生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應用與進展

付榮贊(麗水學院化學化工系 浙江 麗水 323000）

一、前言

當前，再生能源的開發(fā)與利用已經(jīng)成為各國越來越關(guān)注的課題，主要是隨著科技的發(fā)展，各國對能源的需求越來越多，而化石燃料的總量逐年減少，同時，化石燃料還帶來越來越嚴重的環(huán)境問題，因此再生能源替代傳統(tǒng)化石燃料已經(jīng)成為必然趨勢。生物質(zhì)能是存在相當廣泛的一種潔凈的可再生能源并逐漸成為人們研究和關(guān)注的焦點。地球上的植物在光合作用之下，每年能生成總量約為1440億噸至1800億噸的生物質(zhì)能，相當于3×1021kJ的能量，約為現(xiàn)在世界能源總耗的十倍左右。因此，生物質(zhì)能源具有取之不盡、用之不竭的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國是農(nóng)業(yè)大國，因此我國的生物質(zhì)能源相當豐富，單農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量每年就有7億噸。隨著我國環(huán)境越來越惡劣，能源越來越緊張，生物質(zhì)氣化技術(shù)的出現(xiàn)為我國解決能源問題開辟了一條新的道路，顯示出了十分廣闊的應用前景。本文就生物質(zhì)氣化工藝進行了簡單介紹，并對其應用和進展進行了簡要概述。

二、生物質(zhì)氣化工藝

1.原理

生物質(zhì)在氧氣或者含氧物做氣化劑的條件下經(jīng)過高溫發(fā)生可燃反應，從而部分轉(zhuǎn)化為可燃氣，例如一氧化碳、氫氣、甲烷等，這個過程就是生物質(zhì)氣化的原理。生物質(zhì)氣化過程包括干燥、熱解、氧化和還原幾個步驟。干燥的目的是去除對生物質(zhì)中的水分，熱解指固體燃料在加熱初始階段脫去揮發(fā)分或者發(fā)生熱分解的過程，這個過程僅僅需要數(shù)秒就能完成，高溫下所需時間會更短，其中在300-400℃的溫度范圍內(nèi)熱解最劇烈。解析出來的氣體有二氧化碳、一氧化碳、焦油、氫氣等等。氧化反應主要是生物質(zhì)中的碳與介質(zhì)中的氧發(fā)生的反應，該過程有大量的熱量產(chǎn)生，溫度可高達1000-1200℃。還原過程中沒有氧的參與，主要是生產(chǎn)的二氧化碳同水蒸氣發(fā)生還原反應，該過程會吸收大量的熱量，因此溫度一般在700-900℃。

2.生物質(zhì)氣化工藝流程

生物質(zhì)氣化工藝有許多種形式。按照氣化形式生物質(zhì)氣化工藝可以分為兩大類，即流化床氣化和固定床氣化。目前，固定床氣化已經(jīng)生產(chǎn)出具有代表性的產(chǎn)品。固定床氣化工藝的技術(shù)并不復雜，操作和維護方面也十分方便，但是存在處理量小，無法進行連續(xù)生產(chǎn)，因此較適合小規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。而流化床氣化還能夠劃分為鼓泡床氣化、循環(huán)流化床氣化以及雙流化床氣化三類，其中循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)的研究和應用最為廣泛，因為它融合了鼓泡氣化爐的流化速度較慢，反應時間充分等一些特點，并且使炭進行循環(huán)使用，并且能夠進行能量回收，增加了反應的溫度，并對傳熱傳質(zhì)過程有所強化，也提高了燃燒速率。流化床技術(shù)先進、適用性廣，產(chǎn)量大，能夠連續(xù)生產(chǎn)，因此比較適合中型或者中型以上規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

三、生物質(zhì)氣化技術(shù)應用中存在的問題

在生物質(zhì)氣化技術(shù)應用的過程中，在技術(shù)、設備等方面還存在一定的問題。首先，焦油含量過多是生物質(zhì)氣化汽存在的一個主要問題，容易導致氣化機組中設備冷凝管或用氣灶具的堵塞，羅茨風機葉輪被焦油黏住等現(xiàn)象，從而對氣化系統(tǒng)的安全性以及可靠性產(chǎn)生嚴重影響，也帶來了額外的能源浪費。遼寧能源研究所研制的下吸式固定床生物質(zhì)氣化爐采用了特殊的噴嘴設計，因此降低了一定的焦油含量，取得比較理想的效果。其次就是儲氣柜的越冬問題。在我國北方地區(qū)，冬季時間比較長，因此要想保證氣化站冬季運行，就必須解決儲氣柜越冬的問題。傳統(tǒng)的干式儲氣柜結(jié)構(gòu)復雜，造價也高；新出現(xiàn)的氣囊式和簡易式儲氣柜還需要進一步的考察。目前，鐘罩式的濕法儲氣柜的應用最為廣泛，但是抗凍性不好。本溪某市將濕法儲氣柜設置了透明保溫罩，并且放置在一定深度的地下，既能夠充分利用陽光，同時能夠保溫，取得了非常明顯的越冬效果。

四、生物質(zhì)氣化的影響因素

影響生物質(zhì)氣化工藝的因素有很多。首先，氣化介質(zhì)是影響生物質(zhì)氣化的主要因素。目前使用的氣化介質(zhì)主要有空氣氣化、空氣-水蒸氣氣化、富氧氣化以及水蒸氣氣化。其中，空氣氣化所需的設備比較簡單，操作和維護比較簡單，運行成本較低。而富氧氣化大大的增加了運行成本。其次是粒徑大小的影響。有學者對流化床中松樹鋸末空氣-水蒸氣氣化中不同粒徑下氣體組分的變化進行了研究，表明甲烷、一氧化碳、乙烯、乙烷的體積隨著粒徑減小而增加，二氧化碳則相反。因為隨著粒徑的增加，氣體擴散過程的影響也增加，所以生物質(zhì)氣化需要根據(jù)氣化方式選擇合適的粒徑。另外，溫度、壓力、空氣當量比也對生物質(zhì)氣化工藝有很大的影響。

結(jié)束語

生物質(zhì)氣化技術(shù)具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，因此有著十分廣闊的市場前景。當前,我國已經(jīng)完成了五個以上的生物質(zhì)氣化應用工程的建設,實踐表明,生物質(zhì)氣化技術(shù)對處理大量的農(nóng)作物廢棄物、減輕環(huán)境污染、提高人民生活水平等多方面都發(fā)揮著積極的作用。

[1]陳蔚萍,陳迎偉,劉振峰.生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應用與進展[J].河南大學學報，2007,37（1）：35-41.

[2]宋秋，任永志，孫波.生物質(zhì)氣化技術(shù)應用的問題及對策[J].新能源及工藝,2001,6:28-29.

[3]寇偉，宋哲.生物質(zhì)氣化技術(shù)應用淺談[J].林業(yè)科技情報，2010,42（3）：92-93.