生物质气化之焦油催化脱除转化探析

1、生物质气化之焦油催化脱除转化探析摘要：生物质气化最难就是在反应中有焦油， 进而腐蚀设备。物理法和热化学法是去除焦油的两种 基本方法。物理无法真正除去焦油反而会污染环境， 而热化学法能从根本上除去焦油，并且可以增加原料 的转化率。关键词：生物质气化 焦油 脱除转化一、了解焦油的基本情况在我们日常生活中你也许会常常用到焦油的产品, 很多人对焦油的了解不多，焦油是有机物经过加热干 憾的产物，常见的为煤焦油，木材干憾也产生木焦油， 泥炭干馄和石油分憾也产生焦油。焦油产生的途径生 物质是一种丰富的资源，它作为可再生能源受到人们 的关注，随着能源危机意识的提高人们对其性能的研 发不断深入。生物质热化学转化

2、对于产生燃料、化学 原料以及生物质的完全燃烧和充分利用都是一种很有 效的方法。煤焦油是焦化工业的重要产品，其组成很复杂， 大多情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯并且 利用，可分离出多种产品，目前提取的主要产品有：荼、酚、菲、咔噪、沥青等几种。目前焦油精制厂家已经可以从焦油中提取230多种产品，并向大型 化方向发展。二、生物质气化及其过程 生物质气化是在一定的热力学下，借助空气、水蒸气的作用，使生物质发生热解、氧化和还原反应， 最终转化为一氧化碳、低分子怪类等可燃气体的过程。中国可用的固体生物质数量巨大，主要以农业和 木材废物为主。生物质分布分散，收集和运输困难， 在中国目前的条件下，难以采

3、用大规模燃烧技术，所 以200-5000kw的中小规模的生物质气化发电技术 在中国有独特的优势。由于中国电力供应紧张，而生 物质废弃物浪费严重，价格低廉，所以生物质气化发 电的成本具备进入市场竞争的条件。中国已完成了多 种气化炉的研制，已使用的气化炉有上下吸式、敞口 式和流化床等。各种气化炉从原理上讲都可以用于气 化发电，但目前研究完成并正常运转的主要有三种， 即敞口下吸式，下吸式及循环流化床，发电功率可以 从几千瓦到几千千瓦，这为气化发电技术的进一步发 展提供了条件。气化发电比较适合中国当前的经济和 发展现状。中国的生物质技术基础较好，解决二次污 染后就具备与其他常规发电技术竞争的条件。为了

4、发 展并尽快推广生物质气化技术，应该研究焦油处理技 术，彻底消除二次污染;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;制定保证政策，鼓 励生物质气化发电技术的应用，使大众较快得接受生 物质气化发电。三、重点推行热解工艺及影响因素（一）热解工艺包含的类型从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角 度来看，生物质热解工艺基本上可以分为慢速热解和 快速热解（反应时间少于0.5s时称为闪速热解）两种 类型。由于工艺操作条件不同，生物质热解工艺又可 分为慢速热解、快速热解和反应性热解几种。在慢速 热解工艺中又可以分为炭化和常规热解。慢速热解，传统上称干憾工艺、传统热解工艺， 已经具有几千

5、年的历史，是一种以生成木炭为目的的 炭化过程，加热温度在500580°c称为低温干憾，加 热温度在660750°c称为中温干徭，加热温度在 9001100°c称为高温干憾。将木材放在窑内加热，可 以得到占原料质量30%35%的木炭产量。快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装 置中，严格控制加热速率（10200°c/s左右）和反应 温度（大概500°c左右），在缺氧并且被快速加热到较 高温度时引发大分子的分解，产生了小分子气体和可 凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速 冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油。快速热解 在极短的时间内和

6、强烈的热效应下直接产生热解产物， 然后迅速淬冷至350°c以下，最大限度地增加了液态 油。常规热解是将所用原料放在常规的热解装置中， 在中等温度及反应速率条件下，经过数小时的热解， 得到占原料质量的20%25%的生物质炭及10%20% 的生物油。（二）热解影响因素总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理 两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次和二次反 应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料 的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料 特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率。在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响 因素，它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值 都有

7、很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭 各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快 慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热 解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%o温度小于600°c的常规热解时，采用中等反应速 率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等;闪速热 解温度在500650°c范围内，主要用来增加生物油的 产量，生物油产率可达80%;同样的闪速热解，若温度 高于700°c,在非常高的反应速率和极短的气相滞留 期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%。当 升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭。

8、四、生物质的液化发展世界石油储量在逐步减少，而经济快速发展对能 源得需求越来越多，未来的一定时期内将需要煤炭和 生物质液化等代替性液体燃料。煤炭丰富、石油缺乏、 燃气匮乏是我国能源结构的基本特点，2000年左右, 我国探明可采石油储量可供开采二十年。我国煤炭占 终端能源消费的比例高、煤炭消费方式落后、原煤转 化利用程度低，因此，我国煤炭资源利用效率低，生 态环境污染严重。煤炭是最主要的一次能源，世界各 国越来越重视高效洁净能源的使用。煤液化技术是煤 综合利用的一种有效途径，可以将煤炭转化成洁净高 热值的燃料油，减轻污染，还可以得到珍贵的化工产 品。我国是生物质资源丰富的农业大国，每年农作物 秸

9、秆、禽畜粪便总资源干物质、全国城市生活垃圾产 量、林业废弃物和可资源利用的柴薪等生物质能资源 约为五十亿吨标煤，充分利用生物质能是解决石油资 源不足的重要途径。我国在生物质资源的利用方式主 要通过直接燃烧来获得能量，效率低下，资源浪费， 环境污染严重。因此，对煤和生物质的高效利用技术 的开发与研究在中国显得迫切和重要。煤和生物质的 液化技术在理论方面和一些工艺技术上没有得到很好 的解决，主要包括：煤结构的研究及其与液化反应性 的关系，催化剂的中毒、催化剂的研发、固固和固液 分离及如何使反应条件温和化和产品的高附加值化。 解决这些问题对发展煤化学理论、开发高效的煤液化 工艺有重要的指导意义。比如在不同的反应条件下，进行稻草的加氢液化， 考察了催化剂、压力等因素对生物质加氢液化的影响。 在反应温度为300°c的条件下，随着催化剂的量的增 加转化率、油气收率显著增加而焦渣的产率下降，可 知加入的催化剂有助于稻草的加氢液化。在氢压 5.0mp加入相同的催化剂的条件下，转化率和油气收 率有所降低，焦渣和沥青烯的收率上升而前里清晰的 收率下降表示温度的上升对稻草的加氢液化是不利的, 由300°c和350°c的比较可知：此时温度对于稻草加氢 液化的影响不大。在同一温度下、加入相同的催化剂 条件下，在5%催化剂250°c条件下，转化和油气收率 显