生物质及热解气化过程中碱金属和重金属元素
1、前言
生物质通过光合作用将太阳能以化学能的形式储存，是一种可储存与运输的可再生能源，储量非常丰富，全世界每年由光合作用而生成的生物质中仅1％用作能源已为全世界提供了14％的能源：并成为世界上15亿人口赖以生存的主要能源。
另外，由于一方面大量消耗化石燃料获得能源，造成它们的储量日趋减少；另一方面是化石燃料消耗过程造成严重的环境污染；这两方面原因使人们更多地研究可再生清洁能源如太阳能、海洋能、风能、生物质能的开发利用。随着生物质能量转化技术的发展，能源作物的大量生产，生物质的能量转化效率提高，而成本降低，生物质发电能够在经济上与化石燃料发电竞争。
在环境效益上，发展生物质能有助于减轻能量消耗带来的温室效应和环境污染，生物质生长过程中会吸收大气中的CO2，使生物质能量利用过程中释放的CO2形成再循环，减少了CO2净排放，乃至实现CO2零排放，大规模发展生物质能有助于生态良性循环。
主要由于上述原因，生物质能引起了世界范围的广泛兴趣。发展生物质能对能源结构的转变及保护环境两方面将起重要的作用。生物质作为环境友好型能源，有可能成为未来可持续能源供应的主要部分。生物质可以通过各种方法转换成能源利用。例如热转化方法和生物化学方法将生物质转化成气体或者液体形式。提高生物质转化过程的效率和减少环境影响是目前生物质能源利用的着眼点。因此，需要对生物质的特性以及它们在转化过程的作用有更进一步的了解。生物质的特性决定着转化过程的方式和转化过程可能出现的问题，同样，不同能量的形式影响生物质的选择。
生物质品种繁多，Thornton etc．发现陆地植物从土壤中选择性地吸收各种微量元素并积累于植物体中，选择性吸收造成植物中某些元素的数量与其在土壤和岩石中的含量不成比例，植物选择性强的主量元素有P、S、Ca、K等：微量元素有Be、Co、Ni、Zn、Ge、As、Cu、Cd、Sn、Ph、Ti、Ag、An等。从陆晓华等人对煤和煤灰中微量元素的分布和含量的研究，表明木本植物对元素的选择吸收富集。生物质特性随生物质种类、不同的利用部分、生长环境包括土壤、水质、大气的变化而变化。
对生物质能源转化过程的模型化与分析也要求对生物质燃料特性的了解，特别是元素成分的含量水平和分布形态、平均值和变化性；燃料中的元素的组成与形成对生物质利用技术的研究是非常重要的，如灰的特性、沉积物的形成与元素的关系等。
本文总结生物质及其热转化过程特别是生物质热解气化过程的特性。生物质的热解气化与燃气轮机结合的联合循环发电系统（IGCC）将生物质转换成电能和热能的利用，大大提高了发电效率并降低污染。生物质IGCC技术被认为是目前世界上最先进的生物质气化发电技术。高温燃气中含有的碱金属及其他有害微量元素对燃气轮机的叶片及系统其它设备的腐蚀极大，还会引起淤塞与结渣现象。因此，研究微量元素在生物质中及生物质热解气化过程中的分布特征及其释放迁移行为及其动力学，有助于提高生物质能转化效率的提高，对探索控制和减少金属污染物污染的途径，有一定的意义。
由于人类活动改变了技术时代之前的稳态微量元素地球化学循环，使生物圈各成分以越来越快的速度摄取大量的有害元素。微量元素的环境危害效应引起了广泛的关注。Jerome O.Nriagu通过建立有效的全球大气循环模式模型研究了全球大气中由于自然与人类活动发生的微量元素的排放总量，并对世界范围微量元素对大气、土壤、水体的污染作了定量的评估，结论表明人类活动包括煤、石油、废弃物、薪材等的燃烧过程的微量元素排放量。是全球微量元素生物地球化学循环最重要的因素，形成了严重的环境问题。研究生物质能利用过程中微量元素的分布和迁移规律，确定其环境和生态效应，有利于促进生物质能利用和环境保护。
2、研究进展
2．1 对生物质原料种类的研究
生物质燃料大概分为四大种类：
．生物质燃料大概分为四大种类：农业生物质，即农作物收获和加工后的残余物，如稻草、稻壳及麦秸等；
．森林生物质，即林产品残余物，如树林剪枝木、木屑、树皮和针叶、木块等；
．城市固体废弃物，如废橡胶、废塑料、纸张等；
．能源作物，如短周期轮作的作物，快生林等；表1表示了生物质的分类及其供能源利用部分。
2．2 生物质燃料参考基准
ANDERS NORDIN对已有的生物质的特性数据作了总结，采用主量成分分析法（PCA）将多变量数据中的主变量和共变量建立了数据库。总结了不同土壤条件、不同生长地的松树、云杉、白样的各部分包括木材、木块、木屑、树皮、枝条、针叶、根和松果等75个样品的生物质的成分组成数据。NORDIN的PCA方法得到结论认为种类比生长条件和地点更重要，通过对280个生物质燃料总结，得到一种生物质燃料参考基准，给出了它的主元素（C、H、O、N、S）手主要灰形成元素（St、AI、Fe、Mg、Ca、K、Na、P）值，Tomer对适合作为能源作物的快生柳属作物的化学特性进行了研究。Bining etc．和Ivarsson对农业生物质的化学特性作了全面的总结，Bining etc对不同种类的稻草秸杆包括小麦、大麦、燕麦和黑麦的特性进行了研究。而Ivarsson等人则对不同生长条件如土壤、施肥下的小麦、大麦、油菜等种类54个样品的特性数据作了研究。对其它一些生物质种类也有许多的研究：如Olssonetc.，Burvall Nordin，Spomdly对梯牧草、紫花首蓿、草芦的研究。Sp既Cding对泥煤的特性作了总结；HUttunen与ksfhUD则对瑞典和芬兰泥煤中硫与金属的含量和分布作了一个广泛的文献调研，根据残余的苔属植物和泥炭熊的相对含量和防解的程度将泥炭分成八个亚类，广泛分析瑞典的150个泥煤样品其植物的、化学的和物理的变量，涌来瑞典泥炭资源，建立了瑞典泥炭燃料参考基准．Fangmark等对瑞典城市固体废弃物（MSW）的物性资料分析的基础上，也建立了一种合成的均质燃料来代表城市产生的废弃物的成分，以从
MSW获得的最具代表性数据决定这种模型燃料的主要成分。并准备用这种模拟燃料来做燃烧研究实验．生物质参考燃料见表2、表3、表4。
丹麦的ELSAMPROJEKT A对丹麦的生物质燃料包括秸杆和木块的特性进行研究，研究发现秸杆中的钾氯含量与煤及木块相比比较高，用来发电会产生严重技术问题；研究表明秸秆中的钾钠含量与土壤、N肥、P肥、杀虫剂、地理位置等因素没有相互关联关系。意大利的C.DI.Blasi则对意大利农业生物质的可获得性进行了分类和评估，对其产量和使用量及随地区和时间的变化作了详细的总结。
Rossi对美国的18种木类和农业生物质和9种煤，Jenins, Ebeking对51种生物质燃料的研究给出了主元素（C、H、O、N、S）含量水平．荷兰能源研究中心（ECN）总结归纳建立了一个生物质和固体废弃物成分数据库(PHYLLIS),将生物质分成了14个大类：每个大类又细分至亚类，可以查找单个生物质的成分数据或一组生物质的成分的平均值．给出大部分的生物质主元素（C、H、O、N、S）、热值、灰分、固定碳和水分含量的数据。对其它微量元
素特别是重金属的研究数据还不充分。
从文献可以看到，大部分欧洲国家及美国等都对本国的质资源及其特性成分作了比较深入的研究。我国地域辽阔，生物质种类繁多，然而仍然缺乏针对我国生物质种类、生长环境的的全面具体的生物质物理和化学特性的研究。2．3 生物质热转化过程中元素行为的研究
2．3．1碱金属和氯元素在生物质热解气化过程的迁移规律
1）碱金属、CI的影响
