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生物質(zhì)氣化性能的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)|《石灰產(chǎn)業(yè)大講堂》010期
2023-09-08 11:07:08 來源：石灰窯生態(tài)圈
生物質(zhì)氣化性能的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)|《石灰產(chǎn)業(yè)大講堂》010期
一、引言
開發(fā)利用生物質(zhì)材料，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理、供應(yīng)清潔能源和應(yīng)對(duì)氣候變化，具有多重環(huán)境效益和社會(huì)效益，符合我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)思想，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)美麗中國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略的重要途徑。在“雙碳”背景和“十四五”規(guī)劃開局之際，生物質(zhì)材料將以其綠色環(huán)保、量多價(jià)廉、可再生的優(yōu)勢(shì)，迎來更為廣泛的發(fā)展。
在石灰產(chǎn)業(yè)的生物質(zhì)燃料應(yīng)用過程中，如何選擇和研發(fā)更加清潔的制備方法、優(yōu)化現(xiàn)有的制備工藝、提高生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，是未來生物質(zhì)材料研發(fā)有待進(jìn)一步解決的問題。
目前，隨著“中國(guó)石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)”與““唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”旗下“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司”與“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”聯(lián)合研發(fā)中心研發(fā)成功了“生物質(zhì)氣化聯(lián)產(chǎn)石灰技術(shù)”以來，受到了石灰行業(yè)廣大從業(yè)者的關(guān)注，咨詢相關(guān)技術(shù)的讀者越來越多，亟待了解有關(guān)生物質(zhì)氣化裝置的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向。本節(jié)課程將重點(diǎn)闡述講解生物質(zhì)氣化技術(shù)的分類、氣化爐特點(diǎn)、氣化性能影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)以及生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和生物質(zhì)氣化技術(shù)需要解決的問題。
二、生物質(zhì)氣化原理
生物質(zhì)氣化是指生物質(zhì)原料（薪柴、鋸末、麥秸、稻草等）壓制成型或經(jīng)簡(jiǎn)單的破碎加工處理后，在欠氧條件下，送入氣化爐中進(jìn)行氣化裂解，得到可燃?xì)怏w并進(jìn)行凈化處理而獲得產(chǎn)品氣的過程。
其原理是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于部分空氣（或氧氣）、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原、重整反應(yīng)，熱解伴生的焦油進(jìn)一步熱裂化或催化裂化為小分子碳?xì)浠衔�，獲得含CO、H2、和CH4的氣體。由于生物質(zhì)由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、惰性灰等組成，含氧量和揮發(fā)分高，焦炭的活化性強(qiáng)，因此，生物質(zhì)與煤相比，具有更高的活性，更適合氣化。生物質(zhì)氣化主要包括氣化反應(yīng)、合成氣催化變換和氣體分離凈化過程。氣化轉(zhuǎn)化的重點(diǎn)為氣體組分與產(chǎn)率的調(diào)整與控制。生物質(zhì)氣化與熱解不同，氣化過程需要?dú)饣橘|(zhì)（常為空氣），氣體熱值較低，一般為4～6MJ／m³；熱解過程通常不需要?dú)饣瘎洚a(chǎn)物是液、氣、炭３種產(chǎn)品，氣體熱值較高，一般為10～15 MJ／m³。
