第1期(上)劉作龍等:生物質(zhì)氣化技術(shù)和氣化爐研究進展.21.●綜述與述評●生物質(zhì)氣化技術(shù)和氣化爐研究進展劉作龍，孫培勤,孫紹暉,陳俊武(鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州450001)摘要:簡單介紹了 生物質(zhì)氣化的基本原理及生物質(zhì)氣化爐的分類,闡述了不同類型氣化爐的特點及技術(shù)指標(biāo)。介紹了國內(nèi)外生物質(zhì)氣化技術(shù)在集中供氣、供熱和發(fā)電方面的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況,重點介紹了適用于大規(guī)模生物質(zhì)氣化合成液體燃料的氣化爐;指出了生物質(zhì)氣化技術(shù)需要解決的問題,提出了我國在生物質(zhì)氣化領(lǐng)域的重點研究方向。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);氣化爐;氣化;綜迷中團分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003 - 3467(2011)01 -0021 -04Present Research Status and Development of Biomass GasificationTechnologies and GasifiersLIU Zuo- long , SUN Pei -qin , SUN Shao- hui，CHEN Jun - wu( School of Chemical Engineering and Energy , Zhengzhou Univrsity 450001 ，China)Abstract: The basic principles and lassifcation of biomass gasification are introduced , the characteristicsand technical indicators of different types of gasifiers are described. The technology research and applica-tion of biomas gasification in gas supply, heating supply, power generation domestie and overseas is ilus-trated. This paper focuses on the gasifier that can be used to large - scale biomass gasification syntheticliquid fuels. The problems that the biomass gasifcation technology needs to solve and the research direc-tion which the biomass gasification field at are pointed out.Key words:biomass ; gasifier ; gasification ; review能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),隨著社會全燃燒,使生物質(zhì)裂解，變成小分子量的CO、H2、經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類對能源的需求也越來越大。CH。等可燃性氣體,在轉(zhuǎn)換過程中要加入氣化劑.大量的開采和使用化石能源會污染環(huán)境和破壞生態(tài)(空氣、氧氣或水蒸氣)。由于生物質(zhì)的特殊性質(zhì)，平衡,開發(fā)和利用清潔的可再生能源已經(jīng)迫在眉睫，在氣化前還需要經(jīng)過干燥、破碎和切片等預(yù)處理過生物質(zhì)是呵以轉(zhuǎn)化為液體燃料的環(huán)境友好的可再生程。經(jīng)預(yù)處理的生物質(zhì)在氣化爐中,約于600 C下能源，是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源發(fā)生熱解反應(yīng),生成的氣體中包括解離氣體、氣化的消費總量第四位的能源"。生物質(zhì)氣化技術(shù)是清揮發(fā)分、H2、CO、CO2、焦油和水蒸氣。由于生物質(zhì)潔高效利用生物質(zhì)能的有效途徑之- ,生物質(zhì)氣化中的揮發(fā)分含量(70% ~ 80%,干基)遠(yuǎn)高于煤炭技術(shù)除了可以用于發(fā)電、供氣、供熱等方面外，還可(30%),所以生物質(zhì)氣化的熱解反應(yīng)比煤炭更為重以用于將各種生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成為高品位的液體燃要。揮發(fā)分在氣相中的熱裂化反應(yīng)可降低焦油量,料。熱解反應(yīng)的副產(chǎn)物是生成不揮發(fā)的焦炭和灰分。