生物质热化学转化利用中，都必须经过热解阶段，碱金属在热解阶段挥发析出，蒸汽冷凝在热交换器表面，呈粘稠状熔融态，捕集气体中的固体颗粒，使得颗粒聚团，导致沉积的形成和反应器腐蚀。对生物质热转化系统产生严重的影响：阻碍热交换，降低换热效率，从而降低发电效率和功率：阻塞流道，造成机械损害：运行故障；产生腐蚀。有研究表明，沉积程度与生物质中钾的浓度相关。钾、钙是硫酸盐沉积形成的重要因素。氯在灰沉积形成中也起着重要的作用，氯的碱金属化合物是气相中最稳定的成分之一。大部分生物质燃料，元素St、K、Ca、CI、S、P是导致淤塞的主要元素。瑞士H.Kaufmann等着重探讨了草本生物质燃烧过程飞灰的释放机制和沉积的形成机制。美国P.Thy等对稻草秸杆和木块的炉渣中碱金属的逃逸作了实验研究，发现受熔融体的聚合程度影响，碱金属在炉渣中的羁留程度不同，稻草渣是高聚合熔融体，故K+、Na+极易羁留在炉渣中：木渣是高解聚熔融体，Ca2+极易羁留在炉渣中，K+、Na+ 则进人气相中；芬兰的M.zevenhover-Onderwater通过燃料的分析和总的热力学平衡计算，对煤、泥炭、森林残余物、柳树等固体燃料的流化床燃烧形成的灰的行为做了预测．DeGroot和Richards发现在碱金属和碱土金属存在的条件下，半焦的气化反应速度愈快。泥炭在加压流化床的气化过程钾钠的释出到气相中的浓度较燃烧过程中高，且钾钠的挥发性随燃料中氯的浓度的增加而增加。
2）碱金属来源
钾是植物的常量营养元素，含量范围在1％以上；氯在0．2％－3％之间：碱金属包括两个来源，其一是生物质本身固有的，是由其生物吸附的，源自土壤、地下水、大气等；其二是整个利用过程中混入的如灰尘、土壤等外来来源等。Ufee Jorgensen对丹麦不同基因型的芒属植物中氮、钾、氯含量和在干基中的聚集的研究表明，不同基因型的芒属植物中的矿物质含量有较大的差别，表明燃料种类中本身固有的碱金属含量来源的差异。
3）热解温度对元素释放和迁移的影响
稻草秸杆热解过程钾和氯的迁移释放受温度和加热速率的影响：．当温度从200℃升到400℃时，K和C1从生物质有机基体结合处释放，转移到液态焦油相，60％的氯进一步释放，以HCI的形式样放到气相中。C1的初始低温样放是田于羧基官能团与KC1及其它碱金属氯化物的反应而造成，形成HC1释放，而K以KC1和K2CO3沉积颗粒形态存在子冷凝相中或是以羧基、苯氧化物形式与半焦表面基体官能团结合。．温度400℃到700℃时，K和C1释放到气相中的量不明显。．温度700℃到830℃时，半焦中剩余的氯几乎完全释放，气相中KC1为主要成分，跟着为NaC1。而在700℃以下，基本上没有钾的释放，温度达到700℃时，所有KC1形态的钾释放，K与Si反应生成硅酸钾。．温度830℃到1000℃
时，随温度升高，K2CO3分解，钾以KOH或原子K的形式释放，部分与半焦基体官能团结合的钾释放。．温度超过1000℃时，钾从K2O.SiO2及半焦基体官能团释放到气相，因此，控制最高热解气化温度在700℃以下可以控制钾氯的释放，
4）加热速率的影响
一种研究结果发现氯的释放不受燃料的加热速率的影响。另一种研究结果认为分散的释放可以通过降低加热速率来减小HC1的排放。
5）停留时间的影响
同样，E.Bjorkman and B.Strp,berg认为氯的释放与停留时间的关系不大，停留时间从30min 改变至10min，结果相差0．3％。余春江等认为缩短半焦在高温区的停留时间能显著减少钾的热解析出。
6）转化利用方式：
．美国的Scott Q.Turn在小型实验室规模的气化器测试装置上研究了甘蔗渣和一种速生热带草经过四种处理方法加工的样品在流化床气化中无机成分的行为，探讨了其气化产物含量和成分及气相中K、Na、Ca、Si、Fe、P、C1等元素的含量水平及在产物气相和固相中的比例，得到气相中的氯与原料中的氯含量成线性关系，大部分在气相中。半焦中有20％的Mg、30％－60％的Na 和大部分的Ca。
．Birgitta Olanders等人对三种不同生物质种类（树皮与木块分别按照50％：50％，60％：40％混合；小麦秸杆与大麦秸杆各一半的混合样品）在实验室低温灰化和在固定床燃烧形成的灰的元素成分及在沉积熔融行为和沉积过程的化学反应机制进行了研究；用AAS分析Ca、Si、K、A1、Fe、Na、Zn、Cd滴定法分析C1；CVAA和ICP-AES分析Hg；离子选择电极分析F；XRD分析晶相化合物；灰的熔融特性采用TGA－DTA热重差热分析法；SEM对熔融灰表面进行元素分析。发现CaCO3和SiO2。是树皮与木块灰的主要晶相化合物，有少量的K2Ca（CO）3，K2CO3，微量的KA1Si3O8，（Na，Ca）A1（Si，A1）3O8.MgO，而秸杆灰中主要为CaCO3，KC1，K2SO4，和SiO2。
．意大利l。De Bed［321等进行了下吸式固定床生物质空气气化往复式内燃机配套的小型电厂中，杏仁壳与木材气化有机成分和无机成分（包括金属元素）在产物中的分布研究，提供了稳态下产物分布与原料成分之间的联系，研究了生物质的元素组成、金属元素含量、木质素、纤维素、半纤维素组成特性；不同产物成分与气化速率、焦油含量、和烟气中炭量的关系；木材中钙含量丰富，农业副产品中钾含量较高；钙在气化过程中使氨基分解、促进焦油裂解和半焦气化。
7）元素的存在形态
有研究表明用水抽提的办法能将生物质中大部分的钾氯提取出来。故钾在生物质中是以离子结合态与有机质的含氧官能团结合或细分散矿物形式存在。热解过程中，钾释放与焦碳的有机质结合或结合到气体中的无机矿物颗粒。许多含氧官能团如羧基、内酯、羧基等都能在碳表面存在。KCI和K2CO3在热解过程与水及二氧化硅反应生成硅酸钾或与焦碳的有机质结合这两种方式均使得钾在低温下难以释放到气相中。所以说钾的释放与钾的化合物结合态紧密相关。氯在生物质中大部分以极易挥发的水溶性氯离子存在。Baxter等人将成功对煤中无机成分存在形态分离程序加以修改，来测定生物质燃料中K的存在形态，包括水溶态、离子交换态、酸提取态和残渣态。
8）碱金属释放模型
余春江等人提出由于生物质中碱金属元素以钾为常量元素，产生的影响较大。以钾作为代表，分析碱金属元素在热解过程的析出。基于假设钾为有机钾和无机钾两种存在形式析出，有机钾均布于生物质三种主要组分中，并与它们的热分解同步发生，所有有机钾进人气相中。根据生物质中三种主要组分的三个一阶热解动力学模型，得到与各组分热分解同步发生的有机钾析出数学模型。假设无机钾析出以KCI和KOH蒸气形式高温下从颗粒表面传质扩散进入蒸气相，K2SO4在热解温度下存在于固相中。得到KCI和KOH蒸气压随温度变化的规律。通过计算得到了钾元素随热解过程析出的定量描述，计算出的半焦含钾量与实验实测值符合较好，采用的碱金属析出模型大体上反应了热解中相关元素转化反应的主要过程。
9）碱金属的控制
由于生物质燃烧或热解气化过程产生的高温蒸汽中碱金属的浓度比许可值高几个数量级，因此，有必要对碱金属的浓度进行控制。主要有两种方法：其一是直接在反应器内添加吸附剂，其二则是采用高温吸附过滤床。碱金属吸附剂大多以Al、Si为主要成分：有三类，一是天然矿物质，如矾土、高铝土，普铝矿；二是高岭土、酸性白土：三是活性氧化铝。其中活性氧化铝具有较高的吸附容量，其对碱金属的捕获是物理吸附过程。作为耐高温的碱金属吸附剂，矾土和活性氧化铝具有较高的碱容。
2．3．2 重金属在生物质热解气化过程中的迁移规律
．重金属的影响在生物质热解气化过程中，排放出的灰渣和飞灰等固体污染物，随之释放出其中的痕量重金属元素及其化合物，这些污染物在表生环境中积聚，对大气圈、水圈和土壤圈的生态环境产生严重的影响。
．重金属的来源生物质中明显的重金属含量来源于生物质羧基、胺基、氨基化合物功能团的生物吸附作用。重金属在土壤-水-植物体系中循环，土壤中的重金属污染主要来自于
污灌、固体废弃物的农业利用和大气沉降物。而植物吸收重金属的浓度随土壤中污染金属浓度的增加而增高的趋势。不同植物种类、同种植物对不同的重金属元素含量的差异，可见，生物质中重金属来源受复杂因素影响造成。
