生物质气化技术的研究现状

第３１卷第６期　２０１１年１２月　林　产　化　学　与　工　业　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｖｏ１＿３１　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２０１１　

生物质制备合成气技术研究现状与展望　

涂军令　，应浩　，李琳娜　

（１．中国林业科学研究院林产化学工业研究所；生物质化学利用国家Ｘ－．程实验室；国家林业局林产　化学工程重点开放性实验室；江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏南京２１００４２；　２．中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京１０００９１）　

摘要：综述了生物质合成气制备技术的现状，着重讨论了生物质气化技术中气化炉类型、气化　介质、气化温度和气化压力对合成气组成的影响，介绍了生物质热解油气化和生物质超临界气化制　取合成气技术，以及生物质制备合成气过程中气体净化和重整变换等相关技术，分析了各种技术的特点，并展望了生物　质合成气制备技术的发展方向。　关键词：　生物质；合成气；热解；气化；重整　中图分类号：ＴＱ３５；ＴＱ５１　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５３—２４１７（２０１１）０６一Ｏｌ１２—０７　

Ｔｈｅ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｒｔ　ｏｆ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　Ｇａｓ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｒｏｍ　Ｂｉｏｍａｓｓ　

ＴＵ　Ｊｕｎ．１ｉｎｇ‘，ＹＩＮＧ　Ｈａｏ　，ＬＩ　Ｌｉｎ．ｎａ　

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＣＡＦ；Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｌａｂ．ｆｏｒ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；　Ｋｅｙ　ａｎｄ　Ｏｐｅｎ　Ｌａｂ．ｏｎ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳＦＡ；Ｋｅｙ　Ｌａｂ．ｏｆ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，　Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，ＣＡＦ，Ｂｅｒｉｎｇ　１０００９１，Ｃｈｉｎａ）　

生物质气化技术的研究分析

摘要：生物质能是满足当今世界能源需求的最具潜力的可再生能源。利用生物质气化技术能实现CO2的归零排放，节约常规能源，符合可持续发展的要求。本文介绍了生物质气化的原理与工艺和相关气化反应器，阐述了生物质气化特性的影响因素及评价指标，指出了生物质气化技术中需要解决的问题。

关键词：生物质气化，原理与工艺，气化炉，气化特性

能源和环境问题已成为全球关注的焦点，随着能源消耗的迅速增长，化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染和生态破坏，再加上常规能源如煤、石油、天然气等资源量的日益减少，开发洁净的可再生能源成为了可持续发展的迫切需要[1]。与此同时，生物质能在可再生能源中，是地球上唯一能够储存和可运输的清洁能源，资源量大，分布广，开发潜力巨大。

生物质能要真正成为矿物燃料的替代能源，其关键是要将能量密度低的低品位的生物质能转变成高品位能源。如何有效地将生物质转化为洁净、高效的高品位能源，是该领域目前的主要研究课题。当前，生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术。生物质能气化技术就是其中重要的手段之一。

1 生物质气化的原理与工艺

生物质气化是指生物质原料(薪柴、锯末、麦秸、稻草等)压制成型或经简单的破碎加工处理后，在欠氧条件下，送入气化炉中进行气化裂解，得到可燃气体并进行净化处理而获得产品气的过程。其原理是在一定的热力学条件下，借助于部分空气(或氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化为小分子碳氢化合物，获得含CO、H2和CH4的混合气体。

气化技术是目前生物质能利用技术研究的热门方向。典型的气化工艺有以下3种：干馏工艺、快速热解工艺、气化工艺[2]。其中前两种生物质气化工艺适用于木材或木屑的热解；后一种适用于农作物（如玉米、棉花等）秸秆的气化。 2

生物质气化技术的一般工艺过程如图1所示，其主要有四大组成系统，分别为进料系统、气化反应器（气化炉）、气化气体净化系统和气化气体处理系统（如发电系统）。进料系统包括生物质进料、空气进料、水蒸气进料及其控制。气化气体净化系统主要是除去产出气体中的固体颗粒、可冷凝物及焦油，常用设备有旋风分离器、水浴清洗器及生物质过滤器。后处理系统主要是气化气进一步转化利用的装置，诸如发电、制取液体燃料等装置。

