生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應(yīng)用與進(jìn)展

陳蔚萍1，陳迎偉2，劉振峰1

(1.河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南開封475001；2.塔里木中原鉆井液公司，新疆塔里木841000)

　　摘要：介紹了生物質(zhì)氣化的基本原理及有關(guān)氣化工藝，闡述了生物質(zhì)氣化反應(yīng)器(氣化爐)，氣化劑、原料粒徑、溫度、壓力等操作條件對生物質(zhì)氣化的影響，論述了生物質(zhì)氣化產(chǎn)品中雜質(zhì)的脫除方法，提出了我國生物質(zhì)氣化應(yīng)用亟待解決的問題。

　　對生物質(zhì)能開發(fā)利用的研究是我國可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的重要內(nèi)容之一，被列入我國21世紀(jì)發(fā)展議程。生物質(zhì)能具有可再生性、低污染性、廣泛分布性的特點(diǎn)，如何用好這些富碳清潔的可再生資源是我國能源可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。以熱解、氣化方式實(shí)現(xiàn)低質(zhì)生物質(zhì)原料的深層次利用，減少礦物燃料的供應(yīng)量和直接燃用給環(huán)境帶來的嚴(yán)重污染，對提高農(nóng)村生活水平、改善生態(tài)環(huán)境、保障國家能源安全等方面具有重要意義。

　　1生物質(zhì)氣化的工藝技術(shù)

　　熱化學(xué)能轉(zhuǎn)化有4種形式：燃燒、熱解、氣化和液化。生物質(zhì)氣化作為一種高效潔凈的使用方法，在提高生物質(zhì)利用率及減少污染方面有重要作用，它是生物質(zhì)熱化學(xué)能轉(zhuǎn)化中最重要的一種形式，生物質(zhì)氣化后利用率是直接燃燒的3～5倍。生物質(zhì)作為氣化原料和煤相比，具有更好的反應(yīng)性、其揮發(fā)成分含量高、H/C和O/C比高、灰分含量較低、空隙率大、孔徑大。這些性質(zhì)使生物質(zhì)成為氣化的理想原料。

　　1.1生物質(zhì)氣化原理

　　生物質(zhì)氣化是指固體生物質(zhì)(秸桿、鋸末等)在高溫條件下，與氣化劑(空氣、氧氣和水蒸氣等)反應(yīng)得到小分子可燃?xì)怏w的過程。該過程主要包括干燥、熱解、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域之間沒有嚴(yán)格的界限。干燥是指對生物質(zhì)的除濕；生物質(zhì)熱解是指固體燃料在初始加熱階段的脫揮發(fā)分或熱分解；它在幾秒內(nèi)完成，高溫下甚至更短。反應(yīng)從100℃左右開始，在300～400℃溫度段內(nèi)熱解反應(yīng)最為劇烈，解析出焦油、CO2、CO、CH4、H2等大量的氣體，400℃以上時(shí)熱解氣體流率逐漸減少，對生物質(zhì)最適宜的熱解溫度為400℃；氧化區(qū)的反應(yīng)主要是氣化介質(zhì)中的氧和生物質(zhì)中的碳發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱，該區(qū)溫度可達(dá)1000～1200℃，反應(yīng)式為：

　　還原區(qū)沒有氧氣的存在，在氧化反應(yīng)中生成的CO2同這里的碳和水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，吸收一部分熱量，該區(qū)溫度為700～900℃：

　　1.2生物質(zhì)氣化工藝流程

　　生物質(zhì)氣化后所得到的氣體有很多用途，可用來燃燒、發(fā)電、合成化學(xué)產(chǎn)品等。目前研究最多的是固定床和流化床氣化工藝。固定床氣化工藝技術(shù)簡單，操作維護(hù)方便，但處理量小，不能連續(xù)生產(chǎn)，適合中小規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。流化床技術(shù)先進(jìn)，適應(yīng)性廣，產(chǎn)量大，可連續(xù)生產(chǎn)，適合中型或中型以上規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

