文档介绍：生物质气化技术的研究分析
摘要:生物质能是满足当今世界能源需求的最具潜力的可再生能源。利用生物质气化技术能实现CO2的归零排放,节约常规能源,符合可持续发展的要求。本文介绍了生物质气化的原理与工艺和相关气化反应器,阐述了生物质气化特性的影响因素及评价指标,指出了生物质气化技术中需要解决的问题。
关键词:生物质气化,原理与工艺,气化炉,气化特性
能源和环境问题已成为全球关注的焦点,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[1]。与此同时,生物质能在可再生能源中,是地球上唯一能够储存和可运输的清洁能源,资源量大,分布广,开发潜力巨大。
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。
1 生物质气化的原理与工艺
生物质气化是指生物质原料(薪柴、锯末、麦秸、稻草等)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的混合气体。
气化技术是目前生物质能利用技术研究的热门方向。典型的气化工艺有以下3种:干馏工艺、快速热解工艺、气化工艺
[2]。其中前两种生物质气化工艺适用于木材或木屑的热解;后一种适用于农作物(如玉米、棉花等)秸秆的气化。
生物质气化技术的一般工艺过程如图1所示,其主要有四大组成系统,分别为进料系统、气化反应器(气化炉)、气化气体净化系统和气化气体处理系统(如发电系统)。进料系统包括生物质进料、空气进料、水蒸气进料及其控制。气化气体净化系统主要是除去产出气体中的固体颗粒、可冷凝物及焦油,常用设备有旋风分离器、水浴清洗器及生物质过滤器。后处理系统主要是气化气进一步转化利用的装置,诸如发电、制取液体燃料等装置。
进料系统
气化反应器
净化系统
后处理系统
图1 生物质气化工艺一般流程
2 气化反应器
气化炉是生物质气化系统中的核心设备,生物质在气化炉内进行气化反应,生成合成气。生物质气化炉可以分为固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉(EF)及等离子体气化炉(Plasma)等类型[3]。
固定床气化炉
固定床气化炉中气化反应是在一个相对静止的物料床层中进行,即物料相对于气流来说,是处于静止状态。物料在炉内基本上是有层次的分为四个阶段,即干燥阶段、热解阶段、燃烧阶段、还原阶段。固定床气化炉的炉内反应速度较慢。根据炉内气化剂的流动方向,可将固定床气化炉分为四类:上吸式、下吸式、横吸式和开心式。固定床气化炉的优点:气化炉结构简单、投资少、运行可靠、操作比较容易,对原料的种类及粒度要求不高。缺点:固定床气化炉通常产气量比较小,多用于小型气化站、小型热电联产或户用供气,不适合大规模的生产。