生物质资源转化与利用-第五章-生物质直接气化技术课件.ppt

生物质资源转化与利用生物质资源转化与利用第五章第五章 生物质直接气化技术生物质直接气化技术生生物物质质热化学法热化学法物理化学法物理化学法压缩成型压缩成型直接燃烧直接燃烧液化液化气化气化微生物法微生物法发酵发酵生物化学法生物化学法固体燃料固体燃料高压蒸汽、热气流高压蒸汽、热气流直接液化直接液化间接液化间接液化共液化共液化氢气、木煤气氢气、木煤气木炭、生物油、木煤气、醋液木炭、生物油、木煤气、醋液氢气氢气沼气、乙醇沼气、乙醇燃烧供热、木炭燃烧供热、木炭燃料油、化工原料燃料油、化工原料甲醇、柴油、二甲醇、柴油、二甲醚、氢气甲醚、氢气化学品、液体燃料化学品、液体燃料热裂解热裂解5.1 5.1 生物质气化原理与工艺生物质气化原理与工艺生物质气化概念生物质气化概念以生物质为原料，以氧气（游离氧、结合氧）、空气、水蒸气、以生物质为原料，以氧气（游离氧、结合氧）、空气、水蒸气、水蒸气水蒸气氧气混合气或氢气为气化剂，在高温不完全燃烧条件氧气混合气或氢气为气化剂，在高温不完全燃烧条件下，使生物质中相对分子质量较高的有机碳氢化合物发生链裂下，使生物质中相对分子质量较高的有机碳氢化合物发生链裂解并与气化剂发生复杂的热化学反应而产生相对分子质量较低解并与气化剂发生复杂的热化学反应而产生相对分子质量较低的的COCO、氢气和甲烷、氢气和甲烷等可燃性气体的过程。等可燃性气体的过程。气化过程与燃烧过程的区别：气化过程与燃烧过程的区别：燃烧过程提供充足的空气或氧气，原料充分燃烧，目的是燃烧过程提供充足的空气或氧气，原料充分燃烧，目的是直接获取热量，产物是直接获取热量，产物是COCO2 2和水等不可燃的烟气和水等不可燃的烟气气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，尽可能将气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物为含氢、能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物为含氢、COCO和低分子烃类的可燃气体。和低分子烃类的可燃气体。主要优点主要优点主要缺点转转化化为为可可燃燃气气后后，利利用用效效率率高高，用用途途广广泛泛，如如可可以以用用作作生生活活煤煤气气，也也可可用用于锅炉或直接发电。于锅炉或直接发电。系系统统复复杂杂，生生成成的的燃燃气气相相对对其其他他主主要要气气体体燃燃料料而而言言热热值值较较低低，不不便便于于储储存存运运输输，须须有有专专门门的的用用户户或或配配套套的的利利用用设施。设施。废木材、柴薪、秸秆、果壳、稻壳、木屑等。一般都是挥发分高、废木材、柴薪、秸秆、果壳、稻壳、木屑等。一般都是挥发分高、灰分少、易裂解的生物质废弃物。灰分少、易裂解的生物质废弃物。生物质气化的主要原料生物质气化的主要原料:生物质气化的主要用途生物质气化的主要用途:1 1）民用炊事与取暖）民用炊事与取暖2 2）烘干谷物、木材、果品、炒茶等）烘干谷物、木材、果品、炒茶等3 3）发电）发电4 4）区域供热等）区域供热等5 5）工业企业用蒸汽）工业企业用蒸汽5.1.1 5.1.1 生物质气化原理生物质气化原理生生物物质质气气化化都都要要通通过过气气化化炉炉完完成成。典典型型的的下下吸吸收收式式生生物物质质气气化化过过程程通通常常包包括括生生物物质质的的干干燥燥、热热解解、氧氧化化和和还还原原4 4个个阶阶段，这段，这4 4个阶段在气化炉中对应形成个阶段在气化炉中对应形成4 4个区域。个区域。1 1）干燥层）干燥层100250 100250 o oC C的的高高温温作作用用下下，生生物物质质中中的的自自由由水水和和结结合合水水被被加加热析出，此过程比较缓慢，需要大量的热量。热析出，此过程比较缓慢，需要大量的热量。以以气气体体在在炉炉内内自自上上而而下下流流动动的的气气化化炉炉工工作作情情况况，介介绍绍生生物物质质气化原理气化原理2 2）热分解层）热分解层热热解解是是指指生生物物质质的的基基本本热热解解反反应应过过程程，可可以以看看做做是是其其纤纤维维素素、半纤维素、木质素热解过程的综合体现。半纤维素、木质素热解过程的综合体现。生生物物质质被被加加热热到到500600 500600 o oC C时时，半半纤纤维维素素、纤纤维维素素、木木质质素素热热分分解解析析出出焦焦油油、COCO2 2、COCO、氢氢气气、甲甲烷烷等等大大量量可可燃燃气气和和生生物质炭。