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生物质气化的原理及技术研究进展

  能源和环境问题已成为大家关注的焦点,随着能源消耗的迅速增长,化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染和生态破坏,再加上常规能源如煤、石油、天然气等资源量的日益减少,开发洁净的可再生能源成为了可持续发展的迫切需要。与此同时,生物质能在可再生能源中,是地球上能够储存和可运输的清洁能源,资源量大,分布广,开发潜力也大。


  生物质能要真正成为矿物燃料的替代能源,其关键是要将能量密度低的低品位的生物质能转变成高品位能源。如何有效地将生物质转化为洁净、高效的高品位能源,是该领域目前的主要研究课题。当前,生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术。生物质能气化技术就是其中重要的手段之一。


  我国由于地域广阔,生物质资源丰富而电力供应相对紧张,生物质气化发电具有较好的生存条件和发展空间,所以在我国大力发展生物质气化发电技术可以很大限度地体现该技术的优越性和经济性。


  生物质气化原理,生物质气化是指生物质原料,压制成型或经简单的破碎加工处理后,在欠氧条件下,送入气化炉中进行气化裂解,得到可燃气体并进行净化处理而获得产品气的过程。其原理是在一定的热力学条件下,借助于部分空气(或氧气)、水蒸气的作用,使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应,热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化为小分子碳氢化合物,获得含CO、H2和CH4的气体。


  由于生物质由纤维素、半纤维素、木质素、惰性灰等组成,含氧量和挥发分高,焦炭的活化性强,因此,生物质与煤相比,具有更高的活性,更适合气化。生物质气化主要包括气化反应、合成气催化变换和气体分离净化过程。气化转化的重点为气体组分与产率的调整与控制。


  生物质气化与热解不同,气化过程需要气化介质(常为空气),气体热值较低,一般为4~6 MJ/m3。热解过程通常不需要气化剂,其产物是液、气、炭3种产品,气体热值较高,一般为10~15 MJ/m3。气化过程伴随有热解过程,热解是气化的一步。生物质气化的目的是得到洁净的产品气,因此要采用催化剂来抑制或消除热解反应中产生的焦油。