．重金属释放的影响因索重金属元素的迁移转化取决于生物质中重金属元素的含量、分布、赋存方式及生物质的热转化利用方式。奥地利的Ingwald Obernberger对木材、树皮、秸杆和谷壳等生物质在不同的燃烧工况下得到的灰进行了综合分析，将灰分成四个部分：底灰、沉积在旋风分离器的飞灰、沉积在过滤器（如静电除尘器、纤维除尘器）部位的飞灰或冷凝在湿式除尘器的淤泥中的飞灰、随烟气排放出去的细颗粒微尘。对无机元素在不同灰部分的质量分布的研究发现随沉降温度和粒子尺寸的降低，灰中重金属浓度增加：秸杆和谷壳及其灰中与木材及其灰相比含有相当少量的重金属，而碱金属和氯的含量则比较高。
．重金属的形态重金属的形态与控制重金属迁移转化是关系十分密切。目前，对土壤、底泥和煤等颗粒物中痕量金属的形态分析研究较多。对生物质中重金属形态的研究极为少见。
．重金属的控制
．采用各种除尘装置捕获飞灰颗粒，在现有的对微粒吸附效果较好的除尘设备如布袋除尘。器、静电除尘器等作用下，可以除去95%-99％的烟尘颗粒。然而，仍有粒径为0.01-10μm 的微粒排放到大气中，形成气凝胶不易沉降，对大气造成重金属污染。
．采用固体吸附剂法控制重金属的排放张智慧等人用无水CaSO4铝土矿和石灰石为吸附剂，研究结果表明，这三种吸附剂均对某些元素有吸附作用，且添加分量分别为4％、6％、4％时效果最好。
3、结论
在生物质能源转化技术领域具有领先水平的瑞典、美国、德国、意大利、丹麦等国进行了大量的研究工作，对本国的生物质种类、可获得性、物理化学特性方面都有研究。对生物质利用不同的反应器如固定床、流化床、加压流化床热转化下形成的灰与温度、反应器结构、反应参数的关系等也有许多报道；对不同生物质原料与灰的特性研究较多。对微量元素的行为研究集中在碱金属和碱土金属元素及某些重金属。在生物质气化、气化发电和整体气化联合循环发电方面，对生物质中微量元素在热转化过程发生的化学反应机理和动力学行为的研究方面还需要进一步探索，以满足生物质作为可持续能源应用的研究与发展的需要。
城市垃圾热解气化案 前言： 垃圾无时无刻不伴随着人类社会生活而存在，垃圾处理也是一个随之不断变革、持续发展的行业。从另一个角度讲，在技术条件足够完善的情况下，垃圾是一种永不枯竭的可利用型资源。本文着重介绍一种新型垃圾处理技术，该技术不仅能有效克服目前国垃圾处理技术的环保缺陷，还能够同时获得几倍于前者的经济效益，真正实现变废为宝，引领未来垃圾处理行业发展向。 一、国垃圾现状与亟待解决的问题 1.伴随着城市化进程加快，全国各地垃圾产生量急剧增加。根据2009年中国城 市建设统计年鉴报告，全国655个设市城市生活垃圾清运量由1980年的3132万吨增加到2008年底的1.52亿吨，平均每年增长速度约为9%。我国目前的垃圾年产量占全球比重已经超过30%，中国已经成为“垃圾围城”最重的。 2.城市垃圾的处理水平偏低。很多地采取露天堆放、自然填沟和填坑等原始式消 纳城市垃圾,部分河流沿岸成为天然垃圾堆放场。该种处理式对土壤、河流、地下水、大气等都造成了重的影响和危害。 3.国城市垃圾无害化处理设施极度缺乏,已建成的垃圾处理设施又有相当部分达 不到环保标准，大多数城市的垃圾对环境的污染日趋重。5亿多平米的城市地面被垃圾侵占，每天向大气释放多达100多种有害、致癌气体。 以北京市为例，目前全市日产垃圾18400吨，其中90%为填埋处理，每年约占用土地五百亩。在这种处理式单一、有效的垃圾分类又较难实现的情况下，没有高效能技术和设施的建设应用，四年后北京就将面临垃圾无法处理的局面。上海市全市日产垃圾近2万吨，在全市垃圾处理厂超负荷运行的情况下，按目前现有的处理
能力，到2020年，全市混合垃圾处理能力及资源化处理能力缺口总计将扩大到约11700吨/日。可见，对城市垃圾实施有效处理,改善城市卫生环境，实现垃圾减量化、无害化、资源化已成为保障国计民生的重大问题。日前住房和城乡建设部、环保部等15部委联合制定的“关于推进城市生活垃圾处理工作的意见”（以下简称“意见”）已报国务院审批，于2011年初下发。“意见”出台后，将大力推动城市生活垃圾处理工作，同时城市生活垃圾处理也将成为地政府城市管理考核的重要容。二、国垃圾处理技术简介 目前国垃圾处理主要使用以下几种技术： 1.卫生填埋处理：这种法是大量消纳城市垃圾的有效措施。但占地面积大，使用 年限短，垃圾分解速度慢（10-20年），填埋区易产生沼气、含毒污水，对空气、土壤和地下、地表水产生污染。大城市边由于土地资源紧，更限制了此类法的应用。 2.堆肥处理：该法通过微生物的生化作用，将垃圾中的有机质分解腐烂，转换成 肥料。但该法对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长。堆肥法对塑料、金属等减量程度不高，后续处理量大，运行费及垃圾转运费用高。由于国未能实现有效垃圾分拣，垃圾中含有重金属和有毒化合物等污染物，导致此种肥料不能进入食物链，因此堆肥产品尚面临销路问题。 3.垃圾焚烧发电：该法是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃 烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电式。直接焚烧法可实现城市生活垃圾的减容化和资源化。但其致命缺陷是其焚烧产物中的SOX、NOX、HCl、粉尘和残渣中的重金属。特别是氧化反应产生
生物质热解与煤热解气化比较与现状 关键词：生物质煤热解 研究表明[1]，生物质与煤的热解特性差异很大；生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高。 现今单一煤种的热解在各方面都已经得到广泛的研究，而生物热解方面也正在取得巨大的研究成果。煤热解的气体产物以一氧化碳、甲烷和氢气为主，其中固体产物为固体焦和焦油。生物质热解气化产物主要是不饱和烃类气体和大量的氢气，还有不饱和烃类液体例如苯等。但是相比之下，由于大量水分的存在，生物质热解气化失重率比较大，而由于硫的掺杂，煤气化热解的产物中含有大量含硫氮化合物，使之燃烧会造成严重的环境污染。 为了提高脱硫脱氮的效率和改善煤单独热解产物不饱和度较高的问题，科学各界开始对生物质同煤共热解进行了研究和探索。研究结果[2]表明，生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结，得到粒状焦炭;生物质热解生成较多的H2，有利于煤中硫和氮的脱除;同时随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低，热解脱硫和脱氮率增大。 根据研究[2]可知，生物质热解的最大热解峰（低于400摄氏度）和煤的最大热解峰（高于400摄氏度）不重合，而且差值有的在100摄氏度以上。由此可知，生物质与煤共同热解没有明显的协同作用。为了解决不同步热解的问题，科学界提出了两步法煤与生物热解、利用煤的黑度比生物质高的特点以辐射的加热方式进行同步加热、两段管式炉分步控温进行热解等。这些方法的核心都在于利用生物质的富氢产物为煤脱硫脱氮提供天然低廉的氢来源，同时也提高了煤的轻质液相产率，气体中的不饱和烃含量降低，将富裕的生物氢转移到了缺氢的煤焦中。 鉴于生物质与聚合物及生物质与煤的共热解或两步法热解具有很大的优势，加强生物质与聚合物的共热解和生物质与煤的共热解及两步法热解的研究显得很有必要。深入研究生物质与聚合物共热解的协同作用的机理，加强研究生物质与煤共热解中脱硫、脱氮及固体焦具有较强吸附能力的机理，同时，进一步研究改进生物质与煤两步法热解的工艺，为实现生物质中富裕的氢向煤的转移提供可能。 参考文献 [1] 尚琳琳，程世庆，张海清。生物质与煤共热解特性研究 [2] 马光路。生物质与聚合物、煤供热解研究进展
