生物质气化技术的再认识_张齐生

第37卷1号2013年1月南京租赁学校学报(自然科学版)南京林业大学(国家科学版)vol.37，No.1 Jan .2013截止日期33第十二个五年计划(2012 bad 30 boo)；第12个五年计划农村地区国家科学技术方案(2011 bad 15 b05-04-04)；国家林业公益产业研究特别项目(201004001)第一作者：章启生，教授，中国工程院院士。E-mail :章QS .引用格式：章qisheng，马中卿，周建斌。生物质气化技术的再认识j。南京林业大学学报：自然科学版，2013，37 (1) : 1-10。生物量气化技术的再认识张启生、马仲青、周建斌(南京林业大学竹工程研究中心，(江苏南京210037)摘要：近现代，生物技术在工业、农业、能源领域得到了广泛应用，对世界科技和经济发展起到了巨大的变化和促进作用。由于化石燃料资源枯竭问题和环境污染问题，寻找清洁可再生的替代燃料及燃料生产技术迫在眉睫。生物质气化技术作为清洁的可再生能源利用技术正在快速发展，但气化设备本身未充分成熟，不能有效利用气化副产品(生物质碳和生物质提取物)等，严重阻碍了生物质气化技术的商业化推进和运行。生物质气化多代技术是指生物质吸入固定床气化产生的气体、固体、液体三相产品多代及其产品的相回收利用技术。该技术的提出、相关核心设备的开发成功和应用，为进一步开发生活物质气化技术提供了新的思路。笔者详细介绍了气化技术开发的历史和预测、生物质气化多代技术的途径和核心设备、多代技术产品的开发和应用。关键词：生物量；气化多代吸入固定床；生物质碳；生物量提取物的图片分类编号： X74文档显示代码： A文档编号： 1000-2006(2013)01-0001-10 history，Challenge and solution of biomass gasificationand currently，Due to the problems of rapid depletion of fos-sil fuel and environmental pollution，People are looking For a renewable and it hinders The commercial virtual ization and oper-ation of gasification technology seriously . biomass gasification poly-generation technology the presentation of poly-generation methodology and the successful application of the a Ssociated e-qu ipement provide a new guideline for the煤气管道；poly-generation；Downdraft fixed bed gasifierbio-char；Bio- extract生物技术(尤其是基因改造、复制、酶工程等技术)深入到工业、农业、矿业、化学医学、食品、能源和环境保护领域，对世界科技和经济发展起到了重大的变化和促进作用。由于化石燃料资源枯竭和环境污染问题，人们正试图把可再生和清洁的生物质加工转化为可替代化石燃料的生物燃料和化学产品1-2。生物质是可再生和可回收的生物有机质，主要包括种植、培养、林业、农产品加工和生物活性等有机废弃物，以及利用边际土地种植的能源植物生产的纤维资源、油或其他次代谢产品等。中国的理论生物质能资源约为50亿t，估计有品种多、分散度高、能量密度低、收集成本高的特点。因此，对生物质的能源开发最好采用分散、分散、中小规模的开发方式，在离当地很近的地方使用。经过10多年的研究，包括生物质能转换技术的南京林业产业大学学报37卷的研究和应用，主要包括生物质物理、化学和生物化学化技术的突破性进展，特别是大规模沼气直接燃烧发电技术和生物质乙醇技术的逐步成熟，生命科学的迅速发展，以及代替化石能源的这种绿色能源的潜力和希望3-7。一生物质气化技术发展历史及预测1。一生物质气化技术历史生物质气化技术是以生物质为原料，将氧气(空气、富氧气体或纯氧等)、水蒸气或氢等用作气化剂，在高温条件下通过热化学反应将生物质转化为可燃气体的过程。生物质气化过程中还会产生生物质碳、生物质提取物(活性有机、焦油)等副产品。气化技术可将低级固体生物质转化为高级可燃气体，广泛应用于工业生产型的各种领域，如中央燃气供应、加热、发电、皮托合成甲醇和乙醇等第二代生物燃料8-11。