生物质气化技术的应用现状及其发展趋势_0.docVIP

生物质气化技术的现状及其发展 建环0902 U200916245丁天驰 摘要：介绍了生物质气化的基本原理及有关气化工艺，阐述了常见的生物质气化反应器（气化炉）工作原理及其优缺点，解释了气化剂、原料粒径、温度、压力等操作条件对生物质气化的影响，最后讨论了目前生物质气化技术存在的问题并进行展望。 亟待解决的问题. 关键词：生物质；气化；应用现状；发展趋势；流化床；双流化床 生物质是重要的可再生能源,它分布广泛,数量巨大。但由于它能量密度低，又分散，所以难以大规模集中处理，这正是大部分发展中国家生物质利用水平低下的原因。生物质气化发电技术（BGPG）可以在较小的规模下实现较高的利用率，并能提供高品位的能源形式，特别适合于农村、发展中国家和地区，所以是利用生物质的一种重要技术，是一个重要的发展方向。中国由于地域广阔，生物质资源丰富而电力供应相对紧张，生物质气化发电具有较好的生存条件和发展空间，所以在中国大力发民展生物质气化发电技术可以最大限度地体现该技术的优越性和经济性。 生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，以生物质为载体的能量。化石燃料的使用带来了一系列的环境、社会和政治问题，而生物质能具有清洁性、充足性、可再循环、易于储存和运输、便于转换等优点，因此被认为是21世纪最具发展前景的新能源之一。生物质气化是生物质能化学转化利用的重要方面。 1 生物质气化技术 1.1 生物质气化简介 生物质气化是指固态生物质原料在高温下部分氧化的转化过程。该过程直接向生物质通气化剂，生物质在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体。所用气化剂不同，得到的气体燃料也不同。目前应用最广的是用空气作为气化剂，产生的气体主要作为燃料，用于锅炉、民用炉灶、发电等场合。通过生物质气化可以得到合成气，可进一步转变为甲醇或提炼得到氢气。 生物质热解气化技术最早出现于18世纪末期，首次商业化应用可以追溯到1833年，当时以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动生物质气化过程 随着气化装置类型、工艺流程、反应条件、气化剂种类、原料性质等条件的不同，生物质气化反应过程也不相同，但是这些过程的基本反应包括固体燃料的干燥、热解反应、还原反应和氧化反应四个过程。生物质原料进入气化器后，首先被干燥。在被加热到100℃以上时，原料中的水分首先蒸发，产物为干原料和水蒸气。温度升高到300℃以上时开始发生热解反应。热解是高分子有机物在高温下吸热所发生的不可逆裂解反应。大分子碳氢化合物析出生物质中的挥发物，只剩下残余的木炭。热解反应析出挥发分主要包括水蒸气、H2、CO、CH4、焦油及其他碳氢化合物。热解的剩余物木炭与被引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物质干燥、热解及后续的还原反应进行，氧化反应速率较快，温度可达1000～1200℃，其他挥发分参与反应后进一步降解。没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生还原反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发分组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。还原反应是吸热反应，温度将会降低到700～ 900℃。 各过程涉及的主要化学反应如下： C+O2→CO2 2C+CO2→2CO C+H2O→CO+H2 CO+H2O→CO2+H2 C+2H2→CH4 1.3 生物质气化的分类 生物质气化技术的分类有很多，可以从不同的角度对其进行分类。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化。根据气化剂的不同，可分为干馏气化、空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气气化（如图1所示）；根据采用的气化反应设备的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化。在气化过程中使用不同的气化剂、采取不同过程运行条件；可以得到三种不同热值的气化产品气（燃气）：低热值燃气，燃气热值低于8.3MJ/m3（使用空气和蒸汽/空气）；中等热值燃气，燃气热值在16.7～33.4MJ/m3（使用氧气和蒸汽）；高热值燃气，燃气热值高于33.4MJ/m3（使用氢气）。 图1 生物质气化技术的分类 2 生物质气化设备 生物质气化反应发生在气化炉中，气化炉是气化反应的主要设备。生物质在气化炉中完成了气化反应过程并转化为生物质燃气。目前，国内外正研究和开发的生物质气化设备按原理分主要有固定床气化炉、流化床气化炉和携带床气化炉；按加热方式分为直接加热和间接加热两类；按气流方向分为上吸式、下吸式和横吸式三种（见图2）。 图2 生物质气化炉的分类 2.1 固定床上吸式气化炉 固定床上吸式气化炉的工作过程是：生物质原料从顶部加入，然后依靠重力逐渐由顶部移动到底部，空气从底部进入，向上经过各反应层，燃气从上部排出，灰渣从底部排出，由于原料移动方向与气体流动方向相反，所以也叫逆流式气化