生物质快速热解技术 摘要：生物质能源是可再生能源的重要组成部分，有丰富的资源和低污染的特点，它的开发与利用已成为2l世纪研究的重要课题。本文概述了生物质转化利用的方法，并重点阐述了生物质热化学转化法中的快速热解技术，同时综述了国内外快速热解反应器的现状，以度其产物——生物油的收集与特征分析，并提出了我国在快速热解研究方面应采取的有关措施。 生物质是地球上绿色植物通过光合作用获得的各种有机物质，它是以化学方式储存太阳能，也是以可再生形式储存在生物圈的碳。主要包括林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源作物、城市垃圾、有机废水和人、畜粪便等。 据统计，世界每年生物质产量约l460亿吨，其中农村每年的生物质产量就有300亿吨，而生物质的利用却仅占世界能源消耗总量的l4％，发达国家占3％，发展中国家占35％，是继石油、煤炭、天然气等化石能源之后，当今全球第四大能源。但随着化石能源利用中产生诸如“酸雨”、“温室效应”等环境问题的日益突出，以及化石燃料本身可开采量的逐渐减少，生物质能源凭借其是一种环境友好型能源，及其利用中较低的SO、NO产出和CO净排放量为零等优点，引起了越来越多人的关注。 不言而喻，生物质能源将是未来可持续发展能源体系的重要组成部分，无论是从环境，还是从资源方面考虑，研究生物质能源的转化与利用都是一项迫在眉睫的重大课题。 1生物质转化利用方法 1.1生物法或称为微生物法 生物质(主要是农作物秸秆、粪便、有机废水等)在厌氧条件下发酵制得沼气，主要成分是甲烷；糖类、淀粉类原料水解发酵制取酒精。 1.2化学处理法 生物质中的半纤维素在酸l生条件下加热水解获得重要的化工原料糠醛；利用稻壳生产白炭黑等。 1.3热化学转化法 1.3.1热解生物质在隔绝或少量氧气的条件下，热解反应获得气体、固体、液体3类产品。近几十年来国外研究开发了快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，其得率高达70％以上，是一种很有开发前景的生物质应用技术。 1.3.2液化分直接液化和间接液化两类，直接液化是生物质在高压设备中，添加适宜的催化剂，反应制得液化油，作为汽车用燃料，或者分离加工成化工用品，这是近年来生物质能利用研究的热点。间接液化是把生物质先气化成气体后，再进一步合成液体产品；或者把生物质中的纤维素、半纤维素水解，然后再发酵制取酒精。 1.3.3气化生物质在较高的温度(700—900℃)下，与气化剂(如空气、氧气或水蒸气)反应得到小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是空气作气化剂，产生的气体主要作为燃料使用，可用于锅炉、民用炉灶、发电等场合，也可作为合成甲醇、氨的化工原料。气化技术在国外已实现大规模工业化，主要有气化发电技术，目前我国在此方面已基本完成中试与小规模生产，现正走向大型产业化生产阶段。 1.3.4直接燃烧生物质在充足氧气的环境下直接燃烧，把化学能转变为热能。近年来还出现了生物质固化成型技术，通过机械加压的方法将分散、无定形生物质转化为一定形状和密度的固体燃料，然后再燃烧。 热化学转化法可用图1表示：
生物质气化技术概述 1. 背景 生物质气化以木头等为原料，在氧气不充足情况下，加热使木头等生物质裂解产生合成天然气，再用合成天然气加热却暖或发电。生物质气化与传统的烧木头等方式加热不同，传统烧木头、秸秆等是在氧气充足情况下燃烧，而生物质气化是在氧气不充分情况下加热。 气化的基本定义为：不完全氧化的热化学反应过程，把含碳物质转化成一氧化碳、氢气、二氧化碳及碳氢化合物如甲烷等。反应温度一般大于700?C，一般在700－1000?C 间。 生物质气化主要过程如下： 生物质预处理后→进入气化炉→加氧气或水蒸气→燃烧气化→产生的气体出来除 焦油→气体冷却→气体净化（除硫化氢、除二氧化碳）→甲烷化→合成天然气（合成气）。 合成气在此作为加热及其他燃料驱动蒸汽机及发电机发电。合成气进一步加工，比如经过费－托反应可以生成液体生物柴油。此过程在二战时，被德国比较大规模地采用，弥补石化柴油不足。 如今，生物质气化的研究与应用主要以奥地利、芬兰、英国和德国为主要国家。 2. 生物质气化主要工艺 2.1生物质气化过程发生了如下反应：
1）水－气反应：C＋H2O＝H2+CO 2）还原反应：CO2+C=2CO 3）甲烷化：C+2H2=CH4 4）水－气转换反应：CO+H2O=CO2+H2 CO热值：12.64MJ/Nm3 H2热值：12.74~18.79MJ/Nm3 CH4热值：35.88~39.82MJ/Nm3 空气、氧气和水蒸气可作为气化媒介。但不同媒介对过程与结果有不同的影响。空气便宜，但产出气的热值低；氧气贵，产出气热值高；用水蒸气做媒介产生热值与氧气相当，但也耗费比较高的热能。 2.2 生物质气化炉类型 生物质气化炉主要分三种类型，但还6~有其他个性化炉子： 1. 固定／移动床气化炉 －向上排气炉（气体与原料对流） －向下排气炉（气体与原料同方向流动） －错流移动床 2. 流化床气化炉 －循环流化床 －气泡流化床 －气流床（携带床，Entrained flow bed)
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ENERKEM气化热解技术与气化焚烧的区别?ENERKEM气化热解技术的要点是通过控制空气或者氧气的供给，使得很小部分的原材料燃烧，产生的热能供给剩余的大部分原材料的热解，是一个自动的热化学反应过程，整个气化热解过程只有10秒钟； ?热解又称干馏、热分解或炭化，是指有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体/液体/固体的过程； ?热解和焚烧的相似之处：两者都是热化学转化过程； ?热解和焚烧的主要区别： （1）焚烧的产物主要是CO2和H2O, 而热解产物主要是可燃的低分子化合物, 气态的有H2、CO、CH4和CxHy等； （2）焚烧是固体废物中的主要可燃物质碳和氢的氧化反应, 是一个放热过程，而热解则是一个吸热过程，需要吸收大量的热量来使有机化合物分解。 （3）焚烧只能将产生的热量用来即时发电或供热，而热解的产物是燃料气及燃料油可再生利用，且易于贮存和运输。
ENERKEM技术的工艺路线
ENERKEM技术的环保优势 ?非粮作物为原材料--来源广泛--第二代生物质能源； ?原材料预处理脱水阶段可以产出饮用级别的水，生产工艺不耗水；?非发酵法工艺--节省大量水资源--亦无大量污水产生； ?可控有限燃烧为热解供热，节省能源，亦无有机物焚烧时产生的酸性气体如HCI,HF,NOx的二次污染；从而也没有酸性气体对设备的腐蚀；?热解式气化--低温缺氧热解(700度/3个大气压以下)，碳源转化充分(95%)，不产生如二恶英，呋喃等含氯高分子剧毒气体(700-850度)；?有限燃烧--无直火焚烧炉搅拌作用--极少产生含Hg,Ph,As,Pb的飞尘；?气化后可燃气体纯度高，H2/CO/CO2比例精确，氯/硫/重金属含量低，便于液化成甲醇乙醇，分离的不纯气体可再回用提纯，增加产量；?固态废渣数量少(15%)，无公害可直接填埋，亦可用于生产建材；?绿色生产体系，满足严格的北美环保排放标准。 ?出色的节能减排项目。