早在1798年，煤气化技术就出现在法国和英国各地。1812年，煤气产生的气体一度是伦敦照明的主要燃料。直到1840年，法国bischo才开发小型商业生物质气化炉。1861年，西门子在Bischoff的基础上进行了改进。第二次世界大战以来，中东地区大规模廉价的优秀石油开发，几乎所有发达国家的主要能源都转化为石油，生物量气化技术长期停滞。到1973年世界能源危机的爆发，西方国家认识到化石能源可再生性和分布的不均匀性，可再生能源研究逐渐成为热点问题，生物质气化技术作为重要的新能源技术，重新引起了全世界的关注和重视8，11-12。1.2生物质气化技术开发困境生物质气化技术根据气化炉分为固定床气化技术和流化床气化技术两大部分。固定床气化炉的优点是装置结构简单，坚固，操作方便。缺点是内部过程难以控制，容易架桥，生产强度小。流化床气化炉的优点是热及物质输送均匀，气化反应速度快，碳转化率高，易于扩大设计；缺点是可用气体的灰分含量高，设备结构复杂，原料尺寸小。近年来，世界各地生物量气化技术掀起了研究和应用的热潮，但大部分气化发电或供热项目启动后不久，仅12就有了“大部分”: (1)气化副产品没有资源利用。气化经还会制造很多副产品生物质碳和生物质萃取溶液。气体中焦油一般占气体能量的5% 10%，经过清洗净化处理，转化为大量萃取物，循环喷雾后浓度逐渐增加。固定床气化炉的气化碳产量为20% 30%，流化床的碳产量为5% 15%。如果不回收气化副产品，不仅会降低生物质利用效率，还会发生严重的环境污染。(2)气化设备技术不够成熟。固定床气化技术以中小规模应用为目标，主要问题在于： 机械化、低自动化水平，例如快活稻壳气化炉的桥梁烧结容易，运行时很多人力在高炉上工作，威胁工人的安全。高焦油含量，高吸气固定床生产的气体中含有大量焦油，给气体净化系统带来很大负担。消除不洁需要管道、阀门堵塞、内部燃烧室的频繁维护；体积小，目前固定座台生产能力集中在200 500kw，规模不易扩大，规模效果不好；发电效率低，用于气化发电的内燃机全部转换为转速慢的柴油发电机，电气转换效率只有30%，固定床气化发电效率只有10% 15%。流化床气化技术适用于中等规模以上的规模，问题是：之一。如果不使用BIGCC技术，高温粗煤气和发电机废气的余热就没有利用，热效率低，发电机组功率低，发电效率低。第二，如果使用BIGCC技术进行大规模开发和应用，整个气化系统并不总是复杂的，对系统的所有部分都有严格的要求。开发高气化效率、低焦油含量的可燃气气化炉、满足燃气涡轮的高效气体净化系统、适用于低热值煤气的燃气机械；第三，发电效率低，流化床气化发电效率也只有15-25%，BIGCC技术发展效率也只有35%。(3)经济效益不好。目前，气化发展的经济效益似乎不是很高。因为有1个：气化剂产品，只生产电气产品，以生物质碳和生物质提取物为原料的相关产品尚未开发。气化发电的整体电气效率不高。规模还不大，单位发展费用高，规模效益体也不出来。20世纪80年代以来，随着我国气化技术的迅速扩散，全国已经建设或正在建设的生物质气化发电站受到技术、资金、环境、安全等问题的困扰，长期稳定运行的情况不少。综上所述分析，生物质气化技术目前正处于商业化和工业化最困难的时期，相关研究和从业者都在寻找适合中国国情的生物质气化发展的新思路，致力于研究新工艺，开发新产品。2基于生物质固定床气化的多代技术提案研究组最近提出了10 a基于生物质固定第一期长制生等：生物质气化技术的再认识床气化发电(或加热)、木材(或竹)碳、木材(或竹)活性有机物和活性炭等的研究和应用，提出了“基于生物质固定床气化的多代技术”。与生物质气化冷热电联产技术(gcc)等聚合技术不同，基于生物质固定床气化的聚合技术定义为基于生物质固定床气化的气体、固体、液体三相产品聚合技术，即生物质气、生物质碳和生物质提取物(活性多代工艺的核心设备是吸附式固定床气化发电或加热设备。生物质固定床气化多代工艺见图1，生物质气化发电工艺见图2。图1生物气化多代工艺路线fig . 1 process flow chart of biomass gasification poly generation图2生物质固定床气化发电工艺fig . 2 process flow chart of power generation using b Iomass fixing生物质气化产生的气体将净化系统气体-液体分离后，分为生物质气体和生物质萃取物，气化者的下半身也会排出生物质碳。生物质气可以用于内燃机发电或替代煤到锅炉的加热。生物质炭根据生物质原料的特性，可以分别制造快速炭或烧炭，也可以