　　1.2.1流化床氣化工藝

　　流化床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)主要包括氣體發(fā)生及氣體凈化兩大部分。氣體發(fā)生裝置為流化床氣化爐，米鐵等采用爐體沸騰段高1.1m，內(nèi)徑為0.5m，懸浮段直徑1.3m，高度2.4m(中試)。爐體外殼為普通碳素鋼，內(nèi)襯厚度為0.2m耐火材料。供料系統(tǒng)采用圓柱形平底振動(dòng)燃料箱及貫穿燃料箱的開放式供料螺旋，有效地防止了棚料，特殊設(shè)計(jì)的刮板式螺旋進(jìn)料口有效防止了供料螺旋塞料。爐體結(jié)構(gòu)懸浮段采用旋轉(zhuǎn)氣流，以分離部分粗灰，延長炭粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，盡可能多地裂解焦油。

　　加大懸浮段截面積，降低氣流速度，以減少飛灰?guī)С隽俊Ｋ麄冊O(shè)計(jì)了環(huán)形風(fēng)室、水平條形風(fēng)道與垂直風(fēng)管組合的布風(fēng)系統(tǒng)，可十分方便地清除燃料中的雜質(zhì)及碴塊，保證氣化爐能長期安全運(yùn)行。凈化系統(tǒng)采用旋風(fēng)除塵器先分離出燃?xì)庵休^大顆粒的飛灰(85%)，而后，采用沖擊、旋風(fēng)水膜及多級噴淋將氣體由450℃迅速降至20～30℃(取決于水溫)并脫除大部分焦油和粉塵。再經(jīng)兩級分離器后，焦油及飛灰得到進(jìn)一步脫除。最后，經(jīng)過濾即可得到清潔燃?xì)狻?/p>

　　該生物質(zhì)氣化工藝采用常壓空氣氣化，原料為粒度小于25mm，含水率為5%-20%的花生殼、玉米芯、玉米秸、稻殼、鋸末、麥秸和稻秸等，床溫在820℃左右，空氣當(dāng)量比(Equivalence Ratio簡稱ER)保持在0.25～0.33較好，此時(shí)燃料氣熱值在6.2～6.8MJ/m3。

　　該氣化工藝進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，使用方便，棚料、卡料現(xiàn)象少。氣化爐懸浮段設(shè)計(jì)很有特色，能部分裂解焦油，減輕焦油處理的壓力。凈化系統(tǒng)采用水除焦油，盡管用水量少，但會造成能源浪費(fèi)和污染環(huán)境。如果改用催化裂解除焦油，會有更好的效果，可得到更多的可燃?xì)?。另外，空氣作為氣化介質(zhì)盡管可以節(jié)省成本和容易實(shí)現(xiàn)，但燃?xì)庵蠳2含量過高，熱值降低。改用空氣-水蒸氣作為氣化介質(zhì)，也易于實(shí)現(xiàn)，可有效地提高熱值，并降低N2的含量。

　　1.2.2兩段式氣化爐氣化工藝

　　賴艷華等用無喉口下吸式兩段供風(fēng)氣化裝置進(jìn)行氣化研究，該裝置主要由燃料倉、反應(yīng)段、灰室組成。氣化反應(yīng)器的直徑約300mm，在位于爐排上600mm處的器壁上沿圓周方向，均勻安裝8個(gè)<50mm噴嘴。

　　在距爐排上300mm處的爐壁上安裝<15mm的噴嘴8個(gè)，這8個(gè)噴嘴即為二次空氣的吸入口，二次風(fēng)入口面積與一次入口面積的比例約為1∶10。反應(yīng)器的外側(cè)安裝100mm厚的石棉層來保溫。

　　原料為大約20mm長、濕度為12.3%的玉米秸，空氣作為氣化介質(zhì)，由噴嘴吸入，實(shí)驗(yàn)表明在上排噴嘴向下100～200mm處一個(gè)峰溫度約為680℃；在離二次進(jìn)風(fēng)口向下約100mm處，床層達(dá)到1080℃以上的最高溫。

　　經(jīng)除塵后，含焦油的熱氣體在焦油冷卻器中被冷卻，用冷浴冷卻器收集焦油。結(jié)果表明：由于溫度顯然高于單一的一段供風(fēng)氣化，所以在相同的氣化強(qiáng)度下，焦油含量約為一段供風(fēng)時(shí)焦油含量的1/10(0.2g/m3)。

