燃煤与生物质气化耦合发电技术——生物质气化焦油研究现状

生物质气化技术的工程应用研究在当今能源需求不断增长和环境问题日益严峻的背景下，寻找可持续、清洁的能源解决方案成为了全球关注的焦点。

生物质气化技术作为一种具有潜力的能源转换技术，正逐渐在工程应用领域展现出其独特的优势和广阔的发展前景。

生物质气化是指将生物质原料（如木材、农作物秸秆、林业废弃物等）在一定的温度、压力和气化剂（通常为空气、氧气或水蒸气）的作用下，转化为可燃气体的过程。

这些可燃气体主要包括一氧化碳、氢气、甲烷等，具有较高的能源利用价值。

一、生物质气化技术的原理与分类生物质气化的基本原理是通过热化学过程将生物质中的有机物质分解为小分子气体。

根据气化过程中所采用的气化剂和气化设备的不同，可以将生物质气化技术分为以下几种主要类型：1、空气气化空气作为气化剂，成本低但产生的气体热值相对较低，通常用于直接燃烧或发电等领域。

2、氧气气化使用氧气作为气化剂，能够提高气化反应的温度和气体热值，但氧气的制取成本较高。

3、水蒸气气化水蒸气与生物质反应，生成的气体中氢气含量较高，气体热值也相对较高，但工艺较为复杂。

4、复合气化将上述两种或多种气化剂结合使用，以达到优化气体组成和提高气体品质的目的。

二、生物质气化技术在能源领域的工程应用1、发电生物质气化产生的可燃气体可以直接用于内燃机或燃气轮机发电，或者通过净化后进入燃气蒸汽联合循环发电系统，提高发电效率。

在一些农村地区和偏远地区，小型生物质气化发电装置为当地提供了稳定的电力供应。

2、供热气化产生的气体可以用于工业或民用供热，替代传统的煤炭等化石燃料，减少环境污染。

3、合成燃料通过进一步的化学处理，将气化产生的气体合成液体燃料，如甲醇、二甲醚等，提高能源的储存和运输便利性。

三、生物质气化技术在工业生产中的应用1、生产化学品生物质气化产生的合成气可以作为化工原料，用于生产氨、尿素等化学品。

2、金属冶炼在一些金属冶炼过程中，生物质气化气可以作为还原剂，降低对传统煤炭还原剂的依赖，减少碳排放。

2017年第36卷第7期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·2407·化 工 进展生物质焦油处理方法研究进展李乐豪，闻光东，杨启炜，张铭，邢华斌，苏宝根，任其龙（浙江大学化学工程与生物工程学院，生物质化工教育部重点实验室，浙江 杭州 310027）摘要：生物质气化技术是目前常见的生物质能转化技术，其过程中产生的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道、造成二次污染等危害，而且会降低生物质气化效率。

文章介绍了生物质焦油的组成、危害及其处理方法，重点介绍了最近几年里催化裂解法和等离子体法处理焦油的研究进展，并比较了不同方法的优缺点。

物理法具有设备和操作流程简单的优点，但存在焦油自身能量得不到利用和二次污染等问题。

热裂解法可将焦油转化为气体，具有增加产品气能量含量的优点，但对操作温度的要求高，耗费较大。

催化裂解法的温度低于热裂解法，是目前研究最活跃的领域，但仍普遍存在催化剂稳定性差、易失活、价格高等难题。

等离子体法是近年来新兴的焦油处理方法，包括冷等离子体法和热等离子体法。

其中，热等离子体法具有高温、高焓、高电子密度的特点，为生物质焦油处理技术的发展提供了新的可能。

关键词：生物质；焦油；合成气；热解；等离子体中图分类号：S216.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）07–2407–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2292Advance in the treatment methods of biomass tarLI Lehao ，WEN Guangdong ，YANG Qiwei ，ZHANG Ming ，XING Huabin ，SU Baogen ，REN Qilong（Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education ，Department of Chemical and BiologicalEngineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，Zhejiang ，China ）Abstract ：Biomass gasification is a common technology of converting biomass into energy. The tarproduced in the process of biomass gasification not only leads to equipment corrosion ，pipeline blockage and secondary pollution ，but also reduces the efficiency of biomass gasification. The classification ，potential hazard and treatment methods of biomass tar are reviewed in this paper ，with a focus on the recent research progress of catalytic cracking and plasma treatment methods. The advantages and disadvantages of different methods were compared. Physical method has the advantages of simple devices and easy operation ，but the energy is not fully utilized and the secondary pollution exists. Thermal cracking can convert tar into gas and increase the energy of the produced gas ，however ，the process needs high temperature and cost. Having the lower temperature than thermal cracking ，the catalytic cracking is the most active field in tar treatment ，but the catalysts have the disadvantages of poor stability ，easy deactivation ，high cost etc . Plasma methods include cold plasma method and thermal plasma method ，which are newly developed treatment methods of biomass tar in recent years. Possessing the characteristics of high temperature ，high enthalpy and high electron density ，the thermal plasma method provides new opportunity for the development of biomass tar processing technology. Key words ：biomass ；tar ；syngas ；pyrolysis ；plasma第一作者：李乐豪（1991—），男，硕士研究生。