氣化過程伴隨有熱解過程，熱解是氣化的第.一步。生物質(zhì)氣化的目的是得到潔凈的產(chǎn)品氣，因此要采用催化劑來抑制或消除熱解反應(yīng)中產(chǎn)生的焦油。
三、生物質(zhì)氣化技術(shù)分類
①根據(jù)氣化反應(yīng)的工藝分一級(jí)氣化、二級(jí)氣化和多級(jí)氣化。多級(jí)氣化即固定床、流化床及催化熱解爐等氣化爐的不同組合。
②根據(jù)氣化反應(yīng)器的類型分固定床氣化、移動(dòng)床氣化、流化床氣化、氣流床氣化和旋風(fēng)分離床氣化。
③根據(jù)氣化反應(yīng)器的壓力分常壓氣化（0.11～0.15MPa）、 加壓氣化（0.15～2.50 MPa）和超臨界氣化（壓力≥22.05 MPa）。
④根據(jù)加熱機(jī)理分自熱氣化、配熱氣化和外加熱源氣化，常用自熱氣化。
⑤根據(jù)氣化介質(zhì)的種類分空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、CO2氣化、混合介質(zhì)氣化（如空氣一水蒸氣氣化）和空氣加氫氣化。
⑥根據(jù)催化劑使用情況分非催化氣化和催化氣化（鎳基催化劑氣化、釕基催化劑氣化、碳酸鹽催化劑氣化、金屬氧化物催化劑氣化等）。
生物質(zhì)氣化過程主要有四大系統(tǒng)，包括進(jìn)料系統(tǒng)、氣化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和氣體利用系統(tǒng)。
氣化工藝的不同會(huì)導(dǎo)致燃?xì)饨M成和熱值的不同。采用空氣作為氣化劑時(shí)，組成約為∮（H2）＝10%，∮（N2）＝50%，∮（CO）＝20%；∮（CO2）＝20%，熱值為4～6MJ／m³； 采用水蒸氣或氧氣、混合介質(zhì)作為氣化劑時(shí)，組成約為∮（H2）＝20%～26%，∮（CO）＝28%～42%，∮（CO2）＝16%～23%，∮（CH4）＝10%～20%，∮（C2H2）＝2%～4%，∮（C2H6）＝1%，C3以上組分的體積分?jǐn)?shù)為2%～3%，熱值為10～15MJ／m³； 采用氫氣作為氣化劑， 熱值達(dá)到20MJ／m³。
四、各種汽化爐的特點(diǎn)
①固定床氣化
根據(jù)固定床氣化器內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的方向和組合，固定床氣化爐主要分為4種爐型：下吸式氣化爐、上吸式氣化爐、橫吸式氣化爐、開心式氣化爐。
下吸式氣化爐：生物質(zhì)物料自爐頂投入爐內(nèi)，氣化劑由進(jìn)料口和進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)。爐內(nèi)的物料自上而下分為干燥層、 熱分解層、 氧化層、還原層。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定性好，可隨時(shí)進(jìn)料， 氣體下移過程中所含的焦油大部被裂解。但出爐燃?xì)饣曳州^高（需除塵）， 燃?xì)鉁囟容^高。整體而言，該爐型可以對(duì)大塊原料不經(jīng)預(yù)處理直接使用，焦油含量少，構(gòu)造簡(jiǎn)單。該技術(shù)被認(rèn)為是較好的氣化技術(shù)， 市場(chǎng)化程度高，有大量的爐型在運(yùn)轉(zhuǎn)或建造。
上吸式氣化爐：物料自爐頂投入爐內(nèi)，氣化劑由爐底進(jìn)入爐內(nèi)參與氣化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的燃?xì)庾韵露狭鲃?dòng)， 由燃?xì)獬隹谂懦觥?/span> 其特點(diǎn)是：氣化過程中，燃?xì)庠诮?jīng)過熱分解層和干燥層時(shí)，可以有效地進(jìn)行熱量的多向傳遞，既用于物料的熱分解和干燥，又降低了自身的溫度，大大提高了整體熱效率。同時(shí)，熱分解層、干燥層對(duì)燃?xì)饩哂幸欢ㄟ^濾作用，使其灰分很低。但是其構(gòu)造使得進(jìn)料不方便，小爐型需間歇進(jìn)料，大爐型需安裝專用加料裝置。整體而言，該爐型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于不同形狀尺寸的原料，但生成氣中焦油含量高，容易造成輸氣系統(tǒng)堵塞，使輸氣管道、閥門等工作不正常，加速其老化，因此需要復(fù)雜的燃?xì)鈨艋幚恚o燃?xì)獾睦茫ㄈ绻�、發(fā)電）設(shè)施帶來問題，大規(guī)模的應(yīng)用比較困難。目前沒有見到氣化發(fā)電上應(yīng)用這一技術(shù)的例子。
