结构简单, 对于淤泥等含固体的

体系有较强适应性, 缺点是生物质物料不易混合均匀, 不易均匀地达到超临界水下所需

的压力和温度, 也不能实现连续生产,. 连续式反应器则可以实现连续生产, 但反应时间

短, 不易得到中间产物, 难以分析反应进行的情况, 因此今后需要进行大量的研究, 研

制出更加有效的反应器以及寻求不同生物质在不同参数下的最佳气化效果, 实现高效,

经济的气化过程.

4. 其他制氢技术

除热化学方法外, 生物质还可以通过发酵的方式转化为氢气和其他产物. 此外,

微藻等水生生物质能够利用氢酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)将太阳能转化为

化学能-氢. 这些生物制氢技术具有良好的环境性和安全性, 但还处于早期的研究阶段,

制氢基理还未透彻理解, 尚需大量的研究工作.

太阳能半导体光催化反应制氢也是目前广泛研究的制氢技术. tio2 及过渡金属氧化

物, 层状金属化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可见光的催化

材料如cds, cu-zns 等都经研究发现能够在一定光照条件下催化分解水从而产生氢气.

但由于很多半导体在光催化制氢的同时也会发生光溶作用, 并且目前的光催化制氢效

率太低, 距离大规模制氢还有很长的路要走. 尽管如此, 光催化制氢研究仍然为我们

展开了一片良好的前景.

5. 制氢技术总结以及在香港的应用前景

前面讨论了利用可再生资源制取清洁燃料-氢的各项主要技术. 这些技术的特点,

经济性, 环境和安全方面的特点总结于表4.

表4. 利用可再生资源制氢技术比较

table 4. characteristics of candidate hydrogen production technologies

pv-electrolysis wind-electrolysis solar the rmochemical cycle biomass conversion

development

status

pv technology almost mature,

electrolysis mature,

some demonstrations of

pv-electrolysis system been done

wind system mature, electrolysis mature,

wind-electrolysis demonstration needed

r&d pyrolysis and gasification r&d, biological

processes at early r&d

efficiency pv efficiency:

first generation, 11-15%,

second generation, 6-8%

solar to hydrogen around 7%

36% from wind to hydrogen, assuming wind

to electricity efficiency of 40% and

electrolyzer 90%

29% for zn/zno cycles conversion ratio up to 100% can be

achieved for gasification, efficiency of

10% for biological processes

economic

consideration

hydrogen cost about us$40-53.73/gj

depends on the pv type, the size

hydrogen cost about us$20.2/gj,

corresponding to 7.3cents/kwh

us$0.13-0.15/kwh, equivalent to

us$36.1-41.67/gj

us$6.67-17.1/gj for thermochemical

conversion depends on biomass types,

capacity size, for biological processes,

remain to be demonstrated

environmental

consideration

almost no pollution emission during

operation, energy consumption

intensive during construction, disposal

of hazardous materials

no pollution during operation, construction

energy consumption intensive, some noise

during operation

emission of hydrogen sulfide, use and

disposal of metal oxide, reactors

whole cycle co2 neutral, some pollution

emission during the stage of constructing

reactors

safety

consideration

handling hazardous materials during

fabrication, short circuit and fire during

operation, but not significant

relatively safe, a little danger exist during

maintenance

operating at high temperature, risk of

explosion exists; leakage of hydrogen

sulfide

operating at high temperature, explosion

may occur

由表可见, 生物质气化技术和风能-电解制氢技术具有良好的经济性. 对于环境的污染

以及危险性也相对较小, 极具发展前景, 可以作为大规模制氢技术. 而光伏-电解水技

术则目前还未显示出经济优势. 但由于太阳能资源丰富, 在地球上分布广泛, 如果光

伏电池的效率能进一步提高, 成本能大幅降低, 则是未来很有潜力的制氢技术. 太阳

能热化学循环也是可行的制氢技术, 今后的发展方向是进一步降低分解产物的能量损

耗以及发展更为经济的循环.

香港地少人多, 没有自己的煤, 石油, 天然气, 也没有大规模的农业, 所有能源

目前都依赖进口. 但香港具有丰富的风力资源和充足的太阳能资源, 利用可再生资源

部分解决香港的能源问题是一条值得探讨的思路.

香港总人口681 万, 总面积2757km2, 其中陆地面积1098 km2, 海洋面积1659 km2.