生物质热解、气化过程中的焦油处理技术本报告分析了生物质热解、气化过程中焦油产生的原因，并介绍了焦油处理技术方法，包括物理、化学方法。

同时，结合工程项目实际，分析热解、气化过程中燃气进内燃机发电和燃气进锅炉、汽轮发电机组发电两种燃气利用方式对燃气中焦油含量的要求，找到满足厂家要求的焦油处理手段，并给出了焦油处理设备的造价。

标签：焦油;热解;气化0 前言生物质热解、气化过程中，焦油的产生无法避免。

焦油的存在对热解、气化系统影响较大，一是会降低热解、气化系统的效率，焦油产物的能量一般占总能量的5%-15%[1-3]。

焦油在200℃以下呈液态，液态的焦油会与灰尘、水等结合在一起，堵塞管道和设备。

对燃气内燃发电机组、燃气轮机本体损伤相当大，且容易堵塞管路。

因此焦油的处理，关系到燃气利用设备运行的好坏。

1 焦油处理的主要方法1.1 物理除焦法物理除焦法无法将焦油完全去除，只是将焦油由气相转化为液相析出，进行收集外卖。

包括干法、湿法、电捕焦等多种方案。

其中干法是采用机械或者过滤的方法，依赖的是离心力，使焦油从燃气中分离出来，其工作温度较高，通常600℃左右。

常用设备包括旋风分离器，陶瓷过滤器，沙床等。

湿法常采用水洗法或者油洗法，通过降温的方式，让焦油中的各种组分逼近其凝固点，这样，能够使大量的焦油冷凝下来。

与水洗法相比，油洗法有其优势，油与油是相容的。

能够对重质焦油、轻质焦油均有较好的捕集作用。

无论水洗法、油洗法，均需设置泵，通常为一运一备，起到可靠的备用作用。

电捕焦，即采用电捕焦油器，利用电极的电晕作用，让燃气中的焦油在沉淀极处凝结。

电捕焦油器通常分为管式电捕焦油器和蜂窝式电捕焦油器。

电捕焦油器应用范围广，已在焦化厂、钢铁厂等各种场合得到了应用，起到了捕集粗燃气中焦油的作用。

1.2 化学除焦法化学除焦法即采用催化剂，如白云石、Ni基催化剂等，将焦油转化成可利用的小分子。

其中最具代表性的催化剂是白云石。

化学方法虽然从根本上解决了焦油问题，但其存在催化剂失活、价格高昂等诸多问题，工程上的主流处理方案依然是物理除焦法。

生物质焦油的特性及其去除方法的研究现状袁惠新;王宁;付双成;单振红【摘要】Biomass tar is the bottleneck which impedes the biomass hot chemical technology development.Only through a complete and exact understanding of features and characteristics of tar,can researchers choose the appropriate removal methods.This thesis first introduces the features of biomass tar,secondly classifies the tar and finally presents the removal methods of tar at home and abroad,which provides reference for further research.%生物质焦油是阻碍生物质热化学转化技术发展的瓶颈问题。

只有全面正确的了解焦油的性质和特点,才能选择最合适的去除方法。

介绍生物质焦油的特性,并将焦油的成分分类,最后介绍了目前国内外去除焦油的方法,为进一步研究提供参考。

【期刊名称】《过滤与分离》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】4页(P45-48)【关键词】生物质能;焦油;特性;去除方法【作者】袁惠新;王宁;付双成;单振红【作者单位】常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常州213016【正文语种】中文【中图分类】TQ028.2随着社会对能源需求的日益增长，作为主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，因此，开发和利用可持续的替代能源已成为一项全球性的重大课题，生物质能源作为相对稳定的可再生能源已日渐成为世界各国重视的焦点[1]。

生物质气化发电技术1.气化发电的工作原理及工艺流程1.1气化发电工作原理生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。

它既能解决生物质难于燃用而又分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。

气化发电过程包括三个方面，一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰份、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，有的工艺为了提高发电效率，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。

生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他可再生能源的独特方式，具有三个方面特点：一是技术有充分的灵活性，由于生物质气化发电可以采用内燃机，也可以采用燃气轮机，甚至结合余热锅炉和蒸汽发电系统，所以生物质气化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设备，保证在任何规模下都有合理的发电效率。

这一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的特点；二是具有较好的洁净性，生物质本身属可再生能源，可以有效地减少CO2、SO2等有害气体的排放。

而气化过程一般温度较低（大约在700-900oC），NOx 的生成量很少，所以能有效控制NOx的排放；三是经济性，生物质气化发电技术的灵活性，可以保证该技术在小规模下有效好的经济性，同时燃气发电过程简单，设备紧凑，也使生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投资更小，所以总的来说，生物质气化发电技术是所有可再生能源技术中最经济的发电技术，综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平。

典型的生物质气化发电工艺流程如图1-1所示。

图1-1气化发电系统流程图生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构，燃气发生装置，燃气净化装置，燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成：进料机构：进料机构采用螺旋加料器，动力设备是电磁调速电机。