橫吸式氣化爐：物料自爐頂加入，灰分落人下部灰室。氣化劑由爐體一側(cè)供給，生成的燃?xì)鈴牧硪粋?cè)抽出（燃?xì)獬仕搅鲃?dòng)，故又稱平吸式氣化爐）。其特點(diǎn)是：空氣通過單管進(jìn)風(fēng)噴嘴高速吹入，形成一高溫燃燒區(qū)，溫度可達(dá)2000℃，能使用較難燃燒的物料。結(jié)構(gòu)緊湊，啟動(dòng)時(shí)間（5～10min）比下吸式短，負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)。但燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間短，還原層容積很小， 影響燃?xì)赓|(zhì)量； 爐中心溫度高，超過了灰分的熔點(diǎn)，較易造成結(jié)渣。僅適用于含焦油很少及灰分≤５％的燃料，如無煙煤、焦炭和木炭等。該爐型已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行，主要應(yīng)用于南美洲。
開心式氣化爐（又稱為層式下吸式固定床氣化爐）：該爐是下吸式氣化爐的一種特殊形式，只是沒有縮口，以轉(zhuǎn)動(dòng)爐柵代替了高溫喉管區(qū)，其爐柵中間向上隆起，繞其中心垂直軸作水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，防止灰分阻塞爐柵，保證氣化的連續(xù)進(jìn)行。我國(guó)首創(chuàng)了這種爐型，大大簡(jiǎn)化了歐洲的下吸式氣化爐。其特點(diǎn)是： 物料和空氣自爐頂進(jìn)入爐內(nèi)， 空氣能均勻進(jìn)入反應(yīng)層，反應(yīng)溫度沿反應(yīng)截面徑向分布一致，*大限度利用了反應(yīng)截面，生產(chǎn)強(qiáng)度在固定床中居首位；氣、固同向流動(dòng)， 有利于焦油的裂解，燃?xì)庵薪褂秃康停?/span> 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 加料操作方便。 目前一些稻谷加工廠仍在運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。
②流化床氣化
鼓泡流化床氣化爐是*簡(jiǎn)單的流化床氣化爐。氣化劑由布風(fēng)板下部吹入爐內(nèi)，生物質(zhì)燃料顆粒在布風(fēng)板上部被直接輸送進(jìn)入床層， 與高溫床料混合接觸，發(fā)生熱解氣化反應(yīng)，密相區(qū)以燃燒反應(yīng)為主，稀相區(qū)以還原反應(yīng)為主，生成的高溫燃?xì)庥缮喜颗懦�。通過調(diào)節(jié)氣化劑與燃料的當(dāng)量比，流化床溫度可以控制在700～900℃。其特點(diǎn)是：適用于顆粒較大的生物質(zhì)原料，一般粒徑＜10mm；生成氣焦油含量較少，成分穩(wěn)定；但飛灰和炭顆粒夾帶嚴(yán)重，運(yùn)行費(fèi)用較大。該爐型應(yīng)用范圍廣，從小規(guī)模氣化到熱功率達(dá)25Mw的商業(yè)化運(yùn)行，在同等直徑尺寸下，氣化能力小于循環(huán)流化床氣化爐。但對(duì)于小規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)所更有市場(chǎng)與技術(shù)吸引力，目前國(guó)外仍有生產(chǎn)。
循環(huán)流化床氣化爐相對(duì)于鼓泡流化床氣化爐而言，流化速度較高，生成氣中含有大量固體顆粒，在燃?xì)獬隹谔幵O(shè)有旋風(fēng)分離器或布袋分離器，未反應(yīng)完的炭粒被旋風(fēng)分離器分離下來，經(jīng)返料器送人爐內(nèi)， 進(jìn)行循環(huán)再反應(yīng)，提高了碳的轉(zhuǎn)化率和熱效率。爐內(nèi)反應(yīng)溫度一般控制在700～900℃。 其特點(diǎn)是：運(yùn)行的流化速度高，約為顆粒終端速度的3—4倍；氣化空氣量?jī)H為燃燒空氣量的20％～30％； 為保持流化高速， 床體直徑一般較�。� 適用于多種原料。
生成氣焦油含量低；單位產(chǎn)氣率高，單位容積的生產(chǎn)能力大。該爐型特別適合規(guī)模較大的應(yīng)用場(chǎng)所（熱功率可達(dá)100Mw），具有良好的技術(shù)含量和商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。該技術(shù)在國(guó)外有多家使用，我國(guó)中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所研制的循環(huán)流化床氣化爐在國(guó)內(nèi)已有應(yīng)用例子， 1臺(tái)氣化爐可同時(shí)供給5臺(tái)200kw發(fā)電機(jī)組所需的燃?xì)狻?/span>