如今环境问题越来越成为人们关注的话题，近日，郑州紧跟北上广全面实施“垃圾分类”，更让平日里随处可见的垃圾也成为人们口中的热词，“今天的垃圾你丢对了吗”也成为人们寒暄的话语，这种现象也暴露出全民对于垃圾的关注，更是国家对于生活垃圾无处可放的担忧。 随着“蓝天保卫战”“无废城市”的提出，国家层面也越来越重视固体废弃物带来的新的环境问题，垃圾围城的现象日益凸显，固体废弃物的减量化、资源化、无害化、稳定化处理亟需寻找一条新的出路。 据相关部门公开资料显示，目前我国生活垃圾无害化处理方式主要以焚烧为主，占80%，厌氧消化、卫生填埋、回收利用、堆肥等只占20%左右。生活垃圾焚烧产生的二恶英类物质（PCDDs）是已知的毒性最大的物质之一，焚烧产生的飞灰中含有大量重金属，因此焚烧对大气环境造成比较严重的二次污染。而厌氧消化、卫生填埋不仅需要占用大量宝贵的土地资源，并且渗滤液等有毒有害物质也造成土壤、地下水的严重污染。 塑料垃圾热解气化技术很好的解决了以往塑料垃圾处理中存在的各种环境污染问题。采用塑料垃圾破碎→干化→热解气化的工艺将废塑料热解气化，在此系统中，废塑料经撕碎机撕碎成2 ~ 5公分的碎块（图2），然后经过滚筒干化机（图3）干化后在热解气化装置（图4）中经过高温加热热解气化，产生CO、H2、CH4 等可燃气体，这些可燃气体经过净化系统（图5）冷却净化后直接通入燃烧室进行燃烧，燃烧后的气体通入余热锅炉产生蒸汽提供给附近纸厂使用，余热气体又引入滚筒干化机，使撕碎后的塑料干燥到含水率15%~20%,最后气体脱硫后排入大气中，在这个系统中，整个反应处在贫氧、高温、密闭的条件下，因此杜绝了二恶英类物质的生成，也杜绝飞灰泄露进入大气环境中，此外气化焚
第一章第二节主族元素碱金属和卤素 （一）碱金属元素： １．原子结构相似性：最外层电子数均为，均易电子，具有强性递变性：随着核电荷数的递增，电子层数逐渐，原子半径逐渐，失电子能力逐渐，还原性（元素金属性）逐渐。从Li到Cs的金属性逐渐增强。 ２．碱金属化学性质的相似性： 4Li + O2 Li2O 2Na + O2 Na2O2 点燃点燃 2 Na + 2H2O ＝2NaOH + H2↑ 2K + 2H2O ＝2KOH + H2↑ 2R + 2 H2O ＝ 2 ROH + H2 ↑ ★★结论：碱金属元素原子的最外层上都只有___个电子，都显___ 价. 它们的化学性质相似。都能与水和氧气反应 ★★结论：１）原子结构的递变性导致化学性质的递变性。 ★★★２）金属性强弱的判断依据：与水或酸反应越容易，金属性越强；最高价氧化物对应的水化物（氢氧化物）碱性越强， 碱性：LiOH ＜NaOH ＜KOH ＜ RbOH ＜ CsOH 3．碱金属物理性质的相似性和递变性： 1）相似性：银白色固体、硬度小、密度小（轻金属）、熔点低、易导热、导电、有展性。2）递变性（从锂到铯）：①密度逐渐增大（K反常）②熔点、沸点逐渐降低 ★★小结：碱金属原子结构的相似性和递变性，导致了碱金属化学性质、物理性质的相似性和递变性。 （二）卤族元素： １．原子结构相似性：最外层电子数均为，均易电子，具有强性递变性：随着核电荷数的递增，电子层数逐渐，原子半径逐渐，得电子能力逐渐，氧化性（元素非金属性）逐渐。还原性（元素金属性）逐渐从F到I的非金属性逐渐减弱。 ２．卤素单质物理性质的递变性：（从Ｆ2到Ｉ2） （１）卤素单质的颜色逐渐加深；（２）密度逐渐增大；（３）单质的熔、沸点升高 3．卤素单质与氢气的反应：Ｘ2 ＋ H2＝ 2 HX 卤素单质与H2的剧烈程度：依次减弱；生成的氢化物的稳定性：依次减弱生成的氢化物的稳定性：HF HCl HBr HI
Ξ 生物质快速热裂解工艺及其影响因素 黑龙江省人民政府农村能源办公室 潘丽娜 摘 要 介绍了目前生物质快速热裂解的工艺及其影响因素,表明了生物质快速热裂解工艺及技术是目前生物质能利用各种方式中很有前途的利用方式。以小型流化床为例着重介绍了生物质快速裂解装置组成及设备工作原理,并分析了影响生物质快速热裂解过程及产物的主要因素,分析表明,温度是影响热裂解过程中最主要因素。 关键词 生物质快速热裂解 应用 工艺类型 装置组成 影响因素 中图分类号:Q941 文献标识码:A 文章编号:1009—3230(2004)02—0007—02 0 前言 生物质是一种潜在的能源资源,是人类未来能源和化学原料的重要来源,生物质资源包括:农作物秸秆,柴薪、水生植物、油料作物和各种有机废弃物。在我国农村能源消费中生物质占70%。而在我国生物质能利用技术的研究和开发较晚,农村能源中的生物质的很大部分都以直接燃烧的形式利用,这种利用方式不仅能源利用率低,平均热效率不到25%,而且燃烧带来的大量烟雾给空气造成严重的污染。 1 生物质热裂解概念及其基本原理 111 生物质热裂解的概念 生物质热裂解(热分解)是指在隔绝空气或只通入少量空气的条件下,使生物质受热而发生分解的过程。生物质发生热裂解时将生物质分解成3种产物:气体(不可冷凝的挥分份)、液体(可冷凝的挥发份)和固体(炭)。 2 生物质热裂解的工艺 流化床快速热裂解的工艺流程较为简单,结合图1所示流程图对其工艺流程加以分析:上线为生物质颗粒一定的速率进入流化床反应器,在反应器内与高温的砂子流化充分接触,高温发生热裂解反应,反应生成的固体小颗粒随气流向上流入旋转分离器,在旋风分离器中因离心力,器壁摩擦力,以及小颗粒自身的重力作用下落入旋风分离器底部的集炭箱中,并收集。下线为气相流,空气经压缩机打入贫氧发生器,再经反应得贫氧气体充当载气,在压力的作用下,载气先通入螺旋进料器以保持进料器系统有一个足够的送风压力以保证预料顺利进入反应器,两路气体在床内一起流化砂子和原料混合物,经热裂解之后生成的气体与载气一起通过旋风分离器分离,从旋风分离器流出的气体在金属冷凝器,球型玻璃管冷凝可液化的气体,之后,剩余的气体由转子流量计再经过滤器进入收集装置。 3 生物质快速热裂解工艺主要影响因素分析 不同的工艺类型对产物及产物的比例有着重要的影响,不同的反应条件对热裂解的过程和产物亦有不同的影响。就目前的研究而言,总的讲来,影响热裂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化学反应;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。在具体的操作方面表现为:温度、升温速率、物料特征以及反应的滞留时间和压力等等。 311 滞留时间的影响 滞留时间在生物质快速热裂解反应中有生物质颗粒的固相滞留时间和气相滞留时间之分,而 7 2004年第2期(总第86期) 应用能源技术 Ξ收稿日期:2004—01— 21
单选题 1.以下哪个被认为是当前生物质气化的技术瓶颈？（5.0分） A.水分问题 B.灰分问题 C.焦油问题 D.温度问题 我的答案：C√答对 2.固定床气化过程中，下列哪个阶段的温度最高？（5.0分） A.干燥层 B.热解层 C.氧化层 D.还原层 我的答案：C√答对 3.下列选项属于下吸式固定床气化炉优点的是（）。（5.0分） A.气化效率高 B.燃气热值高 C.焦油量较低 D.热利用率高 我的答案：C√答对 4.固定床气化过程中，下列哪个是生物质反应的第一阶段？（ 5.0分）
A.干燥层 B.热解层 C.氧化层 D.还原层 我的答案：A√答对 5.固定床气化炉中提供主要热源的是（）。（5.0分） A.干燥层 B.热解层 C.氧化层 D.还原层 我的答案：C√答对 6.生物质的元素组成中，与煤炭相比，下列哪个元素的含量比较高？（5.0分） A.C B.H C.O D.S 我的答案：C√答对 7.生物质气化生产的可燃气体主要用于发电。目前小型系统常采用（）气化炉和（）发电。（5.0分） A.固定床；燃气轮机
B.流化床；燃气轮机 C.流化床；内燃机 D.固定床；内燃机 我的答案：D√答对 8.秸秆的化学组成中，下列哪个组成含量最高？（5.0分） A.纤维素 B.半纤维素 C.木质素 D.提取物 我的答案：A√答对 9.下列哪个不属于生物质的热转化技术？（5.0分） A.燃烧技术 B.气化技术 C.热解技术 D.沼气技术 我的答案：D√答对 10.在气化技术路线中，通常规模最小的是？（5.0分） A.下吸式固定床 B.上吸式固定床 C.流化床