在氣化爐中的第二反應(yīng)為焦炭與氧氣、蒸汽反應(yīng),生成.1生 物質(zhì)氣化原理H2、CO、CO2等氣體,未轉(zhuǎn)化的焦炭燃燒為熱解反應(yīng)生物質(zhì)氣化是指將固體生物質(zhì)加熱,進行不完提供所需的熱量”。收稿日期:2010-11-16作者簡介:劉作龍(1984- ),男,碩士研究生;通訊作者:孫培動( 1963 - ),女,教授,電話:(0371)67781755河南化工●22●IIFNAN CHEMICAL INDLSTRY2011年第28卷2生物質(zhì)氣化技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀廠和商業(yè)應(yīng)用規(guī)模的氣化爐(見表1)。生物質(zhì)氣化領(lǐng)域處于領(lǐng)先世界水平的國家有瑞典、丹麥、奧地2.1國外生物質(zhì) 氣化技術(shù)發(fā)展概況利、德國、美國和加拿大等。瑞典和丹麥正在實行利生物質(zhì)氣化技術(shù)早在18世紀(jì)就已出現(xiàn),第二次用生物質(zhì)進行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃,使生物質(zhì)能在轉(zhuǎn)換世界大戰(zhàn)期間,為解決石油燃料的短缺,用于內(nèi)燃機為高品位電能的同時滿足供熱的需求,可以大幅度的小型氣化裝置得到廣泛使用。20世紀(jì)五六十年提高其轉(zhuǎn)換效率。美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處代,煤炭和石油等化石能源的廣泛應(yīng)用,使能源短缺于世界領(lǐng)先地位。目前，美國生物質(zhì)發(fā)電裝機總?cè)輪栴}得到暫時性的緩解。由于生物質(zhì)氣化技術(shù)的不量已達(dá)10 500 MW, 70%為生物質(zhì)-媒混合燃燒氣完善和利用率低等原因,生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展和化技術(shù)，單機容量30~ 100 MW.發(fā)電成本3-6美應(yīng)用產(chǎn)生了延滯。20世紀(jì)70年代，受石油危機的分/(kW.h),預(yù)計到2015年美國生物質(zhì)發(fā)電裝機影響，世界各國再-次深該認(rèn)識到化石能源的不可總?cè)萘繉⑦_(dá)16 300 MWil。美國在生物質(zhì)氣化合成再生性,重新開始了對生物質(zhì)能源的開發(fā)和研究。乙醇方面取得了很大的成就。歐盟國家在生物質(zhì)氣經(jīng)過幾十年的發(fā)展,歐美等國的生物質(zhì)氣化技化合成柴油方面取得了很大的成就。2004年歐盟術(shù)取得了很大的成就。生物質(zhì)氣化設(shè)備規(guī)模較大，國家的生物質(zhì)氣化合成柴油的產(chǎn)量達(dá)到224萬t,德自動化程度高,工藝較復(fù)雜,主要以供熱、發(fā)電和合國是歐盟最大的生物質(zhì)氣化合成柴油生產(chǎn)國,2004成液體燃料為主，目前開發(fā)了多系列已達(dá)到示范I年的生產(chǎn)能力達(dá)到了109.7 萬中。表1國外氣化爐應(yīng)用情況一 覽^$)國家氣化爐類型原料效率/%規(guī)模/t.d-'應(yīng)用美國Taylor雙流化床氣化爐 可降解垃圾 和廢木料發(fā)電效率35 ~40300 ~ 400熱電聯(lián)產(chǎn)美國Silvagas :雙流化床氣化爐木材發(fā)電效率35 ~40540熱電聯(lián)產(chǎn)和柴油美國Range Fuels氣流床氣化爐林業(yè)廢棄物、木材熱效率75125乙醇或混合醇美國Pearson氣流床氣化爐廢木料 、鋸末、稻桿等熱效率 70.543德國CHOREN氣流床氣化爐能源作物、木材熱效率90.519合成柴油丹麥Carbona鼓泡流化床發(fā)電效率28100~ 150芬蘭VIT循環(huán)流化床林業(yè)廢棄物和副產(chǎn)物6(芬蘭Foster塑料.木材、輪胎枕軌33瑞典CHRISCAS循環(huán)流化床木材、秸稈8德國UhdeMSW氣化效率8115燃料油.加拿大Plasco等離子體氣化爐MSW、塑料10發(fā)電美國InEnTec等 離子體氣化爐輪胎 、爐渣.醫(yī)療廢物21熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣甲醇和乙醇2.2我國生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展概況戶用、集中供氣和供熱等方面取得了一定的環(huán)保和我國對生物質(zhì)氣化研究起步較晚，始于20世紀(jì)經(jīng)濟效益。生物質(zhì)氣化發(fā)電方面:80年代初期，我.80年代。經(jīng)過近30年的努力我國生物質(zhì)氣化技術(shù)國自主研制了由固定床氣化器和內(nèi)燃機組成的200取得了較大的進步,我國自行研制的集中供氣、發(fā)kW稻殼發(fā)電機組并得到推廣;中國農(nóng)機院、中國林電、戶用氣化爐等產(chǎn)品已進人實用化試驗及示范階科院分別在河北、安徽建立了400 kW氣化發(fā)電機段,形成了多個系列的氣化爐(如下頁表2所示)，組-0);勝 利油田動力機械有限公司成功研制了功可滿足多種物料的氣化要求,在生活用能.