物质炭。纤维素纤维素左旋葡萄糖酐左旋葡萄糖酐单糖、多糖单糖、多糖脱水低聚糖脱水低聚糖COCOCOCO2 2水水生物质炭生物质炭温度超过温度超过240 240 o oC C大分子苷键断裂大分子苷键断裂碳碳和碳氧键断裂碳碳和碳氧键断裂温度进一步升高温度进一步升高温度超过温度超过400 400 o oC C聚合和芳构化阶段聚合和芳构化阶段半纤维素半纤维素COCOCOCO2 2水水炭炭温度超过温度超过250 250 o oC C温度超过温度超过150 150 o oC C开始热解开始热解与纤维素热解比较类似与纤维素热解比较类似甲醇甲醇焦油焦油醋酸醋酸木质素木质素COCOCOCO2 2温度超过温度超过310 310 o oC C热热解解激激烈烈，放热阶段放热阶段甲醇甲醇醋酸醋酸焦油焦油其他有机化合物其他有机化合物甲烷甲烷温度超过温度超过420 420 o oC C蒸汽气体产物减少，热解基本完成蒸汽气体产物减少，热解基本完成3 3）氧化层）氧化层由由于于干干燥燥区区、还还原原区区发发生生的的都都是是吸吸热热反反应应，所所以以气气化化设设备备中中必必须须保保持持热热量量的的供供给给。通通常常的的做做法法是是将将热热解解区区产产生生的的生生物物质质炭炭与与氧氧气气进进行行燃燃烧烧反反应应来来放放出出热热量量，保保持持气气化化设设备备中中的的热热量量平平衡衡。生生物物质质炭炭和和氧氧气气在在此此层层充充分分接接触触、燃燃烧烧生生成成大大量量COCO2 2，同事放出大量热量，温度可达到，同事放出大量热量，温度可达到1300 1300 o oC C或更高。或更高。化学反应式化学反应式C+OC+O2 2=CO=CO2 2H=-408.8 kJ H=-408.8 kJ 2C+O2C+O2 2=2CO=2COH=-246.44kJH=-246.44kJ4 4）还原层）还原层在在没没有有氧氧气气的的条条件件下下，生生物物质质炭炭与与气气流流中中的的COCO2 2、水水、氢氢气气发发生生一一系系列列反反应应，还还原原层层没没有有氧氧气气存存在在，COCO2 2和和水水在在这这里里还还原原成成COCO和和氢氢气气，进进行行吸吸热热反反应应，温温度度开开始始降降低低，一一般般温温度度在在700900 700900 o oC C。C+COC+CO2 2 2CO 2CO H=+162.30 kJ H=+162.30 kJ C+HC+H2 2O(g)CO+HO(g)CO+H2 2 H=+118.74 kJ H=+118.74 kJ C+2HC+2H2 2O(g)COO(g)CO2 2+2H+2H2 2H=+75.19 kJ H=+75.19 kJ CO+HCO+H2 2O(g)COO(g)CO2 2+H+H2 2H=+43.56 kJ H=+43.56 kJ 以上吸式固定床气化炉为例。以上吸式固定床气化炉为例。秸秸秆秆从从上上部部加加入入，依依次次进进入入干干燥燥层层、热热解解层层、还还原原层层、氧氧化化层层，最最终终以以灰灰分分形形式式排排出出。而而气气化化剂剂从从底底部部吹吹入入，与生物质物料走向相反。与生物质物料走向相反。反反应应炉炉工工艺艺结结构构设设计计的的重重要要原原则则：合合理的温度分布理的温度分布干燥层干燥层100250热解层热解层300500800还原层还原层900氧化层氧化层1200湿料湿料气体气体灰灰空气空气原料原料气化气成分（气化气成分（%）低热值低热值COCO2 2O O2 2COCOH H2 2CHCH4 4C Cm mH Hn nN N2 2MJ/mMJ/m3 3玉米芯玉米芯22221.41.422.522.512.312.32.322.320.20.248.7848.785.1205.120玉米秸玉米秸13131.61.621.421.412.212.21.871.870.20.249.6849.684.8094.809棉柴棉柴11.611.61.51.522.722.711.511.51.921.920.20.250.5850.584.9164.916稻草稻草13.513.51.71.7151512.012.02.102.100.10.155.6055.604.0024.002麦秸麦秸14141.71.717.617.68.58.51.361.360.10.156.7456.743.6643.664下吸式空气气化炉的气化气成分下吸式空气气化炉的气化气成分可可燃燃成成份份以以C C O O和和H H2 2为为主主，约约占占2 25 5 3 35 5%。