③氣流床氣化
氣流床（又稱攜帶式流化床）是一種特殊形式的流化床。不使用惰性床料，流速較大的氣化劑直接吹動(dòng)氣化爐內(nèi)生物質(zhì)原料，在高溫下進(jìn)行氣化。要求原料顆粒非常細(xì)小，爐體截面較小，運(yùn)行溫度高
（1100℃以上），燃?xì)鈳缀鯚o焦油，但易結(jié)渣。目前僅見于實(shí)驗(yàn)室研究。
④旋風(fēng)分離床氣化
旋風(fēng)分離床氣化一般采用外加熱方式，反應(yīng)器內(nèi)壁附有一定數(shù)量的螺旋肋，使生物質(zhì)物料在限定的螺旋軌道上運(yùn)動(dòng)而不是以自由離心方式運(yùn)動(dòng)。 在反應(yīng)器出口有一獨(dú)立的循環(huán)回路連接物料人口，使未完全反應(yīng)的物料和大的炭�；氐椒磻�(yīng)器中循環(huán)反應(yīng)。具有加熱時(shí)間短等特點(diǎn)，可生成67%的液態(tài)產(chǎn)物和13%的生物質(zhì)炭。
⑤幾種爐型的比較
循環(huán)流化床氣化技術(shù)適合規(guī)�；瘧�(yīng)用，特別適用于聯(lián)合發(fā)電情況；下吸式固定床氣化爐對(duì)于中小規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)所有明顯的經(jīng)濟(jì)效益， 適用于集中供氣或供暖；鼓泡流化床適合中等規(guī)模的應(yīng)用，商業(yè)應(yīng)用比較靈活。目前氣化爐的趨勢(shì)是發(fā)電、供熱向大型化發(fā)展，供氣向中小型化發(fā)展。大型氣化爐的發(fā)電、供熱能力分別可達(dá)10Mw、50Mw；小型氣化爐一般產(chǎn)氣量為200—700m³／h， 發(fā)電能力為1—2 Mw，可以為小區(qū)用戶單獨(dú)提供熱源、電力及燃?xì)�。其中流化床氣化爐使用方便，技術(shù)較成熟，投入產(chǎn)出比高，規(guī)模上適合我國(guó)生物質(zhì)資源的特點(diǎn)，應(yīng)是大力推廣的生物質(zhì)氣化技術(shù)。
五、生物質(zhì)氣化性能的影響因素
①原料
在氣化過程中，生物質(zhì)物料的水分和灰分、顆粒大小、料層結(jié)構(gòu)等都對(duì)氣化過程有著顯著影響。對(duì)于相同的氣化工藝，生物質(zhì)原料不同，其氣化效果也不一樣。通過改變物料的含水率、物料粒度、料層厚度、物料種類，可以獲得不同的氣化數(shù)據(jù)。原料反應(yīng)性的好壞，是決定氣化過程可燃?xì)怏w產(chǎn)率與品質(zhì)的重要因素。原料的粘結(jié)性、結(jié)渣性、含水量、熔化溫度等對(duì)氣化過程影響很大，一般情況下，氣化的操作溫度受其限制*為明顯。
②溫度和停留時(shí)間
溫度是影響氣化性能的*主要參數(shù)，溫度對(duì)氣體成分、熱值及產(chǎn)率有重要影響。溫度升高，氣體產(chǎn)率增加，焦油及炭的產(chǎn)率降低，氣體中氫及碳?xì)浠衔锖吭黾樱?/span> 二氧化碳含量減少， 氣體熱值提高。 因此，在一定范圍內(nèi)提高反應(yīng)溫度，有利于以熱化學(xué)氣化為主要目的的過程。目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及中試項(xiàng)目，對(duì)溫度參數(shù)已經(jīng)有了較為充分的認(rèn)識(shí)。一般情況下，熱解、氣化和超臨界氣化控制的溫度范圍分別是200～500℃、700～1000℃及400～700℃。 此外，溫度和停留時(shí)間是決定二次反應(yīng)過程的主要因素。溫度＞700℃時(shí)，氣化過程初始產(chǎn)物（揮發(fā)性物質(zhì)）的二次裂解受停留時(shí)問的影響很大，在8S左右，可接近完全分解，使氣體產(chǎn)率明顯增加。在設(shè)計(jì)氣化爐型時(shí)，必須考慮停留時(shí)間對(duì)氣化效果的影響。
③壓力
采用加壓氣化技術(shù)可以改善流化質(zhì)量，克服常壓反應(yīng)器的一些缺陷�？稍黾臃磻�(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)氣體的濃度，減小了在相同流量下的氣流速度，增加了氣體與固體顆粒問的接觸時(shí)間。因此加壓氣化不僅可提高生產(chǎn)能力，減小氣化爐或熱解爐設(shè)備的尺寸，還可以減少原料的帶出損失。*為明顯的就是以超高壓為代表的超臨界氣化實(shí)驗(yàn)，壓力已經(jīng)達(dá)到35～40MPa，可以得到氫體積分?jǐn)?shù)為40%一60%的高熱值可燃?xì)怏w。