發(fā)電、供率190 kW的180CF - RFm型秸稈氣發(fā)電機組[”];暖等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但其容量多是小型的,大容量廣州能源所以木屑和木粉為原料應(yīng)用循環(huán)流化床氣的氣化設(shè)備仍處于實驗室研究階段。在供氣、供暖化技術(shù),完成發(fā)電能力為4 MW的氣化發(fā)電系統(tǒng)的方面:中國農(nóng)業(yè)機械化研究院研制的ND系列和錐開發(fā)|8-9]。在合成液體燃料方面也取得一定成就，形流化床引、山東科學(xué)院能源研究所研制的XFL系廣州能源所已成功研制了合成柴油中試裝置和年產(chǎn)列、廣州能源所研制的的GSQ系列固定床氣化爐在百噸級生物質(zhì)氣化合成DME的中試裝置'0]。第1期(上)劉作龍等:生物質(zhì)氣化技術(shù)和氣化爐研究進展.23.表2國內(nèi)生物質(zhì)典型氣化爐情況-覽氣化效率熱值氣化爐類型規(guī)模應(yīng)用研究單位%MJ.m-3上吸式 CSQ-1100751 080 ~2630 MJ/h供熱中科院廣州能源所下吸式ND系列65~754.8~6.1 500-650 MJ/h中國農(nóng)業(yè)機械化研究院下吸式HQ/HD-280704.5~5.08~10 m'/h戶用氣化下吸式XFL72~755.0100~500戶集中供氣山東能源研究所熱管式氣化爐8.0~ 10.0熱電聯(lián)產(chǎn)南京工業(yè)大學(xué)能源學(xué)院LZ干餾熱解氣化爐14.01000戶大連市環(huán)科設(shè)計研究院CB -210W -22000型10040 vd城市生活垃圾處理,上海萬 強科技開發(fā)有限公司千餾氣化熱解氣化爐中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工錐形流化床氣化爐67.54.0-6.03 MW供電、供氣、供熱業(yè)研究所下吸式固定床氣化爐5.5-6.5.0.05 MW發(fā)電遼寧市能源所流化床氣化爐784 MW3.3氣流床氣化爐(EF)3氣化爐發(fā)展現(xiàn)狀已被粉碎的原料和被加壓的氣化劑(氧氣或水氣化爐是生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備,生物蒸氣)從塔頂同時進入氣化爐。塔頂部的湍流火焰質(zhì)在氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)，生成合成氣。生物質(zhì)燃燒部分原料，為整個氣化過程提供足夠的熱量,氣氣化爐可以分為固定床氣化爐流化床氣化爐、氣流化爐內(nèi)的溫度達(dá)到1 300 C。氣流床的特點:合成.床氣化爐( EF)及等離子體氣化爐( Plasma)等類型。氣出爐的溫度叮達(dá)1 300 C,大部分焦油可在半焦3.1固定床氣化爐氣化過程中裂化,出爐的合成氣中幾乎不含焦油;氣固定床氣化爐中氣化反應(yīng)是在一個相對靜止的化爐壁上的灰融物可當(dāng)作熔渣除去4-15]。物料床層中進行,即物料相對于氣流來說,是處于靜.4 等離子體氣化爐止?fàn)顟B(tài)。物料在爐內(nèi)基本上是有層次的分為四個階原料從塔頂進入氣化爐,接觸到常壓、溫度為段,即干燥階段、熱解階段、燃燒階段、還原階段。固.500~1500C的由電生成的等離子體后,原料中有.定床氣化爐的爐內(nèi)反應(yīng)速度較慢。根據(jù)爐內(nèi)氣化劑機物轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的合成氣,無機物變成玻璃化的的流動方向,可將固定床氣化爐分為四類"-12):上惰性熔渣。這種爐的氣化效率很高,得到不含焦油吸式、下吸式橫吸式和開心式。固定床氣化爐的優(yōu)的合成氣。等離子弧也可以用于凈化合成氣[9]。點:氣化爐結(jié)構(gòu)簡單、投資少運行可靠.操作比較容氣化爐是氣化過程的最關(guān)鍵設(shè)備,選擇用于生易,對原料的種類及粒度要求不高。缺點:固定床氣產(chǎn)液體燃料的生物質(zhì)氣化爐時需 要從五個方面進行化爐通常產(chǎn)氣量比較小，多用于小型氣化站小型熱考慮:對原料的要求 生產(chǎn)合成氣的質(zhì)量研發(fā)狀態(tài)電聯(lián)產(chǎn)或戶用供氣,不適合大規(guī)模的生產(chǎn)。和操作經(jīng)驗、規(guī)模放大的潛力、成本。綜合分析可用3.2流化床氣化爐于合成液體燃料氣化爐的性能比較如下頁表3所顆粒狀的物料被送人爐內(nèi),并摻有精選的惰性示。常用的生物質(zhì)大規(guī)模氣化制合成氣的氣化爐主材料(砂子和橄欖石等)作為流化床材料,在爐體底要有BCL( Bttelle)雙流化床氣化爐和ITC( Institule部以較大壓力通入氣化劑,使?fàn)t內(nèi)呈沸騰、鼓泡等不of Gas Technology) 鼓泡流化床氣化爐,還有同狀態(tài),物料和氣化劑充分接觸,發(fā)生氣化反應(yīng)。