【创新案例】生物质热解气化技术 1背景 随着日益严峻的环境污染问题，各国政府都越发重视可再生能源的开发与应用。生物质气化技术作为新一代生物质利用技术，具有能源转化效率高、设备简单、投资少、易操作、占地面积小、不受地区、燃料类型和气候限制等特点，在为工业生产提供生产必须的电和热(热水/蒸汽)的同时，副产品可被用于制备炭基肥、活性炭及冶金行业保温材料等。项目环保性能和经济性能俱佳，对于降低工业生产用能成本，促进我国能源利用朝着绿色可持续方向迈进具有重要意义。 2解决方案 费曼能源采用国际领先的全新一代生物质气化技术，该技术通过精准控制热解可以将生物质转化为高品质合成气，合成气可用于燃烧生产工业生产必须的电能及热能(热水/蒸汽)，副产品生物炭具有较高的商业利用价值。由于副产品的高效利用可显著降低电能及热能的生产制备成本，在帮助工业企业实现低碳化绿色生产的同时，显著降低工业企业用能成本。目前，可利用的生物质原料包括:稻壳、竹屑、木屑、烟叶梗、山核桃壳、棕榈壳、椰子壳、玉米芯渣、甘蔗渣、柚子壳、酒糟、制药残渣、造纸剩余物、干化污泥、高聚物废弃物等。3生物质热解气化反应原理4设备示意图5技术对比与其他
生物质供热应用方式相比，生物质热解气化的优势如下:6案例根据国家及江苏省政府清洁能源替代燃煤锅炉的相关政策，江苏泰兴化工园区内的多家化工企业，急需淘汰燃煤锅炉。费曼能源作为项目所有者及实施方，以“生物质天然气”多能互补方式，以稻壳为原料，为园区企业提供热蒸汽等清洁能源，副产物稻壳炭作为保温材料销售给钢厂或有机肥公司。 项目地点：江苏泰兴项目规模：18t/h(15t/h 备用)原料用量：2.66万吨/年蒸汽产量：6.45万吨/年稻壳碳/灰分量：0.63 万吨/年客户类型：食品、化工、印染、电池等所有生产用热企业解决问题：(1)降低企业用能成本，吨蒸汽使用成本降低20元/吨以上(2)降低企业清洁化改造成本，蒸汽管网直接连通各用热企业 (3)帮助企业实现绿色生产，彻底杜绝自备锅炉环保不达标而造成的非生产性停产。技术创新：“生物质天然气”多能互补方式该项目的产品分为能源产品(热蒸汽)和副产品(稻壳炭)。其中能源产品是客户主要的需求，副产品销往附近钢厂用于熔炼工艺保温材料，为项目创造另一部分收益。稻壳炭还可进一步深加工，做成炭基肥等，真正实现(农业能源环保)循环经济生态圈。
3.2 热解气化处理技术 废水污泥在热解气化过程中将经历一系列的物理和化学变化，在缺氧性、有蒸汽参与的还原性气氛条件下污泥将发生一系列化学反应（如表4所示）。 表4: 污泥在热解气化过程中的主要化学反应 化学反应式 处理过程中的热行为 C（燃料中的碳）+ O2 →CO2 + 热量 放热 C + H2O（蒸汽）→CO + H2 吸热 C + CO2 →2CO 吸热 C + 2H2 →CH4 放热 CO + H2O →CO2 + H2 放热 CO + 3H2 →CH4 + H2O 放热 污泥的热解过程可分为三个阶段：一，干燥期；二，热解期；三，需热（气化反应）期。在干燥阶段，污泥中的水分以蒸汽形态脱离污泥相，根据所采用的热解气化装置类型的不同，在干燥阶段干污泥的产率从85%到93%（占绝干污泥的比率）不等（资料来源：Furness and Hoggett, 2000），干燥阶段的操作温度约为150℃（302℉）；污泥干燥完成后，其温度即被提高到400℃（752℉），进入到热解反应阶段；在最后一个阶段，热解产生的可冷凝气相产物和不凝性气相产物以及热解焦产物发生气化反应（需热阶段），热解产物被氧化、然后再被还原，并被转化为焦渣块、蒸汽、焦油及气体产物。污泥的氧化反应剂为二次送入炉中的、经过化学式量计算并计量过的氧气。在气化阶段，炉膛的操作温度范围在800到1400℃（1472至2552℉）之间，为了维持气化反应所需的温度，需补充
加入煤炭或石油焦做为辅助燃料。 需热期之后，从炉中引出的高温合成原料气体可采用水、泥浆和/或冷的循环合成气进行急冷降温处理，在进行除尘处理之前也许还需要对合成原料气再进行一次冷却处理，此时可采用热交换器（安装于合成气冷却装置系统内）。当采用水喷淋法除尘方式时，颗粒物被水捕集，然后对含尘水进行过滤处理；也可以采用干式滤尘器或热气体过滤器来除去合成气中的颗粒物。合成气在被冷却的过程中，若温度降到水的露点以下时，合成气中的水分即会发生凝结；洗涤器和合成气冷却装置中排出的水中肯定含有一定量的可溶性气体成分（如氨、氰氢酸、氯化氢、硫化氢等）。此时的合成气是否还需要进一步精制处理则取决于其最终的用途，但不论最终用途如何，通常都会对其进行脱除硫化物（主要为硫化氢）处理并回收可进行市售的商品级高纯硫产品。从合成气冷却和净化处理装置中排出的水经过脱除固体颗粒物处理之后，一般被输送回热解气化炉或洗气器中循环使用；循环使用时，必须对其中一定比例的水流进行净化脱盐处理以避免水中可溶性盐类的累积，脱盐处理后的水可继续循环使用，也可将其中的一部分排放到常规污水处理装置。合成气冷凝水还应当采取蒸馏法来脱除其中的氨、二氧化碳和硫化氢成分。污泥热解气化的三个阶段均在同一台气化反应器中进行，反应器的运行工艺参数变化范围则与其型式有关。 最为常用的气化装置有固定床反应器、流化床反应器和循环（移动）床反应器三种类型。固定床和流化床气化装置通常设置有耐火材料内衬或水冷壁以防止高温对反应腔室的损害，这两类气化装置常采用旋转式或固定式炉排设计。移动床气化装置不常见，一般采取在金属材质的反应腔室中设置间接加热系统的方式来确保反应的温度。近年来新开发的废水污泥热解气化工艺中，最引人关注的是“Lurgi -Rhurgas工艺”，这是一种基于循环流化床技术的新工艺，该技术系采取强化污泥颗粒与循环流态化热媒之间的接触几率，从而使产出的合成气热值高达23MJ/m3。 与废水污泥热解气化装置污染物排放方面有关的数据非常少，这可能与污染物排放情况变化多端、难以获得稳定数据有关。对污泥热解气化过程污染物排放情况有重要影响的因素有：装置类型、污泥特性、操作工艺条件（温度及压力）、以及气相氛围操作条件等。法律规定必须大幅降低排量的废水污泥热处理过程的
碱金属卤族元素练习题 1.下列叙述中错误的是（） A.随着电子层数增多，碱金属元素的原子半径逐渐增大 B碱金属单质具有还原性，形成的离子具有强氧化性 C碱金属单质熔、沸点随着核电荷数的增大而降低 D碱金属元素在自然界中都是以化合态存在的 2.关于铯及其化合物的以下各种说法中不正确的是（） A.氢氧化铯是一种强碱，比KOH勺碱性强 B.铯与水或酸溶液反应剧烈，都生成氢气 C.Cs的还原性比Na强，故的氧化性大于Cs+ D.AI的金属性大于铯的金属性 3.下列说法中正确的是（） A.碱性：LiOH > NaOH > KOH > RbOH B.金属性：Rb > K > Na > Li C.和酸反应时1个Fe能失去2电子，1个Na失去1个电子，所以
Fe的金属性强于Na D.Rb不易与水反应放出H 4.已知金属钾有如下性质： 钾的密度比水小钾的熔点低钾与水反应时放出热 量④钾与水反应后溶液呈碱性 某学生将一小块金属钾投入滴有酚酞溶液的水中，以上实验能证明上述四点性质中的（） A.①④ B. ①②④ C.①③④ D. ①②③④ 5.下列各组物质性质比较的表示中，正确的是（） A.还原性：HF > HCI> HBr > HI B.稳定性：HF < HCI < HBr Br 2 > I 2> F 2 D.密度：F2< Cl 2< Br 2< I 2 6.卤素是最活泼的一族非金属元素，下列关于卤族元素的说法正确的是（） A.卤素单质的最外层电子数都是7 B.从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，半径依次减小 C.从F到I,原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子 的得电子能力依次减弱 D.卤素单质与f化合由易到难顺序为F2< Cl 2< Br 2< I 2 7.X、Y是元素周期表第叫A族中的两种元素，下列叙述能说明X