從提高產(chǎn)量和質(zhì)量出發(fā)，反應(yīng)器可從常壓向高壓方向改進(jìn)。但高壓會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，制造與運(yùn)行維護(hù)成本偏高。因此，設(shè)計(jì)爐型時(shí)要綜合考慮安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性與*佳產(chǎn)率等各種要素。
根據(jù)中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開展的廢棄生物質(zhì)超臨界水氣化制氫的研究數(shù)據(jù)可以看出，高壓只需要較低的溫度（4550～600℃）就可達(dá)到熱化學(xué)氣化高溫（700～1000℃ ）時(shí)的產(chǎn)氣量和含氫率。
④升溫速率
加熱升溫速率顯著影響氣化過程第.一步反應(yīng)即熱解反應(yīng)，而且溫度與升溫速率是直接相關(guān)的。不同的升溫速率對(duì)應(yīng)著不同的熱解產(chǎn)物和產(chǎn)量。按升溫速率快慢可分為慢速熱解、快速熱解及閃速熱解等。 流化床氣化過程中的熱解屬于快速熱解，升溫速率為500～1000℃／s，此時(shí)熱解產(chǎn)物中焦油含量較多，因此必須在床中考慮催化裂化或熱裂化以脫除焦油。
⑤氣化爐結(jié)構(gòu)
氣化爐結(jié)構(gòu)的改造，如直徑的縮口變徑、增加進(jìn)出氣口、增加干餾段成為兩段式氣化爐等方法，都能強(qiáng)化氣化熱解，加強(qiáng)燃燒，提高燃?xì)鉄嶂�。�?duì)于固定床的下端帶縮口形式的兩段生物質(zhì)氣化爐的研究發(fā)現(xiàn)，在保證氣化反應(yīng)順利進(jìn)行的前提下，適當(dāng)?shù)販p少縮口處的橫截面積，可提高氧化區(qū)的*高溫度和還原區(qū)的溫度，從而使氣化反應(yīng)速率和焦油的裂解速率增加，達(dá)到改善氣化性能效果。
⑥氣化劑的選擇與分布
氣化劑的選擇與分布是氣化過程重要影響因素之一。氣化劑量直接影響到反應(yīng)器的運(yùn)行速率與產(chǎn)品氣的停留時(shí)間，從而影響燃?xì)馄焚|(zhì)與產(chǎn)率�？諝鈿饣瘯�(huì)增加產(chǎn)物中氮?dú)夂�，降低燃�(xì)鉄嶂岛涂扇冀M分濃度，熱值為5MJ／m³左右�？諝庖凰魵庾鳉饣瘎�，產(chǎn)氣率為1.4~2.5m³／kg，低熱值為6.5~9.0 MJ／m³，氫氣體積分?jǐn)?shù)提高到30%左右。上下兩段的一、二次供風(fēng)氣化方式顯著提高了氣化爐內(nèi)的*高溫度和還原區(qū)的溫度，生成氣中焦油的含量?jī)H為常規(guī)供風(fēng)方式的1/10左右。
⑦催化劑
催化劑是氣化過程中重要的影響因素，其性能直接影響著燃?xì)饨M成與焦油含量。催化劑既強(qiáng)化氣化反應(yīng)的進(jìn)行，又促進(jìn)產(chǎn)品氣中焦油的裂解，生成更多小分子氣體組分，提升產(chǎn)氣率和熱值。在氣化過程中應(yīng)用金屬氧化物和碳酸鹽催化劑，能有效提高氣化產(chǎn)氣率和可燃組分濃度。目前用于生物質(zhì)氣化過程的催化劑有鎳基催化劑、高碳烴或低碳烴水蒸氣重整催化劑、菱鎂礦以及混合基催化劑等。
六、生物質(zhì)氣化性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)及焦油問題處理
1、生物質(zhì)氣化性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)
氣化性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是氣體產(chǎn)率、氣體組成和熱值、碳轉(zhuǎn)化率、 氣化效率、氣化強(qiáng)度和燃?xì)庵薪褂秃康取?/span> 對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)所， 這些指標(biāo)的重要性不一樣，因此氣化工藝的選擇必須根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)所而定。大量試驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，生物質(zhì)氣化生成的可燃?xì)怏w，隨著反應(yīng)條件和氣化劑的不同而有差別。但一般而言，*佳的氣化劑當(dāng)量比（空氣或氧氣量與完全燃燒理論需用量之比）為0.25—0.30。 氣體產(chǎn)率一般為1.0—2.2 m³／kg，也有數(shù)據(jù)為3.0 m³／kg。 氣體一般是含有CO、H2、CO2、CH4、N2的混合氣體，其熱值分為高、 中、低３種。氣化熱效率一般為30%一90%，依工藝和用途而變。 碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率、氣化強(qiáng)度由采用的氣化爐型 氣化工藝參數(shù)等因素而定，國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氣化效率≥70%，國(guó)內(nèi)固定床氣化爐可達(dá)70%，流化床可達(dá)78%以上。