按CHOREN公司新開發(fā)的Carbo - V氣流床氣化氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化過程,可將流化床氣化爐分為:鼓爐116。泡流化床( BFB)、循環(huán)流化床(CFB)及雙流化床BCL氣化爐|17]是常壓、間接加熱的雙流化床氣(Dual)(各氣化爐的技術(shù)指標(biāo)見下頁表3)[。流化爐,氣化反應(yīng)以深度熱解為主。氣化爐由流化床化床氣化爐的優(yōu)點:溫度穩(wěn)定均勻;使用燃料顆粒很氣化反應(yīng)器和半焦燃燒室組成。經(jīng)過干燥的生物質(zhì)細(xì)小,傳熱面積大;氣化效率高;適用于連續(xù)運轉(zhuǎn),適原料從氣化反應(yīng)器下部進入，從底部通人蒸汽作氣合大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用?；橘|(zhì),蒸汽與木材比(質(zhì)量比)為0.4。使用合成河南化工●24.HENAN CHIEMICAL. INDUSTRY2011年第28卷表3各種氣化爐技術(shù)指標(biāo)的比較類型原料要求合成氣質(zhì)量發(fā)展現(xiàn)狀規(guī)模放大潛力成本E★★★★粒徑<1 mm,含水量非常低的CH,C:有大規(guī)模BTL裝置 有建成非常大的 氣化效率高,若減<15% ,低灰分和焦油含量,高含量建設(shè)的經(jīng)驗,大量的 氣化爐和工廠 的少昂貴的預(yù)處理H2 .CO工業(yè)實踐可能性費用,價格降低BFB★★★粒徑50-150 mm,含存在C* 、焦油,吹氧過去 用于產(chǎn)熱和發(fā)有很多大的工程可能較高的氣化水量10%-55%,灰時,高含量 H、CO，電,中度的放大,有計劃爐投資和低的效分敏感有顆粒物BTL應(yīng)用的潛力CFB★★★★★★★★粒徑<20 mm,含水存在 Cz、焦油,吹氧廣泛的產(chǎn)熱和發(fā)電有很多大的工程可能較高的氣化量5% -60%,灰分時,高含量 H、CO，方面研發(fā)經(jīng)驗. 很少爐投資敏感的BTL方面研發(fā)Dual★★★粒徑<75 mm,含水存在C* .焦油,高H2很少 和小型的研發(fā)，有一些工程計劃，潛在較低的合成量10% -50%,灰分含量,高含量 CH,，發(fā)展初期， 近期才有只是中等規(guī)模氣生產(chǎn)成本Plasma★★★★無特殊要求沒有CH、Ci和焦有一些開發(fā)和許多中小規(guī)模非常高的投資,低油,高含量H2和CO發(fā)電方 面的應(yīng)用的效率注:對每個類型各項性能進行比較時:★最差,★★★★最好。橄欖石作為流化介質(zhì)和熱載體,在氣化反應(yīng)器和半4結(jié)束語焦燃燒器之間循環(huán)。ICT氣化爐118]是吹氧式高壓鼓泡流化床氣化經(jīng)過了30年的研究和開發(fā),我國的生物質(zhì)氣化爐,因反應(yīng)氣體中含氧高,燃燒部分生物質(zhì)提供熱技術(shù)在集中供氣供熱.發(fā)電方面進人到示范應(yīng)用研量,不需另加人能量;如果改用空氣送氧,生成氣中究階段,并探索了生物質(zhì)氣化合成液體燃料、制氫的還含一定量的氮氣。IGT 壓力氣化爐在提高蒸汽用技術(shù);但是和歐美等發(fā)達(dá)國家相比我國的氣化技術(shù)量后,可按“最大氫氣量"模式操作,ICT壓力氣化爐還有很大的差距。在氣化技術(shù)方面還存在許多問.生產(chǎn)的合成氣含CO2較高(30% ~35%,干基)。合題:規(guī)模小、氣化效率低、合成氣熱值低、焦油含最較成氣中的甲烷組分可經(jīng)過重整生成氫氣,也可直接高、經(jīng)濟效率低等問題。生物質(zhì)氣化技術(shù)需要解決用作透平燃料;生成氣的H2/C0=1.4/1。的關(guān)鍵技術(shù)問題及未來發(fā)展方向主要包括:大力開Carbo- V氣流床氣化爐115]經(jīng)過預(yù)處理的生物發(fā)氣化效率高、產(chǎn)氣熱值高的氣化爐技術(shù);開發(fā)新的質(zhì)原料首先在回轉(zhuǎn)式氣化爐中進行低溫氣化，生成焦油脫除技術(shù)[0) ,降低合成氣中的焦油含量;流化可燃?xì)夂徒固拷M分。含焦油的可燃?xì)怏w經(jīng)過燒嘴進床氣化爐具有較好的經(jīng)濟效益和放大的潛力,流化人Carbo-V高溫氣化爐,從爐頂送人預(yù)熱的空V床氣化爐技術(shù)為我國今后生物質(zhì)氣化研究的主要方氧氣。低溫氣化生成的焦炭也送人Carbo- V高溫向;開發(fā)規(guī)模較大的流化床氣化爐技術(shù),為以后大規(guī)氣化爐中部,最終生成不含焦油的合成氣。Carbo -模的生物質(zhì)氣化合成液體燃料提供基礎(chǔ)。V氣化爐的優(yōu)點:合成氣中不含焦油,無需采用催化參考文獻(xiàn):凈化處理;氣化效率較高,達(dá)到80%以上;合成氣可[1] 周中仁,吳文良.生物質(zhì)能研究現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)用作發(fā)電燃料,發(fā)電效率可達(dá)40% ;原料來源廣泛，工程學(xué)報，2005,21:12 -15.