　　該裝置的特點(diǎn)是：在生物質(zhì)氣化過程中，采用兩段供風(fēng)可將著火的熱解區(qū)與還原區(qū)明顯分離開來，改變了反應(yīng)器內(nèi)的溫度場分布，顯著地提高還原區(qū)的溫度，在木炭催化作用下，大大降低了可燃?xì)庵薪褂偷暮?。在后續(xù)的凈化過程中，減少了凈化裝置，降低了二次污染，節(jié)約了生產(chǎn)成本，比較適合小型的工業(yè)化應(yīng)用。

　　另外賴艷華等在此基礎(chǔ)上，在氧化區(qū)附近設(shè)置一個(gè)縮口，實(shí)驗(yàn)表明在相同的氣化負(fù)荷下，隨著縮口處氣流速度的增加，氧化區(qū)的溫度呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。縮口處的氣體流速升高，對流傳質(zhì)系數(shù)也隨之升高，從而使氣相內(nèi)和氣固間的燃燒速度加快，同時(shí)也增加了氣體中焦油和氧氣之間的燃燒反應(yīng)，放出更多的能量從而導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)溫度普遍升高，有利于焦油的燃燒和裂解，進(jìn)一步降低焦油的含量，改善反應(yīng)器的性能。

　　1.2.3循環(huán)流化床工藝

　　循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)(Circulating fluidized bed gasification systerm)簡稱CFBGS。從鼓泡流化燃燒開始，然后到循環(huán)流化燃燒，最后再到循環(huán)流化氣化。

　　CFBGS采用鼓泡式氣化爐，基本思想是在同一個(gè)反應(yīng)器中將熱解、氣化和燃燒過程分開，并且保證了僅僅來自氣化器里的焦炭在燃燒區(qū)被燃燒。而且，這種氣化思想是要在結(jié)構(gòu)緊湊的CFB反應(yīng)器里氣化生物質(zhì)，燃燒、氣化、熱解和焦油裂解僅發(fā)生在反應(yīng)釜中?？傊?，這種聯(lián)合觀念包括了以下的過程：局部氧化；快速熱解(伴隨著瞬時(shí)干燥)；氣化；焦油裂解以及轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

　　CFBGS是一種新穎的設(shè)計(jì)思想，它融合了鼓泡氣化爐的流化速度較慢，反應(yīng)時(shí)間充分等一些特點(diǎn)。又有循環(huán)流化床的特點(diǎn)，炭得到了循環(huán)，回收了能量，提高了反應(yīng)溫度，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程，也提高了燃燒速率。另外還有二次進(jìn)風(fēng)，能大大提高還原區(qū)的溫度，顯著提高焦油裂解的效率。這是一種比較先進(jìn)的系統(tǒng)，燃?xì)獾暮筇幚硌b置投資少，處理成本比較低，適合規(guī)?；I(yè)應(yīng)用。

　　1.2.4其他生物質(zhì)氣化技術(shù)

　　干餾技術(shù)工藝流程是將生物質(zhì)原料鍘成小段送入氣化爐，在隔絕空氣的條件下進(jìn)行熱解反應(yīng)，生成以CO和H2為主的可燃性氣體，燃?xì)饨?jīng)過過濾后通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入儲氣柜，最后通過輸配管網(wǎng)送到用戶。它的副產(chǎn)品主要有木質(zhì)炭、木焦油、木醋液等。

　　等離子體氣化技術(shù)是一種不同于傳統(tǒng)的氣化過程，由等離子體提供的高溫和高能量環(huán)境可以極大地提高反應(yīng)速度，徹底消除焦油和碳?xì)浠衔?，從而提高了氣體質(zhì)量，所得氣體能滿足合成氣的需要。由于生物質(zhì)的揮發(fā)分高，含氧高，非常有利于快速熱解產(chǎn)生化學(xué)合成氣(CO+H2)。這樣后續(xù)的氣體凈化和重整過程得到簡化，整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率也大大提高，但此技術(shù)還僅限于理論研究。

　　高溫空氣氣化技術(shù)是用1000℃以上的高溫預(yù)熱空氣，在低過?？諝庀禂?shù)下發(fā)生不完全燃燒，獲得熱值較高的燃?xì)?。由于空氣溫度很高，無需使用純氧氣或富氧氣體，反應(yīng)便能迅速進(jìn)行，氣化效率大大提高。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)“零”排污生產(chǎn)，被稱為“環(huán)保型”氣化技術(shù)。另外，過?？諝庀禂?shù)低，灰渣易于處理，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，氣化效率高，經(jīng)濟(jì)性好，但尚無商業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。