但香港绝大多数人口集中在港岛, 九龙等面积较小的市区, 而新界很多区域以及周边

岛屿则人口较少. 由于香港地处北回归线以南, 日照充足(13mj/m2/day), 风力强劲

(>6m/s), 具有很大的发展可再生能源的潜力. 简单计算可知, 如果将香港所有陆地面

积安装上效率为10%的光伏电池, 则年发电量可达144.7twh, 这相当于香港1999 年电

消耗量35.5twh 的4 倍! 这说明发展光伏技术在香港有很大潜力. 考虑到香港市区人

口稠密, 可以考虑将光伏电池安装在周边岛屿发电, 通过电解槽制氢. 由于光伏-电解

水成本很高, 这一技术还难以大规模应用, 如果光伏成本能大幅度降低, 则在香港发

展光伏制氢具有非常诱人的前景. 另外, li(2000)[53]进行了在香港发展海上风力发电

的可行性研究. 研究表明, 利用香港东部海域建立一个11 × 24 km 的风力发电机组, 可

以实现年发电2.1 twh, 这相当于香港用于交通的能源的10%. 此外, 香港周边岛屿,

如横澜岛等, 平均风力都在6.7 m/s 以上, 在这些岛屿发展大规模的风力机组也是值得

进一步探讨的问题. 除此之外, 香港每年产生的大量有机垃圾, 也可以通过气化或热

解制氢. 这些技术在香港的成功应用还需要更深入的研究, 本文不作深入探讨.

6. 小结

本文综述了目前利用可再生资源制氢的主要技术, 介绍了其基本原理, 也涉及到

了各项技术的经济性和环境以及安全方面的问题 . 对各项制氢技术进行了对比分析 ,

总结出利用风能发电再推动电解水, 以及利用生物质的热化学制氢具有良好的经济性,

对环境的污染较小, 技术成熟, 可以作为大规模制氢的选择. 利用光伏-电解水技术具

有诱人的发展前景, 但目前还未显示出其经济性. 而太阳能热化学制氢则处于研究阶

段, 还难以用于大规模制氢. 香港具有比较丰富的可再生资源, 利用风力发电和有机

废物制氢是可行的制氢技术, 而光伏电池还需要大量研究以进一步降低成本. 尽管还

有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生资源制氢以同时解决污染和能源问题

已经为我们展开了一个良好的前景.

致谢:

本文属<可再生氢能在香港的应用研究>项目, 该课题受香港中华电力公司(clp)及香港

特别行政区政府资助, 在此表示感谢!

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第5篇：生物质气化的特点范文

【关键词】生物质；综合利用；稻壳

生物质是指有机物中除化石原料外的所有来源于动、植物能再生的物质，是一种理想的可再生的绿色资源，由于它的广泛性、可再生性、清洁性而受到人们的关注。燃烧后产生的CO2能被植物循环利用，CO2的净排放量为零，是典型的绿色可再生资源。

生物质种类繁多，主要包括农业废弃物、林业废弃物、动物油脂、制糖业和造纸业蔗渣等工业废弃物。稻壳是一种农业秸秆，大量的稻壳在农村或在粮米加工厂堆积如山，成了难以处理的废弃物。因此，下面对生物质的研究也是针对农作物废弃物稻壳为对象的。

稻壳是稻谷加工的主要副产品之一。我国每年拥有稻壳量在3.6亿吨以上，是一种量大价廉的再生资源。稻壳所含木质素和硅质较高，所以它不易吸水，直接施放到田间作肥料不易腐烂。正是因为稻壳本身具有这一特性，所以限制了对它的开发利用。

本文主要从稻壳的各个组成部分分析其用途，使其变废为宝，造福于社会。

1 稻壳的物理和化学性质

稻壳表面粗糙、有细小毛刺、呈空心梭形状，长度一般在5 mm左右，宽约2.5mm～5mm，，厚不到0.5mm。

稻壳富含半纤维素、纤维素、木质素、二氧化硅，其中脂肪、蛋白质等含量极低。

2 稻壳的应用

稻壳的气化与应用

（1）发酵成沼气：稻壳在农村的产量非常大，人们将稻壳堆放成山，大量的稻壳聚集在一起，经过日晒、雨淋后，堆砌的稻壳内部温度上升，微生物迅速生长，在无氧的环境下进行发酵，而发酵的主要气体就是甲烷，即沼气。而沼气的用途很多，如发电、供热等。据资料报道，目前我国广东省能源研究所在海南开发建成了1.2MW植物生物质能气化示范发电站，该电站是我国乃至整个亚洲最大的植物生物质能气化发电系统，其综合技术参数及整个系统的运转水平均达到了国际先进水平。从经济意义分析，该示范电站的建成，每年可增加产值（人民币）约500万元，具有明显的经济效益。

（2）稻壳直接燃烧发电：进入稻壳煤气发生炉的空气预热后与氧化层稻壳接触燃烧，产生大量的热能和CO2，CO2气体在还原层与赤红的稻壳反应生成CO，同时CO与水蒸气反应分解出H2，在还原层中形成煤气。这种利用稻壳产生的煤气经过净化后进入燃气内燃机燃烧，产生的巨大热能动力带动发电机进行发电。虽然以农业废弃物做燃料的发电厂，其投资比一般发电厂高，但发电成本低廉、燃料获取容易，有助于解决发展中国家电力紧张的情况。例如广东省建成了生物质能气化发电站；山东省推行“惠农九九气化炉”，利用稻壳转化为为天然气来为人们提供服务。