中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所對(duì)其25kw下吸式生物質(zhì)氣化發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了運(yùn)行測(cè)試，結(jié)果為：氣化過程中碳轉(zhuǎn)化率為32.34％～43.36％，氣化效率為41.10％～78.85％，系統(tǒng)總效率為11.5％～22.8％。 粗燃?xì)庵薪褂秃繉?duì)于不同的氣化工藝差別很大，在50～8000mg／m³范圍內(nèi)變化，經(jīng)過凈化后的燃?xì)饨褂秃俊阍?/span>20～200mg／m³范圍內(nèi)變化。
2、生物質(zhì)氣化過程中的焦油問題及處理方法
焦油是氣化過程中的必然產(chǎn)物，成分十分復(fù)雜，大部分是苯的衍生物�？梢晕龀龅某煞钟�100多種，主要成分不少于20種，其中7種物質(zhì)的含量超過了5%，它們是苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、 酚和茚。氣化產(chǎn)生的焦油量與反應(yīng)溫度、加熱速率和停留時(shí)間等因素有關(guān)。 焦油的含量隨溫度的升高而減少。通常反應(yīng)溫度在500℃時(shí)焦油產(chǎn)量*高。停留時(shí)間延長(zhǎng)，焦油裂解充分，其含量也隨之減少。
焦油對(duì)氣化爐后續(xù)工藝及設(shè)備具有重要影響。焦油能量占可燃?xì)饽芰康?/span>5％～10％，難以完全燃燒，并產(chǎn)生炭黑等顆粒，對(duì)燃?xì)饫迷O(shè)備等損害相當(dāng)嚴(yán)重；焦油及燃燒后產(chǎn)生的氣味對(duì)人體有害；焦油在低溫下凝結(jié)成液體，易與水、炭粒等結(jié)合成凝固態(tài)物質(zhì)，堵塞輸氣管道和閥門等附屬設(shè)施，腐蝕金屬管道。因此，必須盡量將其脫除。 同時(shí)焦油是可利用的物質(zhì)，可分解轉(zhuǎn)化為可燃的小分子氣體，改善燃?xì)饨M成與熱值，提高氣化效率。
焦油脫除方法有普通水洗法（噴淋法、 鼓泡水浴法）、干式過濾法、機(jī)械法、靜電法、催化裂解法等5種。國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化供氣與發(fā)電裝置，將上述幾種脫除焦油和灰分的方法進(jìn)行了不同的組合，凈化效果更好。其中*有效的脫除方法是催化裂解法，已在大、中型氣化爐中采用和推廣。催化裂解機(jī)理是在一定的溫度（750～900℃）下，在氣化過程中加入催化劑，將焦油裂解為可燃?xì)怏w。很多材料（特別是一些稀有金屬的氧化物）對(duì)焦油都有催化作用，典型的有3種： 碳酸鹽類、木炭和鎳基催化劑。研究發(fā)現(xiàn)：鎳基催化劑催化效果*好，在750℃時(shí)就有很高的裂解效率（97%以上）。木炭在催化裂解過程中也參與反應(yīng)，耗量大。
目前，“中國(guó)石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)”與“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”旗下唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司與唐山金泉成套設(shè)備有限公司聯(lián)合研發(fā)中心推出的“高效低成本自制生物質(zhì)氣裂解催化劑”系列技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)石灰生產(chǎn)企業(yè)自制催化劑，采用廉價(jià)的石灰石等資源進(jìn)行配制催化劑，該系列催化劑脫除效率高，且成本低，具有良好的應(yīng)用前景。
該系列催化劑制作技術(shù)將在后續(xù)課程中進(jìn)行專項(xiàng)講解。
<本節(jié)課程完>
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