　　另外還有加壓氣化、催化氣化等技術(shù)，但大都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

　　1.3生物質(zhì)主要?dú)饣O(shè)備

　　生物質(zhì)氣化技術(shù)的核心是設(shè)備(氣化爐)，根據(jù)爐型的不同，大致可分為固定床氣化爐和流化床氣化爐。固定床氣化爐適用于物料為塊狀及大顆粒原料。它制造簡便，運(yùn)行部件少，具有較高的熱效率，但內(nèi)部過程難以控制，內(nèi)部物料容易搭橋形成空腔，處理量小。流化床氣化爐適合含水分大、熱值低、著火困難的原料，原料適應(yīng)性廣，可大規(guī)模、高效利用。流化床還具有氣、固充分接觸，混合均勻的優(yōu)點(diǎn)，是唯一的恒溫床上反應(yīng)的氣化爐，反應(yīng)溫度一般為700～850℃，其氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解。

　　1.3.1固定床氣化爐

　　固定床氣化爐根據(jù)氣化爐內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)方向可分為上吸式氣化爐、下吸式氣化爐、橫吸式氣化爐和開心式氣化爐。最常用的是前兩種氣化爐。下吸式固定床氣化爐生物質(zhì)原料由爐頂?shù)募恿峡谕度霠t內(nèi)，爐內(nèi)的物料自上而下分為干燥層、熱分解層、氧化層和還原層。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡單、工作穩(wěn)定性好、可隨時(shí)開蓋添料；氣體中的焦油在通過下部的高溫區(qū)時(shí)，一部分被裂解成小分子永久性氣體(降溫時(shí)不凝結(jié)成液體)，所以出爐的可燃?xì)庵薪褂秃枯^少。它的缺點(diǎn)是：由于爐內(nèi)氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率；出爐的可燃?xì)庵泻休^多的灰分，且可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水對其進(jìn)行冷卻。

　　上吸式固定床氣化爐的優(yōu)點(diǎn)是：可燃?xì)庠诮?jīng)過熱分解層和干燥層時(shí)，將其攜帶的熱量傳遞給物料，用于物料的熱分解和干燥，同時(shí)降低自身溫度，使?fàn)t子的熱效率大大提高；熱分解層和干燥層對可燃?xì)庥幸欢ǖ倪^濾作用，所以出爐的可燃?xì)庵泻曳至枯^少。它的缺點(diǎn)是：添料不方便，可燃?xì)庵泻瑩]發(fā)成分(如焦油蒸氣)較多。

　　1.3.2流化床氣化爐

　　流化床氣化爐具有處理量大、傳質(zhì)傳熱性能好和過程易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是生物質(zhì)氣化的有效設(shè)備之一。反應(yīng)物料中常摻有精選過的惰性材料砂子，在吹入的氣化劑作用下，物料顆粒、砂子、氣化劑接觸充分，受熱均勻，在爐內(nèi)呈“沸騰”燃燒狀態(tài)，氣化反應(yīng)速度快，可燃?xì)獾寐矢?，爐內(nèi)溫度高而且恒定，焦油在高溫下裂解生成氣體，因而可燃?xì)庵薪褂秃枯^少，但出爐的可燃?xì)庵泻休^多的灰分，原料需要預(yù)處理。按氣固流動(dòng)特性不同可將流化床氣化爐分為鼓泡流化床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐。

　　鼓泡流化床氣化爐中氣流速度相對較低，幾乎沒有固體顆粒從流化床中逸出，流化速度較慢，比較適合于顆粒較大的生物質(zhì)原料，而且須增加熱載體。而循環(huán)流化床氣化爐中流化速度相對較高，從流化床中攜帶出的顆粒在通過旋風(fēng)分離器收集后重新送入爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)。它的氣化速度快，適用于較小的生物質(zhì)顆料，在大部分情況下，它可以不必加流化床熱載體，所以它運(yùn)行較簡單，但它的炭回流難以控制，在炭回流較少的情況下，容易變成低速率的載流床

　　流化床氣化爐良好的混合特性和較高的氣固反應(yīng)速率使其非常適合于大型的工業(yè)供氣系統(tǒng)。因此，流化床反應(yīng)爐是生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化的一種較佳選擇，特別是對于灰熔點(diǎn)較低的生物質(zhì)。