3 稻壳直接作为燃料

当今，能源的来源主要是矿物燃料，而矿物燃料资源是有限的。21世纪，生物质作为一种清洁燃料及可再生能源己受到各国的高度重视。稻壳燃烧热值为12600～16800KJ/kg，每3kg的稻壳所产生的热量相当于1kg的燃料油或1.5kg的煤所产生的热量，我们可以利用稻壳燃烧所产生的热能来发电、供热。稻壳的堆积密度小，一般为100～140 kg/m3，如果通过压缩成型制成燃料棒（块），则能降低运输及贮存成本，方便使用，且大大地提高其燃烧效率。

4 饲料工业

稻壳所含营养物质很少，易受农药残毒污染，不宜直接作为饲料。但如果经过加工处理，使纤维软化或酵解，就可制成粗饲料。甚至还要进行进一步加工处理，将其膨化处理。作为饲料效果较理想。

即使是粉碎后的稻壳粉直接喂饲畜禽，也不易消化吸收，但膨化后的稻壳按10%的比例添加到配合饲料中，畜禽消化率明显提高，总消化率可达17%～20%，综合指标提高1倍以上。据日本饲料专家介绍，膨化后的稻壳按10%的比例添加到配合饲料中，奶牛产奶量可提高11%；猪日增重提高14%；鸡产蛋率提高4.6%。

5 在建材方面的应用

5.1 制水泥

稻壳煅烧后灰分中的二氧化硅与石灰化学反应便可生成黑色稻壳灰水泥。如印度采用稻壳灰制作高标号水泥；韩国利用稻壳燃烧时形成活性高的黑色炭粉后，与石灰化学反应，便可生成黑色稻壳灰水泥，具有防潮、不结块的特性。

5.2 制砖

稻壳内含20%左右优良的无定型硅石，是制砖的好原料。日本将稻壳类与水泥、树脂混合均匀后、再经过快速模压制成砖块，具有防火、防水及隔热性能，其质量轻，且不易破碎的特性。

5.3 制防水材料

印度是多雨水的国家，一科研所把稻壳灰配入沥青铺于屋顶防渗漏获得成功，新材料可耐80℃高温，防水性能优异，有效使用寿命20年以上，现已批量生产。印度某科研所把稻壳灰配入沥青铺于屋顶防渗漏获得成功。

6 在农业中的应用

6.1 无土育苗

浸透的稻壳可做苗床使用。在苗床播种后用粉碎的稻壳覆盖，即可实现无土育苗，且无需封闭灭草。即使用筛过土覆盖，也可达到节土育苗的效果。

6.2 土壤改良剂

稻壳灰是稻壳经过炭化以后的产物，利用膨化后的稻壳灰容易吸水的特点，掺入少量尿素或碳氨；再加入石灰水作催化剂，使其自然发酵30天左右；待颜色变黑后，施撒到地里作为固体有机肥料使用，具有化肥不可比拟的改良土壤、肥田增产的功效。稻壳灰是一种很好的土壤改良剂，可保持土壤的疏松性和透气性。

7 结论

综上所述，稻壳的综合利用的前景广阔，在能源、工业、建材、农业等方面经济效益十分显著。利用廉价的稻壳为原料，经过一系列的加工和特殊的工艺处理，可制备多种附加产品。稻壳的综合利用可以回收资源和能源，创造经济效益，符合国家节能减排和可持续发展的基本国策。

生物质资源种类繁多，范围较广，本文选择我国丰富的农业秸秆稻壳为例，对其利用现状进行简要介绍，从一个侧面论证了生物质资源的优势与光明前景，随着科学技术的不断发展与提高，相信生物质资源将会发挥更加重要的作用，对工业、农业、能源安全等众多方面产生重要的影响。

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第6篇：生物质气化的特点范文

【关键词】等离子气化；生活垃圾；处理

1.生活垃圾等离子气化技术

生活垃圾等离子气化技术由生物质气化技术结合“低温”等离子体技术发展衍生而成，具有等离子体和气化的优点。等离子体技术将MSW中的有机物完全转化为合成气（主要为CO和H2），净化后进入内燃机发电；而无机物则可变成无害灰渣（玻璃体），可用来做建材[1]。

垃圾热处理包括热解、气化和焚烧三种方式，而热解与气化均是由垃圾焚烧技术衍生而成，与焚烧的区别在于焚烧供氧量大于化学当量，热解与气化供氧量均小于化学当量，即垃圾的不完全燃烧。供氧量较小意味着燃烧空气量少，对生活垃圾中小颗粒的淘析作用减弱，烟气挟带和扬析颗粒减少，排烟中烟尘浓度降低。因此，热解与气化过程的烟尘浓度低于焚烧过程，有利于环境保护。此外，气化产物外供，为生活垃圾热能综合利用提供了新方式。