垃圾热解气化项目报告书 一、垃圾热解气处理技术简介 垃圾热解气是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。在运行过程中所生成的气体含有大量甲烷、一氧化碳和氢气，可以用于工业燃气，具有良好的经济效益。 垃圾热解气技术的环保特点在于：能从根本上解决二噁英的生成，同时减少空气中有毒物质的排放量，将重金属固化并有效回收利用，有利于城市环境的发展。 北京宝能科技有限公司垃圾热解气化技术是针对城市垃圾差异性较大所提出的一套低成本、适合中国国情的城市生活垃圾清洁综合利用技术，主要是让城市生活垃圾在还原性气氛下发生反应，从源头上避免二噁英的生成。 根据垃圾处理过程，可日处理100—2000吨生活垃圾，每吨生活垃圾（干基）最低可产生约1500立方米的燃气，热值约1500大卡/立方米，能够满足一般工业燃气的需要。而垃圾处理后产生5%―8%体积的固体无机物，可作为生产建筑砌块。酸性气体作为气化剂在气化炉中得到处理。清洁处理后的合成气可作为燃料供给锅炉，也可经过高效燃气轮机发电机系统发电。 1.1开发垃圾热解项目的市场背景 1.1.1.我国垃圾资源概况 垃圾是一种可再生资源，如果能够有效的资源整合利用，能够创造巨大的经济效益，目前政府部门也越来越重视垃圾资源的回收问题。随着城镇化工业化进程加快，未来我国生活垃圾处理设施的建设力度将大幅增加。 垃圾处理行业拥有着庞大的市场容量，据统计，全球每年排放各类垃圾近5亿吨，中国主要城市年产生活垃圾1.5亿吨，并且还在以每年8%—10%的速度攀升。建设部2010年调查结果显示，全国600多座城市中，有1/3以上正在陷入垃圾重
浅析垃圾热解气化技术 垃圾处理方式随着技术的更新和发展逐渐优化，从一开始的填埋，到生物质利用，再到现在减量化效果最好的焚烧，每一步的技术更新都引领着行业的发展方向。和垃圾焚烧一样，能做到真正3R 原则的处理方式，是垃圾热解法。但据统计，国内垃圾主要以填埋、焚烧和堆肥为主。填埋是目前的主要处理方式，占比近一半，焚烧占12注右，堆肥不到10%仍有30%勺生活垃圾未能处理。 那么为什么和垃圾焚烧一样能达到3R原则的垃圾热解技术却没能占得市场先机呢？我们先来了解什么是垃圾热解技术。 定义及作用原理：热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等。固态的主要是焦炭和炭黑。
热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。热解产率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度与速度。 热分解过程由于供热方式、产品形态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异。 按热解温度不同，1000OC以上称为高温热解，600 -700 oC称为中温热解，600oC以下称为低温热解。按供热方式不同，分为直接加热法和间接加热法。直接加热法指垃圾部分直接燃烧，或向热解反应器提供空气、富氧或纯氧作为补充燃料。纯氧作催化剂会产生CO2 H2O 等气体，其混在热解可燃气中，稀释了可燃气，会降低热解气的热效应。采用空气作催化剂则含大量N2,更稀释了可燃气，使热解可燃
一、热解分类 根据反应温度和加热速率的不同，生物质热解工艺可分成慢速、常规、快速或闪速几种。慢速裂解工艺已经具有了几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程川，低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1-1℃)的常规热 裂解可制成相同比例的气体、液体和固体产品: 快速热裂解大致在10-200℃/S的升温速率，小于5秒的气相停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气相停留时间通常小于1秒，升温速率要求大于1护'C/S.并以102-1护Vs的冷却速率对产物进行快速冷却。但是闪速热裂解和快速热裂解的操作条件并没有严格的区分，有些学者将闪速热裂解也归纳到快速热裂解一类中，两者都是以获得最大化液体产物收率为目的而开发。 事实上，现在人们在考虑生物质的热解机理时，常常假设生物质的三种主要组成物独立进行裂解。纤维素主要在325℃-375℃之间裂解，半纤维素主要在225℃-325℃之间发生裂解，而木质素则在250℃-500℃之间发生裂解(大多数木质素裂解发生在310℃-400℃之间)(shafizadch和Chin. 1977)。纤维素和半纤维素的裂解产生大多数的挥发物，而木质素裂解产生大多数的碳。 二、纤维素热解机理 1、纤维素结构 纤维素是由D-葡萄糖通过β(1-4)一糖苷键相连形成的高分子聚合物。不同的分子通过氢键形成大的聚集结构。目前的研究表明纤维素存在五种结晶变体，即纤维素I，Ⅱ，Ⅲ, IV和V。其中纤维素I是纤维素的天然存在形式。 纤维素是自然界中大量存在的天然高分子物质，是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由吡喃葡萄糖普通过0-1, 4-搪昔联结成的线性大分子，一般可用通式(C6HioO5)n表示, n称为聚合度，通常情况下在104左右. 纤维素是由β-D-葡萄糖为聚合单元构成的直状高聚物, 分子通式为(C6H10O5)n。它是具有饱和糖结构的典型碳水化合物，为生物质细胞壁的主组成部分。在高温作用下, 纤维素会发生一系列复杂的脱水、解聚、脱挥发分和结构重整等变化。纤素热解动力学涉及这一系列复杂变化中包含的各反应机理。但是, 由于热解过程中并行或者顺序发生的反应数目众多，实际上不可能、对工程应用来说没有必要建立一个考虑了所有这些反应的详尽的动力学模型. 因此, 该领域内的研究者关注的大多是谓的“准机理模型(pseudo－mechanistic model) ”, 在这一类模型中, 热解产物被笼统地划分为挥发分、固定碳等几大类. 总体上, 准机理模型有两种：单步全局模型和半全局动力学模型[]。 [ 7 ]余春江, 骆仲泱, 方梦祥, 廖燕芬, 王树荣, 岑可法；一种改进的纤维素热解动力学模型；浙江大学学报（工学板），2002：36，509-515 2、纤维素热解机理 由于纤维素在生物质原料中占据了几乎一半的含量，其热裂解行为在很大程度上体现出生物质整体的热裂解规律，纤维素具有最为简单的结构且在不同的材质中其结构和化学特性变化最小，因而当前研究基本上都从纤维素的热解行为入手开展工作。 纤维素热解动力学模型体现了纤维素热解化学反应的本征过程，是整个热解模型的核心部分。动力学模型的可靠性对于颗粒热解模型是否能正确反映真实过程至关重要。 2.1源于对纤维素燃烧过程的研究 纤维素热裂解机理的探索，最早源于对纤维素燃烧过程的研究，通过纤维素燃烧试验，Broido发现纤维素在低温加热条件下，经由吸热反应一部分纤维素转化为脱水纤维素。热裂解
生物质气化技术 一、常见生物质气化炉类型 1、生物质气化按照使用的气化炉类型不同分为固定床气化和 流化床气化两种。固定床气化炉是将切碎的生物质原料由 炉子顶部加料口投入固定床气化炉中，物料在炉内基本上 是按层次地进行气化反应。反应产生的气体在炉内的流动 要靠风机来实现，安装在燃气出口一侧的风机是引风机， 它靠抽力（在炉内形成负压）实现炉内气体的流动；靠压 力将空气送入炉中的风机是鼓风机。固定床气化炉的炉内 反应速度较慢。按气体在炉内流动方向，可将固定床气化 炉分为下流式（下吸式）、上流式（上吸式）、横流式（横 吸式）和开心式四种类型。 a、 下流式固定床气化炉示意