　　2生物質(zhì)氣化的影響因素

　　2.1氣化介質(zhì)的影響

　　目前生物質(zhì)氣化技術(shù)中采用的氣化介質(zhì)主要有4種：空氣氣化、富氧氣化、空氣-水蒸氣氣化和水蒸氣氣化。4種氣化方式相應(yīng)的氣體產(chǎn)物組成見表1所示。前3種氣化方式所需能量由部分生物質(zhì)氣化爐內(nèi)燃燒自給，水蒸氣氣化需要額外能量。

　　空氣氣化所需的設(shè)備簡單，操作和維護(hù)十分簡便，運(yùn)行成本低。其氣化組成中氮?dú)夂扛?，燃?xì)獾臒嶂档?。富氧氣化使運(yùn)行成本大大增加，但氣化產(chǎn)物中H2/CO約為1，且N2的含量很低，適用于合成其他產(chǎn)品。

　　水蒸氣氣化需由額外能量(電能或燃油、燃煤等)在高壓鍋爐內(nèi)產(chǎn)生高溫(大于700℃)的水蒸氣，高溫的水蒸氣在氣化爐內(nèi)與生物質(zhì)混合后發(fā)生氣化反應(yīng)。但高溫水蒸氣的獲得非常困難，需增添設(shè)備及維護(hù)費(fèi)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。純氧-水蒸氣氣化利于合成甲醇。空氣-水蒸氣氣化結(jié)合了空氣氣化設(shè)備簡單、操作維護(hù)簡便以及水蒸氣氣化氣中H2含量高的優(yōu)點(diǎn)，用較低的運(yùn)行成本得到H2+CO含量高的氣體。此可燃?xì)鉄嶂蹈?，運(yùn)行和生產(chǎn)成本較低，適合于其他化學(xué)品的合成，是較理想的氣化介質(zhì)。

　　2.2粒徑大小的影響

　　呂鵬梅等研究了流化床中對松樹鋸末空氣-水蒸氣氣化中不同粒徑下氣體組分的變化。CH4，CO，C2H6和C2H4體積隨著粒徑減小而增加，CO2則相反。粒徑從0.2～0.3mm增加到0.6～0.9mm，氣體產(chǎn)率從2.57m3/kg降到1.53m3/kg，少產(chǎn)1.04m3的氣體。這主要因?yàn)榱皆叫?，熱解過程主要通過反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制，隨著粒徑的增加，氣體擴(kuò)散過程影響增加，所以氣化時(shí)應(yīng)根據(jù)氣化方式選擇合適的粒徑。

　　2.3溫度的影響

　　溫度是熱解和氣化的關(guān)鍵控制變量，王翠艷等研究了在流態(tài)化狀態(tài)下不同生物質(zhì)原料的氣體產(chǎn)物產(chǎn)率、成分隨反應(yīng)溫度的變化規(guī)律，得出隨著溫度的升高，生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加，熱值降低；H2在氣體產(chǎn)物中的體積分率增加，而CO和CnHn的含量則有所下降，這樣不利于產(chǎn)品氣熱值的提高，但有利于產(chǎn)氣率的增大，碳轉(zhuǎn)化率大；CH4和CO含量減小是因?yàn)镃H4、CO和水生成CO2和H2，高溫提供了熱裂解和蒸氣氣化的適宜條件。

　　趙俊成等研究了稻殼在管式熱解爐中氣化時(shí)溫度的影響，得出隨著溫度的升高：CO、CH4、O2的百分含量基本不變，CO2的百分含量明顯下降，H2的百分含量急劇上升；氣體的熱值也增加，但是增加的幅度越來越小，溫度到了700℃左右，再提高溫度沒有太大意義；氣體的產(chǎn)率不斷增加，焦油和木炭的產(chǎn)率不斷下降。

　　2.4壓力的影響

　　PanbanN等在一空氣鼓泡加壓流化床中氣化木質(zhì)生物質(zhì)，壓力在506.63～2026.5kPa，得出壓力增大，脫揮發(fā)分的速度減慢而加強(qiáng)了裂解反應(yīng)，產(chǎn)生的焦油量也減少，氣相濃度也減小。操作壓力提高，一方面能提高生產(chǎn)能力，另一方面能減少帶出物損失。從結(jié)構(gòu)上看，在同樣的生產(chǎn)能力時(shí)，壓力提高，氣化爐容積可以減小，后續(xù)工段的設(shè)備也可減小尺寸，而且凈化效果好，所以流化床目前都從常壓向高壓方向發(fā)展，但壓力的增加也增加了對設(shè)備及其維護(hù)的要求。