N N2 2约约5 50 0%气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、低温干馏气体、炭黑。低温干馏气体、炭黑。气化过程要点气化过程要点 气化反应主要场所气化反应主要场所氧化区氧化区还原区还原区气化区气化区干燥区干燥区裂解区裂解区 干馏反应的主要场所干馏反应的主要场所燃料准备区燃料准备区热载体热载体5.1.2 5.1.2 生物质气化工艺生物质气化工艺混合气体通常为混合气体通常为 空气（氧气）与水蒸气空气（氧气）与水蒸气使用：使用：不用：不用：气化介质气化介质空气空气氧气氧气水蒸气水蒸气混合气体混合气体氢气氢气热分解气化热分解气化空气气化：空气气化：以以空空气气为为气气化化介介质质的的自自供供热热气气化化工工艺艺系系统统。获获得得以以COCO为为主主的的低热值燃气。低热值燃气。惰性惰性N N2 2全部保留，燃气热值较低（全部保留，燃气热值较低（5MJ/m5MJ/m3 3左右）左右）用用于于近近距距离离燃燃烧烧或或发发电电时时，空空气气气气化化是是最最佳佳选选择择。我我国国目目前前使使用用最多的气化方式。最多的气化方式。优点：优点：设备简单，能源自给设备简单，能源自给，缺点：缺点：热值低，存储、输送成本高，应用受限制热值低，存储、输送成本高，应用受限制氧气气化：氧气气化：氧氧气气气气化化以以氧氧气气为为气气化化介介质质的的气气化化过过程程。其其过过程程原原理理与与空空气气气气化化相同。相同。优点：优点：没没有有惰惰性性氮氮气气，在在与与空空气气气气化化相相同同的的当当量量比比下下，反反应应温温度度提提高高，反反应应速速率率加加快快，设设备备容容积积减减小小，热热效效率率提提高高，气气体体热热值值(约约10MJ/m10MJ/m3 3)提提高高一一倍倍以以上上，热热值值与与城城市市煤煤气气相相当当。因因此此，可可建建立立以以生生物物质质废废弃弃物物为为原原料料的的中中小小型型生生活活供供气气系系统统，也也可可用用作作化化工工合合成成燃燃料的原料。料的原料。水蒸气气化：水蒸气气化：水水蒸蒸气气气气化化是是以以水水蒸蒸气气为为气气化化介介质质的的气气化化工工艺艺。它它不不仅仅包包括括水水蒸蒸气气和和碳碳的的还还原原反反应应，尚尚有有COCO与水蒸气的变换反应。与水蒸气的变换反应。C+HC+H2 2O(g)CO+HO(g)CO+H2 2 H=+118.74kJ/molH=+118.74kJ/mol需要外供热源。需要外供热源。H H2 2COCO2 2COCOCHCH4 4CnHmCnHm低热值低热值20-2620-2616-2316-2328-4228-4210-2010-206-7%6-7%17-21(MJ/m17-21(MJ/m3 3)典型的水蒸气气化的燃气组成（典型的水蒸气气化的燃气组成（V%V%）螺旋进料器螺旋进料器料箱料箱燃气燃气示意图示意图气化炉气化炉H H2 2O O空气（氧气）空气（氧气）-水蒸气气化：水蒸气气化：以空气（氧气）和水蒸气同时作为气化介质的气化过程。以空气（氧气）和水蒸气同时作为气化介质的气化过程。H H2 2COCO2 2COCOCHCH4 4CnHmCnHm低热值低热值32%32%30%30%28%28%7.5%7.5%2.5%2.5%11.5 MJ/m11.5 MJ/m3 3水蒸气与生物质比为水蒸气与生物质比为0.950.95典型情况下，氧气典型情况下，氧气-水蒸气气化工艺的燃气成分（体积分数）水蒸气气化工艺的燃气成分（体积分数）自供热系统自供热系统特点：特点：部分氧来源于水蒸汽，减少了空气消耗量部分氧来源于水蒸汽，减少了空气消耗量H H2 2与与CHCH4 4含量较高含量较高氢气气化：氢气气化：是是使使氢氢气气同同碳碳及及水水发发生生反反应应生生成成大大量量甲甲烷烷，形形成成高高热热值值燃燃气气（22.323.5MJ/m22.323.5MJ/m3 3标准状态气）的工艺。标准状态气）的工艺。优点：优点：高质量气体燃料，用途广泛，效率高。高质量气体燃料，用途广泛，效率高。缺缺点点：反反应应需需在在高高温温高高压压且且具具有有氢氢源源的的条条件件下下进进行行，条条件件苛刻，实际应用很少。