1、生物質氣化之焦油催化脫除轉化探析摘要：生物質氣化最難就是在反應中有焦油， 進而腐蝕設備。物理法和熱化學法是去除焦油的兩種 基本方法。物理無法真正除去焦油反而會污染環境， 而熱化學法能從根本上除去焦油，并且可以增加原料 的轉化率。關鍵詞：生物質氣化 焦油 脫除轉化一、了解焦油的基本情況在我們日常生活中你也許會常常用到焦油的產品, 很多人對焦油的了解不多，焦油是有機物經過加熱干 憾的產物，常見的為煤焦油，木材干憾也產生木焦油， 泥炭干餛和石油分憾也產生焦油。焦油產生的途徑生 物質是一種豐富的資源，它作為可再生能源受到人們 的關注，隨著能源危機意識的提高人們對其性能的研 發不斷深入。生物質熱化學轉化

2、對于產生燃料、化學 原料以及生物質的完全燃燒和充分利用都是一種很有 效的方法。煤焦油是焦化工業的重要產品，其組成很復雜， 大多情況下是由煤焦油工業專門進行分離、提純并且 利用，可分離出多種產品，目前提取的主要產品有：荼、酚、菲、咔噪、瀝青等幾種。目前焦油精制廠家已經可以從焦油中提取230多種產品，并向大型 化方向發展。二、生物質氣化及其過程 生物質氣化是在一定的熱力學下，借助空氣、水蒸氣的作用，使生物質發生熱解、氧化和還原反應， 最終轉化為一氧化碳、低分子怪類等可燃氣體的過程。中國可用的固體生物質數量巨大，主要以農業和 木材廢物為主。生物質分布分散，收集和運輸困難， 在中國目前的條件下，難以采

3、用大規模燃燒技術，所 以200-5000kw的中小規模的生物質氣化發電技術 在中國有獨特的優勢。由于中國電力供應緊張，而生 物質廢棄物浪費嚴重，價格低廉，所以生物質氣化發 電的成本具備進入市場競爭的條件。中國已完成了多 種氣化爐的研制，已使用的氣化爐有上下吸式、敞口 式和流化床等。各種氣化爐從原理上講都可以用于氣 化發電，但目前研究完成并正常運轉的主要有三種， 即敞口下吸式，下吸式及循環流化床，發電功率可以 從幾千瓦到幾千千瓦，這為氣化發電技術的進一步發 展提供了條件。氣化發電比較適合中國當前的經濟和 發展現狀。中國的生物質技術基礎較好，解決二次污 染后就具備與其他常規發電技術競爭的條件。為了

4、發 展并盡快推廣生物質氣化技術，應該研究焦油處理技 術，徹底消除二次污染;改進氣化發電技術與系統，提 高整體效率，進一步降低發電成本;制定保證政策，鼓 勵生物質氣化發電技術的應用，使大眾較快得接受生 物質氣化發電。三、重點推行熱解工藝及影響因素（一）熱解工藝包含的類型從對生物質的加熱速率和完成反應所用時間的角 度來看，生物質熱解工藝基本上可以分為慢速熱解和 快速熱解（反應時間少于0.5s時稱為閃速熱解）兩種 類型。由于工藝操作條件不同，生物質熱解工藝又可 分為慢速熱解、快速熱解和反應性熱解幾種。在慢速 熱解工藝中又可以分為炭化和常規熱解。慢速熱解，傳統上稱干憾工藝、傳統熱解工藝， 已經具有幾千

5、年的歷史，是一種以生成木炭為目的的 炭化過程，加熱溫度在500580°c稱為低溫干憾，加 熱溫度在660750°c稱為中溫干徭，加熱溫度在 9001100°c稱為高溫干憾。將木材放在窯內加熱，可 以得到占原料質量30%35%的木炭產量。快速熱解是將磨細的生物質原料放在快速熱解裝 置中，嚴格控制加熱速率（10200°c/s左右）和反應 溫度（大概500°c左右），在缺氧并且被快速加熱到較 高溫度時引發大分子的分解，產生了小分子氣體和可 凝性揮發分以及少量焦炭產物。可凝性揮發分被快速 冷卻成可流動的液體，成為生物油或焦油。快速熱解 在極短的時間內和