1.1生活垃圾等离子气化特点

利用生活垃圾自身热量建立、稳定独立于焚烧的热解与气化过程，对生活垃圾的品质指标要求比较高。一般而言，含水量与含灰量较低，且热值高于8300kJ/kg的生活垃圾才有可能用独立的热解和气化方法处理。热解与气化的区别在于发生反应的温度不同，热解温度一般为200～400℃，而气化温度一般为600～1200℃。因此，生活垃圾热解和气化需要外界提供较大的能量，尤其是气化。这就必须有一种给予生活垃圾更多能量的发热源和较为适合的反应器来保证气化反应的发生。

采用等离子体处理垃圾是目前减容效果最显著、无害化最彻底、资源化程度最高的绿色环保技术。与焚烧法相比，等离子体技术最突出的优点有：

（1）生活垃圾气化产生的合成气经过等离子体高温处理，二恶英和焦油等有害物质彻底分解，而无机物则可变成无害灰渣（玻璃体）。

（2）由于气化是在贫氧条件下进行，空气过量系数小于1，产生的合成气流量约为同等处理规模焚烧烟气量的5～10%，故污染物排放少，净化设备处理负担减轻，环保效果好。

（3）气化产生的合成气中含有CO和H2等可燃组分，热值高于焚烧产生的烟气，合成气经过净化后，可直接用于内燃机发电或制成生物质燃料，资源化效果更好。

1.2等离子气化工艺

根据生活垃圾气化与灰渣熔融反应容器的异同以及不同的处理对象，可以将生活垃圾气化技术分为：两步法气化技术和直接气化熔融焚烧技术。而等离子垃圾气化即可采用两步法气化技术，又可采用直接气化熔融技术。

两步法气化技术的工艺特点是：先将城市生活垃圾置于某一气化炉中并在还原性气氛和温度为450℃～600℃的条件下进行气化，形成易燃烧的可燃气体和易于铁、铝等金属回收的残留物，再在另一熔融炉中进行可燃气体焚烧和能扼制二恶英形成的气化残留物高温熔融处理。整个过程将城市生活垃圾气化过程和熔融过程分别置于两个相对独立的设备中进行，然后再将这两个设备有机地结合为一个整体形成一个完整的城市生活垃圾气化熔融工艺流程。

直接气化熔融技术的工艺特点是：将城市生活垃圾的气化过程和熔融过程置于一个设备中进行，因此该技术的整个工艺过程设备简单，工程投资和运行费大大降低，操作比生活垃圾两步法气化熔融处理技术也要容易得多。

等离子气化工艺主要包括原料的预处理、气化、合成气的净化、热回收以及产品利用[2]。生活垃圾气化试验平台包括“接料系统、一级反应器系统、二级反应器系统、等离子炬系统、脱酸系统（包括值班火炬）及辅助系统”六个部分。

生活垃圾筛上物或者经挤压装置挤压后的厨余垃圾进入一级反应器进行气化，温度在700℃左右；气化合成气进入二级反应器经两支等离子炬的高温与等离子体作用生成热值较高的气化合成气，温度在1200℃左右；高温的气化合成气经气气换热器冷却到600℃后进入半干式脱硫塔进行降温脱酸处理，温度在200℃左右；经脱酸处理后的合成气经引风机作用送入火炬燃烧后对空排放。它是常规气化和重整（等离子体作用在合成气上）反应的结合，即两步法气化技术。

2.国内外技术进展

等离子气化技术最早起源于20世纪60年代[2]，近年来开始尝试用于处理城市和工业垃圾。目前国外研究已经从基础研究过渡到商业应用上，各个主流技术均在积极推动该项技术的商业化应用，而国内的等离子气化技术研究主要集中在煤、生物质及有机固体废弃物上，只有中科院力学所开始涉及城市生活垃圾，起步较晚，成果有待考证。

2.1国外技术研究进展[3]

在生活垃圾处理方面，全球拥有商业化的等离子体设备的公司只有两家：（1）2003年原美国西屋等离子体公司WPC （Westinghouse Plasma Corporation，已被加拿大Alter NRG公司收购）在日本北海道歌志内市建成了两套世界上最大规模的设备，处理量为100t/d；（2）2008年6月加拿大的普拉斯科能源集团公司（Plasco Energy Group Inc.）在加拿大渥太华市建成了单台规模接近100t/d设备。

此外，BellWether公司在德国、英国、罗马尼亚有自己建设、拥有并运营使用IMG技术的气化设施，用于生活垃圾、工业垃圾、生物质、RDF及污泥发电或再生。韩国“先进等离子技术公司”于2008年先后建成了位于青松县的生活垃圾等离子气化处理厂，以及一座核废料等离子融化处理厂。以色列EER公司/瑞典皇家工学院建立了处理量为12t/d的示范工程。