第４６卷第１期　２０１２年１月　生　物　质　化　学　工　程　

Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４６　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１２　

・综述评论——生物质能源・　

生物质气化与催化剂的研究进展　

肖志良，左宋　

（南京林业大学化学工程学院，江苏南京２１００３７）　

摘要：生物质气化是一种在高温氧化性介质作用下将生物质热分解为可燃性气体的热解技术。为了提高生物质气化　过程中气化效率、调整可燃性气体组分的含量和去除焦油，通常需要采用不同气化介质、改变气化条件或添加不同的催　

化荆。本文重点综述了生物质气化所使用的介质和催化剂种类以及气化条件对气化气组分，主要是Ｈ２和ＣＯ的影响规　律。最后对未来生物质气化研究进行了展望，提出了几个待研究解决的问题。　关键词：生物质；气化；催化剂；氢气；一氧化碳　中图分类号：ＴＱ３５１；ＴＫ６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５８５４（２０１２）Ｏ１—００３９—０６　

Ｒｅｓｅ．ａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃａｔａｌｙｓｔｓ　

ＸＩＡＯ　Ｚｈｉ—ｌｉａｎｇ，ＺＵＯ　Ｓｏｎｇ－ｌｉｎ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００３７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｍａｓｓ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｗａｓ　ｃｏｎｖｅｎｅｄ　ｉｎｔｏ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ　ｇａｓ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｘｉｄｂｉｌｌｉｔｙ　ｍｅｄｉａ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｖａｒｉａ－　ｂｌｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉｕｍ，ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｃａｔａｌｙｓｔｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔａｒ　ｔｈａｔ　Ｗａｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉａ　ａｎｄ　ｃａｔａｌｙｓｔ，ａｎｄ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｉ．ｅ．，　Ｈ２　ａｎｄ　ＣＯ，ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｅｍｐｈａｔｉｅａｌｌｙ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｗａｓ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ；ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃａｔａｌｙｓｔ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　

生物质资源的开发与利用现状分析研究

随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，生物质资源作为一种可再生的能源和原材料，其开发与利用逐渐成为了研究的热点。生物质资源是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括植物、动物和微生物等。它具有来源广泛、可再生、低碳排放等优点，在能源、化工、材料等领域都有着广阔的应用前景。

一、生物质资源的分类

生物质资源种类繁多，按照来源可以分为以下几类：

1、 农业生物质资源

这包括农作物秸秆、谷壳、甘蔗渣等。我国是农业大国，每年产生大量的农业废弃物，这些废弃物如果得不到合理利用，不仅会造成资源浪费，还会对环境造成污染。

2、 林业生物质资源

主要有木材采伐和加工剩余物、树枝、树叶等。林业生物质资源的利用对于促进林业可持续发展具有重要意义。

3、 水生生物质资源

如藻类、水草等。水生生物质资源生长迅速，具有较高的开发潜力。

4、 能源作物 专门为能源生产而种植的作物，如甜高粱、麻风树等。

5、 城市有机废弃物

包括生活垃圾、餐厨垃圾、污水污泥等。随着城市化进程的加快，城市有机废弃物的产量不断增加，其合理利用对于城市环境的改善具有重要作用。

二、生物质资源的开发技术

1、 生物质直接燃烧技术

这是最古老也是最常见的利用方式。通过直接燃烧生物质获取热能，用于供暖、发电等。但这种方式效率较低，且容易造成环境污染。

2、 生物质气化技术

将生物质在缺氧条件下热解气化，产生可燃气体，如一氧化碳、氢气、甲烷等。这些气体可以用于发电、供热或者作为化工原料。

3、 生物质液化技术

包括直接液化和间接液化两种方式。直接液化是在高温高压下将生物质转化为液体燃料；间接液化则是先将生物质气化生成合成气，然后通过催化反应合成液体燃料。

4、 生物质发酵技术

利用微生物的发酵作用将生物质转化为乙醇、生物柴油等液体燃料，或者产生沼气等气体燃料。 5、 生物质热解技术

在无氧或缺氧条件下，将生物质加热分解为生物油、生物炭和可燃性气体。