6、強烈的熱效應下直接產生熱解產物， 然后迅速淬冷至350°c以下，最大限度地增加了液態 油。常規熱解是將所用原料放在常規的熱解裝置中， 在中等溫度及反應速率條件下，經過數小時的熱解， 得到占原料質量的20%25%的生物質炭及10%20% 的生物油。（二）熱解影響因素總的來講，影響熱解的主要因素包括化學和物理 兩大方面。化學因素包括一系列復雜的一次和二次反 應;物理因素主要是反應過程中的傳熱、傳質以及原料 的物理特性等。具體的操作條件表現為：溫度、物料 特性、催化劑、滯留時間、壓力和升溫速率。在生物質熱解過程中，溫度是一個很重要的影響 因素，它對熱解產物分布、組分、產率和熱解氣熱值 都有

7、很大的影響。生物質熱解最終產物中氣、油、炭 各占比例的多少，隨反應溫度的高低和加熱速度的快 慢有很大差異。一般地說，低溫、長期滯留的慢速熱 解主要用于最大限度地增加炭的產量，其質量產率和能量產率分別達到30%和50%o溫度小于600°c的常規熱解時，采用中等反應速 率，生物油、不可凝氣體和炭的產率基本相等;閃速熱 解溫度在500650°c范圍內，主要用來增加生物油的 產量，生物油產率可達80%;同樣的閃速熱解，若溫度 高于700°c,在非常高的反應速率和極短的氣相滯留 期下，主要用于生產氣體產物，其產率可達80%。當 升溫速率極快時，半纖維素和纖維素幾乎不生成炭。

8、四、生物質的液化發展世界石油儲量在逐步減少，而經濟快速發展對能 源得需求越來越多，未來的一定時期內將需要煤炭和 生物質液化等代替性液體燃料。煤炭豐富、石油缺乏、 燃氣匱乏是我國能源結構的基本特點，2000年左右, 我國探明可采石油儲量可供開采二十年。我國煤炭占 終端能源消費的比例高、煤炭消費方式落后、原煤轉 化利用程度低，因此，我國煤炭資源利用效率低，生 態環境污染嚴重。煤炭是最主要的一次能源，世界各 國越來越重視高效潔凈能源的使用。煤液化技術是煤 綜合利用的一種有效途徑，可以將煤炭轉化成潔凈高 熱值的燃料油，減輕污染，還可以得到珍貴的化工產 品。我國是生物質資源豐富的農業大國，每年農作物 秸

9、稈、禽畜糞便總資源干物質、全國城市生活垃圾產 量、林業廢棄物和可資源利用的柴薪等生物質能資源 約為五十億噸標煤，充分利用生物質能是解決石油資 源不足的重要途徑。我國在生物質資源的利用方式主 要通過直接燃燒來獲得能量，效率低下，資源浪費， 環境污染嚴重。因此，對煤和生物質的高效利用技術 的開發與研究在中國顯得迫切和重要。煤和生物質的 液化技術在理論方面和一些工藝技術上沒有得到很好 的解決，主要包括：煤結構的研究及其與液化反應性 的關系，催化劑的中毒、催化劑的研發、固固和固液 分離及如何使反應條件溫和化和產品的高附加值化。 解決這些問題對發展煤化學理論、開發高效的煤液化 工藝有重要的指導意義。比如在不同的反應條件下，進行稻草的加氫液化， 考察了催化劑、壓力等因素對生物質加氫液化的影響。 在反應溫度為300°c的條件下，隨著催化劑的量的增 加轉化率、油氣收率顯著增加而焦渣的產率下降，可 知加入的催化劑有助于稻草的加氫液化。在氫壓 5.0mp加入相同的催化劑的條件下，轉化率和油氣收 率有所降低，焦渣和瀝青烯的收率上升而前里清晰的 收率下降表示溫度的上升對稻草的加氫液化是不利的, 由300°c和350°c的比較可知：此時溫度對于稻草加氫 液化的影響不大。在同一溫度下、加入相同的催化劑 條件下，在5%催化劑250°c條件下，轉化和油氣收率 顯