2.2国内技术研究进展

在国内等离子垃圾气化技术研究处于前列的是中科院力学所，近20年来进行了多方面等离子体废物处理的应用基础研究工作[4-5]，如等离子体反应器内流场特征、有害/可利用元素迁移规律、玻璃体物理化学稳定性等。其建成了三条完整的等离子体处理危险废物的生产线：在实验室建成了一条3t/d的等离子体处理模拟医疗垃圾的实验线，与企业合作建成了两条工业规模（5～10t/d）的等离子体处理危险废物的生产线。这三条线是国内仅有的三条完整的有机废物处理线，具有完全自主的知识产权。这三条线都是针对危险废物设计的，处理能力定位在5～10t/d。

西安电力电容器厂在2006年建立了国内第一套化工固体废物等离子体处理系统-2006；2009年并在礼泉基地建立了国内唯一处理PC2Bs-009的示范工程，示范工程为50t/d筛上物（30%含水率、干燥）的等离子垃圾气化，并获得了自有知识产权的6项发明专利。

3.存在问题及解决措施

垃圾气化考察指标主要包括二恶英、焦油含量和合成气品质三种。等离子气化过程中存在二恶英和焦油等有害物质的产生，因此避免或者降低二恶英和焦油的产生是优化垃圾气化工艺的重要标准，从而达到国家烟气排放和利用标准。

3.1二恶英

二恶英的产生有两个来源，一个是垃圾燃烧气化过程产生[6，7]；另一个是烟气急冷降温过程再生。

其产生主要取决于温度和停留时间，控制二恶英的产生可采取以下措施：采用“3T”（temperature turbulence time）技术，一般温度>850℃，停留时间>2s，采用二次风，使燃烧物与空气充分搅拌混合，减少二恶英前驱物质的生成。采用等离子二级反应器对合成气进行重整，使出口的合成气温度达到900～1200℃，研究表明，在此温度下二恶英去除率可达99.9999%[8]。在二级反应器炉内设置多级错位挡板，延长烟气在炉内的停留时间。采用二次进风，保持空气与垃圾间混合均匀，降低二恶英前驱物质生成的风险。

其再生主要取决于温度、停留时间和氧气浓度[9]，故为了抑制二恶英的再生，我们对烟气采取急冷降温，使其迅速跨过500℃～200℃这一再生温区，控制烟气停留时间在1s内，严格控制进入气化炉内的空气量及整套系统的气密性，防止空气渗入。

3.2焦油

焦油的产生主要取决于转换温度和气相停留时间，随着温度升高和停留时间的增加，焦油的含量会明显地减少。为了降低焦油的产生，我们采取先将垃圾进行常规气化（650℃），然后再对合成气进行等离子体重整，使出口的合成气温度达到900～1200℃，在此温度下可将部分焦油裂解，提高合成气的品质。在二级反应器炉内设置多级错位挡板，延长烟气在炉内重整的停留时间。烟气中残留的焦油采用碱液喷淋洗涤和活性炭吸附，从而达到利用标准。

3.3合成气品质

垃圾气化工艺的关键是气化系统气密性要良好。目前已进行了处理量为15t/d的中试试验，从试验结果来看，气化效果并不理想，其中烟气中的可燃性气体含量较低，并且气化炉中的温度波动也较大，这是由于气化炉膛存在漏风等问题，引起垃圾气化当量比变化，从而改变垃圾气化工艺参数，影响合成气品质。

4.结论

等离子垃圾气化技术是一种新兴的气化技术，能将碳基废物中的有机物完全转化成合成气（主要为CO和H2），可直接燃烧或用于合成更高等级的燃料和化学品，而无机物则可变成无害灰渣，从而实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化。气化工艺要严格控制二恶英、焦油含量和合成气品质三种指标，保持气化系统气密性良好。 [科]

【参考文献】

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第7篇：生物质气化的特点范文

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0　引　言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1　热解技术原理

1.1　热解原理

从化学反应的角度对其进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)nnC6H10O5

C6H10O5H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2　热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等，可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2　热解工艺及影响因素

2.1　热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃，高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右），生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素，它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3　热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向：转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气，然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2　国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4　前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

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第8篇：生物质气化的特点范文

【关键词】生物质能源石油开采石油化工节能减排

随着可持续发展的推进，国家逐步提倡使用可再生能源。生物质能源即为可再生能源，以农作物，树木，植物枯萎的残体和家禽的粪便等为原料，进行直接燃烧或生物能源生产的产业即为生物质能源的开发与利用。

1 生物质能源开发的重要性和必要性1.1 非可再生性能源濒临枯竭

石油是一种重要的化工原料，也是国家必需的战略物资，所以说石油工业的发展在一些方面上就是国家军事实力和经济实力的象征。近些年来我国快速发展，石油化工产业在我们生活中变得越来越重要，与人们的衣食住行、国家的国计民生紧密相连。石油也可以说是一个国家的血脉，但石油属非可再生能源，终有用尽的一天。

