生物质气化反应实验研究+文献综述(2)
我国的能源消耗迅速增长，大量使用化石燃料带来了严重的生态环境污染，而且作为一个农业大国，在广大农村地区，生物质资源在能源结构中占有相当重要的地位。我国每年仅农作物秸秆(稻秆、麦秆、玉米秆等)产量可达7万亿吨，人畜粪便3.8亿吨，薪柴年产量(包括木材砍伐的废弃物)约为1.7亿吨，农业加工残余物(稻壳、蔗渣等)约为0.84 亿吨；城市生活垃圾污水中的有机物约为0.56亿吨，还有工业排放的大量有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤约2～4亿吨。[5] 我国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，开展了如薪炭林、沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等各类生物质能利用技术的研究与开发，为生物质能发展奠定了坚实的基础。[1]
1.2 生物质气化原理
生物质气化，即在一定的热力学条件下、有限氧的情况下，使生物质发生不完全燃烧，同时将其中的可燃部分转化为可燃气的热化学反应。在氧化法气化工艺中，生物质原料基本上要经过氧化、还原、裂解(热解)和干燥四个阶段。由于生物质原料中含有较高的挥发分，故在较低的温度下就能释放出70％左右的挥发分(二氧化碳，一氧化碳，甲烷，氢气等)并解析出焦油，同时留下炭构成进一步反应的床层。而后炭层与气流中的水、氢气、二氧化碳发生还原反应生成可燃性气体。氧化反应中炭与氧气不完全燃烧生成一氧化碳，同时放出热量，此时温度可达l000℃～l200℃。
1.3 生物质气化技术
1.3.1 技术路线
生物质气化系统中的所应用的核心设备为气化炉。反应过程主要取决于气化剂的选择、气化炉中反应温度和压力的控制、物料的停留时间。生物质完全气化的技术路线种类较多。根据气化剂的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气以及多种气化剂的混合物气化；根据气化反应器的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化。生物质气化技术可分为完全气化和不完全气化。完全气化反应的气化过程则是依靠生物质中的碳元素与气化剂(CO、水蒸气和空气)反应生成主要成分为H2、CO以及少量轻质碳氢化合物的合成气。不完全气化是以热解为主的气化工艺，通过生物质中的大分子链在高温下分解、断裂或重整产生轻质可燃气体的过程。生物质不完全气化技术其实就是生物质热裂解技术的一种。
现在生物质气化有了新的技术，如生物质气化焦油的催化裂解，生物质超临界气化。裂解净化技术是在生物质气化过程中加入催化剂(Ni基催化剂、煅烧白云石、橄榄石和铁催化剂等)将焦油裂解为可利用的小分子可燃气体既提高系统能源利用率，又彻底减少二次污染。生物质超临界水气化反应过程复杂，目前仍停留在实验室小规模研究。
1.3.2 技术应用
生物质气化技术生物质气化能量转换效率高，设备简单，投资少，易操作，不受地区、燃料种类和气候限制。生物质经气化产生的可燃气，可广泛用于炊事、采暖和作物烘干，还可以用作内燃机、热气机等动力装置的燃料，输出电力或动力，提高了生物质的能源品位和利用效率。
（1）生物质气化发电
生物质气化发电通过加热／部分氧化把生物质转化为可燃气体(其主要成分为CO，H2，CH4，CmHn，CO2等)，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。是目前装备也最为完善，研究与应用最多的技术。生物质气化发电分为以下三个过程：一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，为了保证燃气发电设备的正常运行，要通过净化装置除去杂质；三是燃气发电：利用燃气轮机、燃气内燃机或蒸汽轮机进行发电。内燃机一般由柴油机或天然气机改造而成，以适应生物质燃气热值较低的要求；燃气轮机要求容量小。适于燃烧高杂质、低热值的生物质燃气；以生物质气为原料的高温燃料电池发电有一些研究,但距商业应用还较远。
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