可加工各種干燥后的含碳原料;可將灰分轉(zhuǎn)化為適[2] Kwant K W. Status of biomass gasification in counties用于建筑材料的熔渣顆粒;合成氣中的氫含量高,每.participating in the IEA bio energy Task33[J]. Biomass千克原料產(chǎn)氫1.2 m'。2008年在德國建立了年產(chǎn)Gasification and EU Gasnet ,2004. 10.合成柴油15000↑的商業(yè)工廠,我國也在2008年引[3] 蔣劍春,應(yīng) 浩,戴偉娣,等.錐形流化床生物質(zhì)氣化進該技術(shù)建立了以煤為原料的25 000 MW的發(fā)電技術(shù)和工程[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006 ,22(1):211-廠(19)。216.第1期(上)李娟等:甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)和利用●25.甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)和利用李娟，張錫蘭，郭泉輝(河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院催化過程工程實驗室,河南開封47500)摘要:列舉了近年來甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用情況，并根據(jù)河南省的實際情況,提出了甲醇下游產(chǎn)品綜合開發(fā)和利用的一些建議。關(guān)鍵詞:甲醇;下游產(chǎn)品;開發(fā);利用中圖分類號:T0223.121文 獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003 -3467<2011)01 -0025 -04Development and Application of Methanol Following ProductsLI Juan，ZHANG Xi -lan，GUO Quan - hui(Catalyze Process Engineering Laboratory of Chemistry and Chemical Engineering Academe, Henan Uni-versity, Kaifeng 475004 ，China)Abstract: The development and application of following products of methanol are mentioned. Some sugges-tions of comprehensive explotation and utlization of methanol are given on the basis of the specifie realityof Henan Province.Key words:methanol ; following product ; development ; application[4] 張穎,歐美國家生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路對我國的laboratory richland[C], WA,2006.9.啟利[J].管理縱橫,2010,(3):10-11.[14] 陳俊式,李春年,陳香生.石油替代綜論[M].北京:[5] Review of Technologies for Gasification of Biomass and中國石化出版社,2009.Wastes Final report. NNFCC project 09/008. A project[15] A vander Dif, H Bermigter, B Coda, et al. Entrainedfunded by DECC, projeet managed by NNFCC and con-flow gasification of biomass[C]. ECN-C-04 -039,ducted by E4Tech[ C] ,2009.9.2004.4.鄧先倫,高一葦,許玉,等. 生物質(zhì)氣化與設(shè)備的研[16] Mathias R. Biomass to liquids( BTL)rom the Carbo-V究進展[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2007 ,41(6) :37 -41.process: technology and latest development, 2nd word[7]陽永富，申青連,段繼宏,等. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)conference and exhibition[ C]. 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