1.2 非可再生性能源对环境污染严重

1.2.1 非可再生性能源开采对地层结构破坏严重

石油作为一种典型的非可再生能源，其开发的程序相对复杂，主要包括选址，打井，抽油，注水等过程，这些过程中对地层结构有较大的破坏作用。虽然抽完油要进行注水，但是由于水和石油的密度不同，长时间的石油开采必然会导致地层结构被严重破坏，导致地层土质疏松，甚至会发生底层塌陷。

1.2.2 非可再生能源利用对环境污染严重

众所周知，石油等传统非可再生资源的开采、利用可对环境造成污染。刚开采出来的原油内含有众多物质，不能被直接很好的利用，需经过石油化工企业的加工提炼，提炼出我们日常生活中所使用的汽油、柴油，沥青以及各种化工原料和产品。但是，开采、提炼原油的过程也是个污染环境的过程，直接导致大气污染和水污染。随着世界人口的增长和人们生活水平的提高，将有更多的化工产品和燃料被需要，更多的能源被开采，有更多的石油化工厂不得不开工建设。环境污染问题必然逐步加重。

鉴于此，我们必须努力提高技术水平，使石油化工单位产品排放更少的污染物，尽量降低对环境的污染程度，更要另辟蹊径，探索清洁的可替代能源。促进环境与人类的和谐发展，

2 生物质能源开发的现状

20世纪以来，全球性的非可再生能源危机让新能源的开发变得迫在眉睫。生物质能源因其清洁、高效、可再生等特点而得到越来越多的人的关注。生物质能源是位居于全球三大化石能源之后排行第四位，我国对于生物质能源的开发主要有以下几种：

2.1 沼气技术

沼气是指有机质在厌氧的条件下，有机质在微生物的发酵作用下产生的一种可燃性气体。因其最初的发现位置是在沼泽地区，因此被称为沼气。此技术主要是使用厌氧法处理家禽的粪便，这项技术是在我国使用较早的生物质能源的开发技术，二十世纪八十年代左右，目前，很多国家都把沼气当做生活燃料，西欧部分国家生物质能源发电并网量可占总发电量的10%左右。沼气的开发和利用在我国起步较晚，但发展较迅速，获得国家发改委批复的沼气发电CMD项目已有多个。

2.2 热裂解气化

在一九七零年左右，很多发达国家就已经对这项技术进行了研究，其中一项名为流化床气化的技术以其自身明显的优点占据了当时发达国家生物质能源的开发市场，美国已有19家公司和探究机构从事生物质热裂解气化技术的探究和开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的探究，近些年来，我国等发展中国家也对这项技术进行了初步研究。2.3 生物质能源的转化

目前，生物质能源主要有生物乙、丁醇、生物柴油等。生物质燃料油资源的开发技术开始于“八五计划”期间，自“九五计划”以后，国家发改委颁布实施了用粮食和传统油料制备交通能源的战略方针。[4]生物质能源的转化主要是通过对植物油等代用油料的理化、酯化和裂解实现的。作为清洁燃料可以直接代替汽油等石油燃料，近些年来这项技术也得到了追捧。

2.4 压缩燃烧方法

生物质压缩技术可将固体农林废弃物压缩成型，制成可代替煤炭的压块燃料。成型燃料主要应用于两个方面：一是进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料。二是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暖房取暖用燃料。

2.5 联合燃烧方法

联合燃烧是指将生物质压缩，掺入燃煤等传统燃料中进行混合燃烧的一种用能方式。联合燃烧可大幅降低燃煤中的硫氧化物、氮氧化物的生成，高效环保，技术门槛较低，利用较广。

2.6 垃圾焚烧方法

垃圾燃烧的燃烧是指将垃圾分类之后对可燃垃圾进行燃烧用能的去能方式。在使用这种方式进行去能时，要先将垃圾进行分类或者将垃圾研磨成悬浮液后进行沉降、过筛，然后再进行燃烧。实验数据显示每燃烧500t垃圾，可产生1W千万・时的电量。这种垃圾处理方式可大大减缓环境压力。

3 生物质能源的前景探析

我国现在所使用的能源中，生物质能源仅占能源总量的百分之十四，生物质能源开发具有很广阔的前景。与此同时，生物质能源也有着自己绝对的优势，这正是国家提倡生物质能源的一个重要原因。

目前，生物质能源的利用技术又传喜讯。生物柴油加工技术目前已取得了实质性突破，一些发达国家利用餐厨废油加工成柴油，并进一步加工转化为航空煤油。与之相比，我国的生物柴油产业也已初步形成，为餐厨废油的无害化处置、防止餐厨废油流回餐桌开辟了一条新路，也为保障我国食品卫生安全作出了巨大贡献。但生物柴油行业尚处在发展培育期，需要国家相关部门出台更多的支持政策，严控餐厨废油非法流向，需要有更多愿意承担社会责任的企业加入生物柴油行业，发展生物柴油行业。