　　2.5空氣當(dāng)量比的影響

　　空氣當(dāng)量比(Equivalence Ratio)簡稱ER，即實(shí)際供給每kg生物質(zhì)燃燒空氣(氧氣)的質(zhì)量與每kg生物質(zhì)完全燃燒所需空氣(氧氣)的質(zhì)量的比值。呂鵬梅等在空氣-水蒸氣作為氣化介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，保持其它條件不變，只改變空氣通入量，使ER從0.19增加到0.27，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論：ER不是獨(dú)立的，它與運(yùn)行溫度是相互聯(lián)系的，高的ER對應(yīng)于高的氣化溫度。在一定條件下，氣化溫度升高使反應(yīng)速率加快，燃?xì)赓|(zhì)量提高。但是高的ER意味著有更多的氧化反應(yīng)發(fā)生，也會使燃?xì)赓|(zhì)量下降。并且對此氣化介質(zhì)0.23是交界點(diǎn)，即是最佳值。

　　3產(chǎn)品處理

　　生物質(zhì)氣化得到的產(chǎn)品中(以水蒸氣做氣化介質(zhì)為例)，出口氣由H2、CO、CO2、CH4、C2、C3及高級烴組成，同時(shí)還有NH3、H2S、灰及焦油，因而就需將出口氣凈化以供給后續(xù)工序(合成，取暖，發(fā)電)使用。燃?xì)鈨艋哪繕?biāo)就是要根據(jù)氣化工藝的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理有效的雜質(zhì)去除工藝，保證后續(xù)設(shè)備不會因雜質(zhì)的存在而導(dǎo)致其磨損腐蝕和污染等問題。

　　3.1除塵(灰)

　　燃?xì)庵械姆蹓m會引起后續(xù)工序中催化劑的污染及中毒，除去粉塵就具有相對重要的意義。在眾多除塵方法中，北京煤化所開發(fā)的熱煤氣除塵技術(shù)，采用旋風(fēng)分離器加單管式過濾器，操作條件為0.18～1.15MPa，600～650℃，除塵效率達(dá)99%，效果很好。

　　3.2 NH3的脫除

　　生物質(zhì)中的氮元素在氣化時(shí)轉(zhuǎn)化為生成氣中的氨，氨在以后的工序中轉(zhuǎn)化為對大氣有嚴(yán)重污染的NOx，故脫除這些雜質(zhì)對保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。水洗法是一種經(jīng)濟(jì)有效、簡單的脫氨方法，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。在常溫下經(jīng)水洗后，氣體中的氨含量<200×10-6kg/L。水洗后氣體中的微量氨可由吸附法脫除，常用的吸附劑為硅膠和分子篩，吸附后可使尾氣中的氨含量小于0.11×10-6kg/L。

　　3.3硫的脫除

　　生物質(zhì)與氧進(jìn)行不完全氧化生產(chǎn)合成氣時(shí)，生物質(zhì)中的硫轉(zhuǎn)化為H2S，盡管只是少量，但H2S會影響氣體的后續(xù)應(yīng)用和污染環(huán)境。干法脫硫技術(shù)近幾年得到了廣泛應(yīng)用，如湖北化學(xué)研究所開發(fā)研究的常溫活性炭精脫硫劑和EF-22氧化鐵精脫硫劑在國內(nèi)被許多企業(yè)使用，效果良好。

　　3.4焦油的脫除

　　焦油的成分非常復(fù)雜，大部分是苯的衍生物及多環(huán)芳烴，其中苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚、茚等占大部分，而且在高溫下很多成分會被分解。焦油的存在對生物質(zhì)氣化及其利用會產(chǎn)生不利的影響。首先它降低了氣化爐氣化效率；其次焦油在低溫(200℃)時(shí)凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合在一起，堵塞輸氣管道，使氣化設(shè)備運(yùn)行發(fā)生困難。

　　焦油的產(chǎn)生也有規(guī)律，顧念祖、嵇文娟通過研究得出在500℃左右這個(gè)溫度以下，焦油含量隨著溫度的升高而增加，高于這個(gè)溫度，焦油含量卻隨著溫度的升高而減少；焦油在高溫(1000～1200℃)下可產(chǎn)生二次裂解，如果采用催化劑可將焦油的裂解溫度降低到750～900℃并可提高熱解效率達(dá)90%以上。

