生物质气化技术概述

生物质气化技术概述

1. 背景

生物质气化以木头等为原料，在氧气不充足情况下，加热使木头等生物质裂解产生合成天然气，再用合成天然气加热却暖或发电。生物质气化与传统的烧木头等方式加热不同，传统烧木头、秸秆等是在氧气充足情况下燃烧，而生物质气化是在氧气不充分情况下加热。

气化的基本定义为：不完全氧化的热化学反应过程，把含碳物质转化成一氧化碳、氢气、二氧化碳及碳氢化合物如甲烷等。反应温度一般大于700︒C，一般在700－1000︒C间。

生物质气化主要过程如下：

生物质预处理后→进入气化炉→加氧气或水蒸气→燃烧气化→产生的气体出来除焦油→气体冷却→气体净化（除硫化氢、除二氧化碳）→甲烷化→合成天然气（合成气）。

合成气在此作为加热及其他燃料驱动蒸汽机及发电机发电。合成气进一步加工，比如经过费－托反应可以生成液体生物柴油。此过程在二战时，被德国比较大规模地采用，弥补石化柴油不足。

如今，生物质气化的研究与应用主要以奥地利、芬兰、英国和德国为主要国家。

2. 生物质气化主要工艺

2.1生物质气化过程发生了如下反应：

1）水－气反应：C＋H2O＝H2+CO

2）还原反应：CO2+C=2CO

3）甲烷化：C+2H2=CH4

4）水－气转换反应：CO+H2O=CO2+H2

CO热值：12.64MJ/Nm3

H2热值：12.74~18.79MJ/Nm3

CH4热值：35.88~39.82 MJ/Nm3

空气、氧气和水蒸气可作为气化媒介。但不同媒介对过程与结果有不同的影响。空气便宜，但产出气的热值低；氧气贵，产出气热值高；用水蒸气做媒介产生热值与氧气相当，但也耗费比较高的热能。

2.2 生物质气化炉类型

生物质气化炉主要分三种类型，但还6~有其他个性化炉子：

1. 固定／移动床气化炉

－向上排气炉（气体与原料对流）

－向下排气炉（气体与原料同方向流动）

－错流移动床

2. 流化床气化炉

－循环流化床

－气泡流化床

－气流床（携带床，Entrained flow bed)

上图左是向上排气炉；右是向下排气炉。

上图左是气泡流化床炉（BFB）；中间是循环流化床炉（CFB）；右边是间接加热炉（少见）

上图为荷兰能源研究中心研发的MILENA气化炉。

MILENA气化炉实验室及样机的研发、设计、工艺描述等材料在附件中，其中除焦油的催化剂是其核心技术没有讲述外，其他的内容讲述比较详细。包括入料系统、气化、烟气冷却与除尘、合成气冷却与除尘、合成气净化、甲烷化及锅炉等内容。并对燃料、流化床材料、动力学、碳转化、碳氢产率、焦油、热平衡、气体冷却效率、MILENA改造、微量元素及污染扩散、烟气治理、生物质聚团问题、甲烷化等实验内容进行了描述。

这里面的技术细节部分介绍了很多经验，值得仔细学习。

3 实际应用的小型生物质气化炉

3.1 最小型的家用做饭木头气化炉：如下图，具体制造方法请看附件。

3.2 小型家用生物质气化加热炉：如下图，具体制造方法请看附件。

3.3 小型木头气化炉生产合成气作为汽车动力燃料：具体制造方法请看附件。

3.3 德国中型商用取暖发电用生物质气化设备：如下图，具体相关信息请查

www.holz-kraft.de/en

和其他公司的集装箱式生物质气化发电设备：

4 实际应用的大型生物质发电厂，比如下图所示的Amec Foster Wheeler公司的大型生物质发电厂。