生物柴油加工技术的进步，为我们生物质能源利用技术的发展带来了希望，大大提高我们开发生物质能源利用技术的信心，为生物质能源利用技术的开发，带来光明的前景。

结语：生物质能源必然会发挥其明显的优势，逐步的加大自己在能源领域的比重，同时，生物质能源必然会逐步减小环境的污染，有力缓解企业节能减排压力。

参考文献

[1] 兰家彬，金丛书，龚义华.随州市中小企业减排现状调查[J].武汉金融，2008（06）：69-70

[2] 李亚红.政府失灵与现代环境管理模式的建构[J].河南科技大学学报（社会科学版），2008，28（2）：101-105

第9篇：生物质气化的特点范文

高硫石油焦中硫含量较高，一般只能用作工业燃料，如水泥窑炉、循环流化床锅炉等。但高硫石油焦燃烧过程中会产生大量的SOx、NOx等污染性气体，进而大幅度增加企业的环保成本。将高硫石油焦用作烧制水泥的燃料时，当石油焦中硫的含量超过一定值时，生产出水泥的强度会受到影响，缩短水泥的使用寿命。且此种方法只能用于立式窑，技术性能差，规模小。目前解决高硫石油焦出路的主要方案是将其应用于循环流化床（CFB）燃烧发电等，通过添加大量的石灰石来处理高硫石油焦在燃烧过程中产生的污染性气体，产生了大量CaSO4废渣，增大了占地面积，提高了投资成本。因此，寻找一种更为高效、清洁的高硫石油焦利用方式迫在眉睫。

2高硫石油焦气化的研究和应用进展

由于高硫石油焦在利用过程中面临着增加环保成本、影响产品质量等问题。同时高硫石油焦又具有碳含量高、热值高和价格低等特点。鉴于此，世界各国专家、学者都在积极探索高硫石油焦更高价值的利用方式，研究表明：高硫石油焦作为气化原料制取合成气是解决高硫石油焦利用的一条有效途径。高硫石油焦气化是将其在气化炉中以一定的温度和压力与气化剂反应生产合成气（主要成分CO和H2），通过高温气化可充分有效地利用其中的C、H元素，高硫石油焦中所含的硫元素可通过克劳斯工艺进行硫磺回收，得到高纯度的硫磺，其中的重金属则可以以渣的形式排出气化炉，几乎对环境无任何影响。因此，高硫石油焦气化技术是一项清洁、高效的技术，具有很大的发展前景。随着我国高硫石油焦产量的增多，一些科研机构、高校和石化企业开始重视高硫石油焦的应用。但是高硫石油焦气化也存在着一定的问题，其主要原因是石油焦的气化反应性较差。大量的研究表明石油焦的气化反应活性远远低于一般煤或煤焦，甚至低于石墨。对于石油焦自身而言，影响其气化反应活性的主要因素包括碳的微晶结构、比表面积、气化剂、气化温度等，影响结果如表4所示。针对石油焦气化反应活性较差的问题，为了有效地提高石油焦的反应活性，许多专家学者开展了在石油焦中添加一定量的催化剂来提高其反应性的研究，并取得了一定的成果。目前催化剂的研究主要集中于碱金属盐、碱（土）金属盐、过渡金属盐和可弃催化剂等对石油焦气化反应性的影响，具体结果见表5。大量的研究表明：添加碱金属盐、碱（土）金属盐、过渡金属盐和可弃催化剂均可以不同程度的提高石油焦的气化反应活性。但是考虑到经济和环境因素，采用碱金属盐、碱（土）金属盐或过渡金属盐等作为石油焦气化的催化剂是难以实施的，且催化剂很难回收利用。而可弃催化剂的利用则存在着催化活性不高且不同催化剂的催化活性差异较大等问题。因此，石油焦的催化气化还处在研究阶段。鉴于石油焦的催化气化难以实施，大量研究转向了高硫石油焦与生物质或煤的共气化。研究结果如表6所示。研究表明生物质对石油焦气化反应性起到了很大的改善作用，但目前我国生物质气化还处于研究之中，尚未形成规模效应。而我国又是一个以煤为主要能源的国家，发展煤气化技术是煤炭综合利用的必然选择，因此，随着我国高硫石油焦产量的逐年增多，通过在煤中掺配高硫石油焦气化制取合成气将是实现其清洁、高效利用的较佳方案之一。

