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生物质气化技术研究进展

作者:现金捕鱼    更新时间:2020-02-23 18:06

  这种Battelle工艺与传统的气化工艺不同,它充分物质气化合成甲醇的示范工厂。其生物质气化装置均为流化床气化炉,使用氧气或者水蒸气作气化剂,产出中热值燃气。在滤出焦油和杂质,脱除c02、N2、cH.以及其他碳氢化合物之后,在一定压力下,使CO和H20反应生成H2,再将c0和H2以1:2的比例混合导人合成塔,加入催化剂,合成甲醇德国已广泛使用含1%~3%甲醇的混合汽油,内燃机结构无须进行较大改动,其输出功率近似于燃用纯汽油的内燃机的输出功率。目前,生物质气化合成甲醇的技术已经成熟,只是其产品的经济性还不能与石油、煤化工相竞争芬兰的一家化肥厂在世界上首次采用生物质气化燃气合成氨取得成功。干生物质(木屑)气化产出的气体经净化后可得到CO和H2的混合气,再将此混合气与N2反应合成氨。

  我国对生物质气化技术的深入研究始于上世纪8O年代。经过2O年的努力,我国生物质气化技术日趋完善。目前已经成功开发出将生物质转化成可燃气体的技术,大多采用固定床气化,如河北的ND系列、山东的XFL系列、广州的GSQ-110型和云南QL50、60型;建成的多个生物质气化的供热、传热系统,应用在不同场合取得了一定的社会、环保和经济效益。

  与发达国家生物质气化技术相比,国内生物质气化装置基本上是以空气为气化剂的常压固定床气化技术,其技术上的问题主要是:燃气质量不稳定且燃气热值低;CO含量过多,不符合城市居民使用燃气标准;燃气净化及焦油的处理有待于改进,国内已建成的生物质气化系统,对燃气的净化及焦油的处理大多采用水洗物理方法,净化效率不高,气体中焦油含量较高,既造成能源浪费,又加快设备损耗;整套装置尚缺乏长时间的运行试验,可靠性及使用寿命尚待确定;集中供气系统质量标准与施工规范尚未形成,难以实现气化技术的工程化。上述因素制约了生物质气化技术在我国的商业化推广。

  早在上世纪6O年代,我国就开始了生物质气化发电的研究,研制出了样机并进行了初步推广,还曾出口到发展中国家,后因经济条件限制和收益不高等原因停止了这方面的研究工作。近年来,随着乡镇企业的发展和人民生活水平的提高,一些缺电、少电地方迫切需要电能;其次是环境问题,丢弃或焚烧农业废弃物将造成环境污染,生物质气化发电可以有效地利用农业废弃物。所以,以农业废弃物为原料的生物质气化发电又逐渐得到人们的重视。

  目前,我国的生物质发电技术的最大装机容量与国外相比,还有很大差距。在现有条件下研究开发与国外相同技术路线的BIGCC系统,存在很大困难。利用现有技术,研究开发经济上可行、效率较高的系统,是目前发展生物质气化发电的一个主要课题,也是发展中国家今后能否有效利用生物质的关键。

  焦油裂解是彻底解决二次污染的办法。只有最大限度地减少焦油的数量,才能避免废水的产生。当然,采用任何工艺都很难保证完全没有焦油,所以采用一定的水作为冷却和清洗还是必要的,因此废水的处理与循环使用的研究也是必不可少的。只有解决二次污染的问题,生物质气化发电技术才能与其他技术进行平等的竞争。

  以目前的焦油去除技术来看,生物质气化燃气中焦油的处理方法分为湿法、干法及裂解等三种。湿法就是利用水洗燃气,使之快速降温从而达到焦油冷凝并从燃气中分离的目的水洗除焦法存在能量浪费和二次污染现象,净化效果只能勉强达到内燃机的要求;干法采用过滤技术净化燃气的方法。裂解法分为热裂解法和催化裂解法两种。

  湿法去除焦油是生物质气化燃气净化技术中最为普通的方法。它包括水洗法、水滤法,水洗法又分为喷淋法和吹泡法。

  湿法净化系统采用多级湿法联合除焦油。系统成本较低.操作简单.生物质气化技术初期的净化系统一般均采用这种方式。这种方式有以下缺点:含焦油的废水外排易造成环境污染I大量焦油不能利用.造成能源损失;实际净化效果并不太好鉴于国情,我国目前的生物质气化燃气净化技术主要是以湿法除焦油为主.国内一些科研单位已研究出符合中国国情的湿法燃气技术设备。

  干法净化燃气是为避免湿法净化带来的水污染问题.采用过滤技术净化燃气的方法。过滤法除焦油是将吸附性强的材料(如活性炭等)装在容器中,使可燃气穿过吸附材料.或者使可燃气穿过装有滤纸或陶瓷芯的过滤器,把可燃气中的焦油过滤出来。可根据生物质燃气中所含杂质较多的特点,采用多级过滤的净化方法。但实际过程中.由于其净化效果不好.焦油沉积严重且沾附焦油的滤料难以处理,几乎没有作为单独的净化装置使用,多与其他净化装置连用。

  裂解净化技术是将生物质的燃气中焦油利用某种方法使其裂解为可利用的小分子可燃气体。其方法细分为热裂解、催化裂解及电裂解。热裂解法在1100℃以上才能得到较高的转换效率.在实际应用中实现较困难;若在气化过程中加入裂解催化剂,即使在750~900℃温度下,也能将绝大部分焦油裂解成小分子的碳氢化合物。催化裂解法可将焦油转化为可燃气,既提高系统能源利用率,又彻底减少二次污染。从20世纪80年代起,生物质气化过程中加入催化剂而得到无焦油燃气在国外已引起广泛关注.并已投入商业运行。

  目前生物质气化效率偏低,产率偏低,燃气中可燃气体浓度低。生物质直接气化、超临界气化虽然可获得高的可燃气体浓度,但是技术路线复杂,对于资源分散的生物质不易实现工业化生产,从而使成本提高。相关实验的研究应加大力度,以寻找提高效率的方法。另外,由于生物质气化技术投资在辅助系统成本远远大于气化系统运行的成本,从而使得气化气的成本较高,与现有的煤气相比优势不明显。因此,降低气化气的利用成本是势在必行的。要降低气化气的利用成本,可以从以下两个方面考虑:一是尽可能提高气化气的热值;二是扩大气化气的利用的规模,如在气化发电中就可以扩大发电规模,以降低发电成本。

  可以有效地提高BGPG的总效率,但由此可以看出于焦油处理技术与燃气轮机技术的限制,在中国研究发展生物质IGCC仍比较困难。所以如何利用现已较成熟的技术,研制开发在经济上可行,而效率又有较大提高的系统,是目前发展BGPG的一个主要课题.

  气化发电是分散利用生物质能的有效手段,比较适合于中国当前的经济水平和发展现状。中国的生物质具有较好的技术基础,只要解决二次污染,即具备与其他常规发电技术竞争的条件。为了发展并尽快推广生物质气化技术,目前应该进行三方面的工作:一是研究焦油处理技术,彻底消除二次污染;二是改进气化发电技术与系统,提高整体效率,进一步降低发电成本;三是制定保证政策,鼓励生物质气化发电技术的应用,完善相关的配套技术和设施,并扩大产业规模,做到真正高效地利用生物质能。

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