　　針對氣化過程產(chǎn)生的焦油，可采取的好的辦法是把它轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，既可提高氣化爐氣化效率，又可降低燃?xì)庵薪褂偷暮?，提高可燃?xì)獾睦脙r(jià)值。以往簡單的水洗或過濾等辦法只是把焦油從氣體中分離出來，既浪費(fèi)了焦油本身的能量又產(chǎn)生了大量的污染。熱裂解需要很高的溫度和足夠的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)起來有一定的困難。催化裂解法減少了燃?xì)庵薪褂偷暮?，是目前最有效、最先進(jìn)的方法，在大、中型氣化爐中逐漸被采用。

　　在催化裂解中，最關(guān)鍵的是催化劑的選用問題。大量實(shí)驗(yàn)表明，很多材料對焦油裂解都有催化作用。王鐵軍等對松木粉在700℃下氣化產(chǎn)生的焦油進(jìn)行了催化裂解實(shí)驗(yàn)研究對幾種催化劑的催化性能進(jìn)行了對比，結(jié)果表明綜合考慮裂解氣體中H2、CO和CH4的含量，在700℃下幾種催化劑的催化性能為：Ni基(裂解率99%)>重油裂解(95%)>白云石(59%)>熱裂解(31%)。白云石需在高溫(900℃)下才有很高的裂解率。由上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：Ni基和重油裂解催化劑活性高，效果好，在700℃時(shí)即有很高的裂解率，但它們成本較高，積炭又容易造成其失活，在一般生物質(zhì)氣化技術(shù)中難以應(yīng)用；白云石制造成本低，盡管在700℃時(shí)裂解率較低，但800℃以上時(shí)即有理想的裂解率，900℃時(shí)甚至可以達(dá)到99.8%，具有很高的實(shí)用價(jià)值，是理想的生物質(zhì)焦油裂解催化劑。

　　焦油的催化裂解除要求合適的催化劑外還要求合適的工藝條件。影響催化效果最重要的因素是溫度和接觸時(shí)間。白云石催化劑所需要的合適的溫度為800～900℃，而這一溫度與生物質(zhì)氣化溫度相近，容易實(shí)現(xiàn)。接觸時(shí)間由氣相停留時(shí)間和催化劑的比表面積決定，所以氣相停留時(shí)間和白云石顆粒大小成為催化裂解的重要工藝條件。對于固定床氣相停留時(shí)間為0.5s和流化床為0.1～0.25s時(shí)比較合適，而白云石粒徑的合適范圍為2.0～7.0mm。

　　4結(jié)束語

　　生物質(zhì)在我國豐富而廣泛，大力發(fā)展生物質(zhì)氣化技術(shù)，對緩解能源供求矛盾和減少環(huán)境污染有著十分重要的意義?？上驳氖巧镔|(zhì)氣化技術(shù)，在一些國家和地區(qū)已經(jīng)有了一些規(guī)?；纳虡I(yè)應(yīng)用。

　　我國生物質(zhì)氣化技術(shù)人員做了很多的研究，基本掌握了生物質(zhì)氣化的規(guī)律，也開發(fā)了一些生物質(zhì)氣化技術(shù)的應(yīng)用工藝。但由于或多或少地存在著氣化效率不高、原料通用性不強(qiáng)、燃?xì)饨褂秃扛?、燃?xì)鉄嶂迪鄬^低、灰分含量高等問題，極大地影響了燃?xì)獾暮罄m(xù)利用以及在國內(nèi)的推廣使用。當(dāng)前我國生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用亟待解決的問題是：①開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的氣化設(shè)備，解決好燃?xì)獾暮罄m(xù)處理，尤其是焦油的處理問題；②借鑒國外先進(jìn)、成熟的技術(shù)工藝，進(jìn)行高起點(diǎn)開發(fā)；③隨著對生物質(zhì)氣化技術(shù)研究的深入，把具有較好應(yīng)用前景的技術(shù)盡快工業(yè)化；④對已經(jīng)存在但尚不完善的工藝進(jìn)行技術(shù)改造。希望通過以上問題的解決能為生物質(zhì)的廣泛利用鋪平道路。