在实验室研究成果的基础上，一些企业开展了石油焦气化的工业试验与应用。其中主要有以湿法进料的GE、多喷嘴对置式水煤浆气化技术以及干煤粉进料的Shell气化技术。1996年，Texaco公司在其ElDoradoKan炼油厂建立了一个气化单元，用来气化石油焦和其他炼油废料。2003年美国Wabash电厂和Tampa电力公司利用联合循环发电（IGCC）设施将煤炭气化更换成为石油焦气化。我国在2005年建立了以石油焦为原料生产合成气的装置，其中中国石化金陵分公司煤化工运行部水煤浆气化装置采用GE公司水煤浆气化技术，以煤和石油焦为原料，用于制取氢气，其中石油焦的掺配量达到30％～50％，但由于GE水煤浆气化技术的温度相对较低，加上石油焦的反应活性差导致运行结果并不理想［40］。中国石化安庆分公司（简称安庆石化）、中国石化湖北化肥分公司以及贵州瓮福集团天福化工有限责任公司的Shell粉煤气化装置分别于2011—2013年期间进行了气化原料煤掺烧高硫石油焦的工业试验，并取得了良好的效果。实践证明，对于Shell粉煤气化技术而言，原料煤中掺烧一定比例的高硫石油焦是可行的，能够有效改善入炉煤的质量，降低入炉煤灰分。与掺烧高硫焦前气化相比，掺烧高硫石油焦后比氧耗、比煤耗均有所降低，有效合成气产量有一定增加。但仍然存在一定问题，如气化炉渣中碳含量增大、滤饼的产量增加等。

3高硫石油焦配煤气化与干粉煤气化制取合成

气的模拟计算与技术经济比较大量的研究与实践证明，将高硫焦配煤用于气化制取合成气技术不仅是可行的，而且能够带来一定的经济效益。为了更加直观的分析比较高硫石油焦配煤气化与干煤粉气化的技术经济性，利用Aspenplus软件对高硫焦配煤气化与干煤粉气化方案进行模拟计算，并与安庆石化Shell气化装置原料煤掺烧高硫焦气化的实际运行结果作了比较。

3．1高硫石油焦配煤气化与干粉煤气化模拟计算以安庆石化Shell气化装置制取合成气工艺为例，该单位采用的干煤粉气化方案为：A（煤）:B（煤）＝1:1＋4％石灰石（即两种煤按照质量比为1:1并添加4％的石灰石助熔剂），记为方案1；高硫石油焦配煤气化方案为A（煤）:C（高硫石油焦）＝3:1＋6％石灰石，记为方案2。利用Aspenplus软件对方案1和方案2分别进行模拟计算，并对比分析了高硫石油焦和煤价在一定范围内波动时两种方案的经济性。样品的基础分析数据及气化工艺条件分别如表7和表8所示。结合元素质量守恒和能量平衡两个基本原理建立数学模型，两种方案的气化模拟结果如表9所示。由表9中气化模拟结果可以看出，与方案1相比，方案2粗合成气中CO、H2较高，比煤耗和比氧耗降低，有效气流量增加了4．38％。总体来看，高硫石油焦配煤气化方案要明显优于干煤粉气化方案。由于煤炭和高硫石油焦价格随市场波动较大，而原料价格波动对生产的合成气成本具有重要的影响，表10计算了煤炭和高硫石油焦价格变化对生产合成气成本的影响。其中氧气的成本按0．50元／m3进行计算。由表10的计算结果可以看出，当煤炭价格在600元／t、高硫石油焦价格不超过1000元／t时，当煤炭价格在700元／t、高硫石油焦价格低于1100元／t时，以及当煤炭价格大于或等于800元／t、高硫石油焦价格在700～1200元／t波动时，高硫石油焦配煤气化方案的经济性全都优于干煤粉气化。且随着高硫石油焦价格的降低，高硫石油焦配煤气化方案的经济性越明显。

3.2Shell气化装置原料煤掺烧高硫石油焦气化运行结果分析气化模拟计算结果表明高硫石油焦配煤气化的技术经济性明显优于干煤粉气化。表11为安庆石化Shell气化装置原料煤掺烧高硫石油焦工业试验前后主要气化指标对比。与掺烧高硫石油焦前相比，掺烧高硫石油焦后，每生产1000m3的有效气体的氧耗和煤耗均有不同程度的降低，有效气流量增加2.66%。由于模拟计算是偏向于理想情况，与工业试验的运行结果略有出入，但总体趋势一致。即Shell气化装置掺烧高硫石油焦不仅技术上可行，且具有良好的效益，为高硫石油焦在气化领域大规模的应用提供了理论和实践基础。

4结论与建议

生物质气化的特点精选(九篇)

第1篇：生物质气化的特点范文

第2篇：生物质气化的特点范文

第3篇：生物质气化的特点范文

第4篇：生物质气化的特点范文

第5篇：生物质气化的特点范文

第6篇：生物质气化的特点范文

第7篇：生物质气化的特点范文

第8篇：生物质气化的特点范文

第9篇：生物质气化的特点范文

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