气固呈顺向流动。运行时物料由上部储料仓向下移动，边移动边进行干燥与热分解的过程。在经过缩嘴时，与喷进的空气发生燃烧反应，剩余的炭落入缩嘴下方，与气流中的CO2, 和水蒸气发生反应产生CO 和H2。可以看出，下吸式气化炉中的缩嘴延长了气相停留时间，使焦油经高温区裂解，因而气体中的焦油含量比较少；同时，物料中的水分参加反应，使产品气中的H2含量增加。 b、 上流式固定床气化炉示意 气固呈逆向流动。在运行过程中湿物料从顶部加入后被上升的热气流干燥而将水蒸气带走，干燥后的原料继续下降并经热气流加热而迅速发生热分解反应。物料中的挥发分被释放，剩余的炭继续下降时与上升的CO2及水蒸气发生反应产生CO和H2。在底部，余下的炭在空气中燃烧，放出热量，为整个气化过程供热。由图2 , 可见，上吸式气化炉具有结构简单，操作可行性强的优点，但湿物料从顶部下降时，物料中的部分水分被上升的热气流带走，使产品气中H2的含量减少 横流式固定床气化炉示意
GYY立式连续热解气化焚烧技术--废弃物焚烧最佳解决方案 光耀环境工程
概述 光耀环境工程(光耀环境)，是光耀能源技术股份全资子公司，光耀环境以高新技术为先导，系专业从事节能环保领域的技术开发、工程设计、产品制造、设备成套及工程总承包的国家级高新技术企业。 光耀环境工程固废事业部从事废弃物焚烧系统工程的咨询、总包（EPC）、焚烧系统的设备研发和制造、焚烧系统的维护维修、代管运行；废弃物处置项目的投资运营（BO）。 公司拥用GYY型立式连续热解气化焚烧系统的全套技术，秉承焚烧”3T+1E”的设计理念，保证系统运行稳定、焚烧彻底减量（≤5%）、尾气排放全面达标，二噁英排放达到欧盟标准。该系统全流程密闭，不存在不可控的漏风点，减少了漏风结露腐蚀。采用塔篦式灰渣下泄装置，灰渣下泻顺畅。 立式连续热解气化焚烧系统适用于中小规模生活垃圾、医疗废弃物、市政污泥、工业废弃物（固体/半固/液体）的焚烧减量处理。目前公司已形成单线日焚烧5吨至300吨的生产能力。 坚持诚信、注重业绩、渴望变革是我们的核心价值观，我们拥有国家节能环保领域的权威专家团队，以及适合人才发展的企业运行机制。我们承诺：将永远保持坚定的诚信，对客户极高的热情，为用户提供高价值解决方案和服务。
GYY立式连续热解气化焚烧技术 GYY型立式热解焚烧处置系统由自动进料、热解气化炉、二燃室、换热器、烟气净化、自动控制（含在线监测）及余热综合利用等组成。核心部分为无需添加辅助燃料助燃的立式热解气化焚烧炉，是公司自主研发的废弃物焚烧专用设备。 将国际流行的热解气化技术引入立式圆筒热解气化焚烧炉，与传统的炉床炉焚烧机理有机结合，重点针对传统的炉床炉和热解气化炉的缺点和不足之处，在炉型结构上和焚烧技术方面进行了独特的创新设计。在结构创新上，采用主燃室,二燃室和余热锅炉比邻布设，使热能得以集中和充分利用；多功能可控炉排，使垃圾均匀布撒，且有破拱通风作用；高效导热火墙有效地沟通两个燃烧室的热学空间；运行时不需添加辅助燃料，靠废物自燃实现废物燃烬烧结。在焚烧技术创新上，采用副炉膛以干燥热解气化为主，烟气下行；主炉膛中部以深度焚烧为主，烟气上行，两种烟气强制混合并控制在最佳的空间位置侧向进入二燃室进一步燃烧，使废物的固、气相态均得到充分燃烧。从而使生活垃圾焚烧处置达到国家标准要求。 在集成创新上，采用磁力雾化方式的半干法急冷脱酸＋活性炭粉预敷＋袋式除尘器除尘的烟气净化处理工艺，可使烟气稳定达标排放；自动提升上料和自动除渣系统大大地降低了操作人员的劳动强度，保证了操作人员的安全卫生；磁力雾化方式的半干法急冷脱酸的烟气净化系统使整个生产过程中无工艺废水产生，达到了零排放。PLC+PC的计算机控制系统能对焚烧控制参数和烟气净化处理的工艺参数实施有效地调节和控制，并实现对所有运行参数的监测、显示、记录和控制、数据传输、系统的安全保护等功能，既提高了管理水平，又保证了处置效果。主要技术指标与国外同类技术相当，在国同类技术中处于领先水平，可有效地解决中小城市生活垃圾焚烧处置工艺设备的国产化或本土化问题。 项目产品已经通过了国家认可的专业机构的检测，检测结果为各项指标符合国家规和标准要求（尤其是二恶英的检测指标低于欧盟检测标准），该项目成果达到了国领先水平，通过推广应用将会取代同类设备的进口。 GYY立式热解气化焚烧系统技术参数：
碱金属和卤素综合复习题精编 一、填空题 1、碱金属元素（放射性元素除外）包括，其中金属性最强的是，原子半径最小的是，密度最大的是，它们在自然界中都是以形式存在，他们原子结构的特点是，它们通常显价，与水反应的剧烈程度由大到小的，与氧气反应的剧烈程度由大到小的是。 2、钠是一种固体，它的焰色反应呈色，钾的焰色反应呈色，需要透过去观察，是为了避免混有的干扰。 3、钠很容易和空气中的、等物质反应，通常将钠保存在中。 4、钠与水反应的现象用五个字来概括、、、、。 5、卤素包括的五种元素，它们都是分子，在自然界中，它们是以形式存在，密度最小的是元素，熔沸点最低的是元素，它们共同的原子结构特点是，这导致它们很容易得到电子，具有性，其中这种性质最强的是元素，它们与氢气化合的难易程度由大到小是，形成氢化物的稳定性由大到小是，在卤素中，只有一种单质能和水反应产生氧气，这种物质是，反应的化学方程式是，卤素都能溶于苯和四氯化碳等有机溶剂，溴溶于有机溶剂后，显色，碘溶于有机溶剂后，显色（补充知识点：四氯化碳密度比水大，苯的密度比水小）。 6、氯气呈色，密度比空气，毒有刺激性气味的气体。 7、氯水是物，新氯水制呈，是因为里面含有的缘故，紫色石蕊试纸遇到氯水后，颜色变化是，这是因为氯水里面含有的缘故。氯水久置后，发生的颜色变化是，产生的无色气体是气，该反应的化学方程式是。 8、碘单质加热易，遇到淀粉会变。 9、碱金属单质具有性，卤素单质具有性。 二、选择题 1、钠着火时，采用哪种灭火方式最好（） A. 水 B. 煤油 C. 泡沫灭火器 D. 砂子 2、下列关于碱金属元素叙述中正确的是（）
A. 锂是碱金属中最不活泼并可以在自然界中以游离态存在的元素 B. 锂原子的半径比其他碱金属原子的半径都要大 C. 碱金属只有钠需要保存在煤油或石蜡中 D. 碱金属的单质都可以通过人工的方法从其他化合物中获得 3、鉴别苏打（碳酸钠）和小苏打（碳酸氢钠）溶液最好的试剂是（） A.盐酸 B. 石蕊试液 C. 酚酞试液 D. 氯化钙 4、下列各组物质中不能反应的是（） A.钠和水 B. 钠和氧气 C. 钠和二氧化碳 D. 过氧化钠和二氧化碳 5、将一小块钠放到潮湿的空气中，最终形成的产物是（） A.过氧化钠 B. 氯化钠 C. 碳酸钠 D. 氢氧化钠 6、做焰色反应时，使用的铂丝每次都要用试剂洗净，这种试剂指的是（）A．NaOH溶液B．碳酸钠溶液C．稀盐酸D．硫酸溶液 7下列说法正确的是（） A、在化学反应中某元素由化合态变为游离态，该元素一定被还原了 B、失电子能力难的原子获得电子的能力一定强 C、金属单质在反应中只作为还原剂 D、非金属单质在反应中办作为氧化剂 8、卤素（从氟到碘），下列递变规律正确的是（）。 A、单质的密度逐渐减小，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐降低 B、单质的氧化性逐渐增强 C、卤素离子的还原性逐渐增强 D、气态氢化物的稳定性逐渐增强 9、下列能发生反应的是（） A. 氯气和溴单质 B. 氯气和溴化钾 C. 溴化钠和碘化钠 D. 溴化钠和碘单质 10、将氯水滴入KI溶液中，用力振荡，再注入CCl4，振荡后静置，看到的现象为( ) A．液体呈紫红色B．液体分两层，上层为紫色，下层接近无色 C．液体分两层，上层接近无色，下层紫色 D．液体无色 11．证明某白色固体中含有Cl－的正确操作方法是( ) A．加入AgNO3溶液和稀硝酸，看是否有白色沉淀生成 B．溶于水后加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成 C．加入Ba(NO3)2溶液，看是否有白色沉淀生成