苛刻，实际应用很少。热分解气化：热分解气化：热热解解气气化化是是将将农农作作物物秸秸秆秆在在热热解解炉炉中中进进行行隔隔绝绝空空气气干干馏馏,获获得得以以CHCH4 4、H H2 2为为主主的的中中热热值值可可燃燃气气,同同时时获获得得木木炭炭和和木木焦焦油油等等产产品品。这这种种方方法法既既不不用用氧氧气气也也不不用用外外加加热热源源，气气体体热热值值可可达达到到10.7 10.7 MJ/mMJ/m3 3以上。以上。甲烷的一部分来源于秸秆挥发分的热分解和二次裂解，另一甲烷的一部分来源于秸秆挥发分的热分解和二次裂解，另一部分主要是炭或碳氧化物与氢气的反应结果。部分主要是炭或碳氧化物与氢气的反应结果。2C+2H2C+2H2 2O CHO CH4 4+CO+CO2 2(g)H(g)H298 298=-15.32 kJ/mol=-15.32 kJ/mol以上生成甲烷的反应使得体积减小，高压有利于反应进行。以上生成甲烷的反应使得体积减小，高压有利于反应进行。此外碳和水蒸气直接生成甲烷也是甲烷的来源之一此外碳和水蒸气直接生成甲烷也是甲烷的来源之一C+2HC+2H2 2CHCH4 4 H=-75 kJ H=-75 kJ CO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2O(g)H=-206 kJ O(g)H=-206 kJ COCO2 2+4H+4H2 2CHCH4 4+2H+2H2 2O(g)H=-165 kJO(g)H=-165 kJ甲烷生成反应甲烷生成反应不同气化技术的气化特性不同气化技术的气化特性气化炉气化炉空气气化空气气化氧气气化氧气气化水蒸气气化水蒸气气化 氢气气化氢气气化气化剂气化剂空气空气氧气氧气水蒸气水蒸气氢气氢气热值热值kJ/mkJ/m3 342007560420075601092018900109201890022260235202226023520特点特点设备简单，自设备简单，自供热，热值低供热，热值低无无N N2 2，热值高，热值高，高效高效热值高，供热值高，供热与高热与高C C料料高质气，需氢高质气，需氢气，高压高温气，高压高温用途用途锅炉、干燥锅炉、干燥合成燃料、合成氨合成燃料、合成氨 热源、管网热源、管网5.2 5.2 生物质气化设备生物质气化设备气化炉气化炉隧道窑气化炉隧道窑气化炉固定床气化炉固定床气化炉流化床气化炉流化床气化炉固定床气化炉固定床气化炉下吸式下吸式上吸式上吸式横流式横流式开心式开心式主要工艺流程：经粗切碎后直接进入气化炉点燃分解，不需外热源。主要工艺流程：经粗切碎后直接进入气化炉点燃分解，不需外热源。燃气经提纯、净化后送至贮气柜，再经管道送至用户。燃气经提纯、净化后送至贮气柜，再经管道送至用户。上料机上料机粉粉碎碎机机气气化化反反应应炉炉除除尘尘净净化化器器储储气气柜柜气化气气化气 净化气化气净化气化气油油尘尘灰灰分分粉碎后的秸秆粉碎后的秸秆主主支支气气管管道道入入户户管管道道秸秆秸秆气化工艺流程气化工艺流程下吸式固定床气化炉主要由内胆外壁和灰室组成原料产出气体空气干燥层热解层氧化层还原层喉管区灰室干燥层：热解层：氧化层：还原层：工作原理结构原料自重下降，气体下吸脱水挥发、裂解、碳化、气化、液化。碳粒等燃烧供热，碳粒、CO2、水等还原形成燃气。最最大大特特点点是是下下吸吸流流动动方方式式。水水蒸蒸气气、热热解解气气、焦焦油油等等产产物物都都经经过过氧氧化化层层与与还还原原层层，利利于于焦焦油油分分解解为为可可燃燃气气体体，利利于于水水参参与与反反应应形形成成COCO、CHCH4 4、H H2 2等有可燃成分等有可燃成分 ，国内气化站大多用此炉型。，国内气化站大多用此炉型。特点特点温度分布温度分布干燥层250热解层500-700氧化层1000-1200还原层700-900原料产出气体空气空气干燥层热解层氧化层还原层喉管区区灰室灰室1200800400 结构简单，有效层高度几乎不变，运行稳定性好。负压操作可随时打开填料盖，操作方便。运行可靠，燃气焦油含量低。气流下行方向与热气流升力相反，使风机功耗增加；可燃气须经过灰层和储灰室吸出，灰分较高；气体经高温层流出，出炉温度较高。因此不适于水分大、灰分高且易熔结的物料。缺点优点下吸式固定床气化的几种生物质的燃气成分下吸式固定床气化的几种生物质的燃气成分原料燃气成分%CO2O2COH2CH4CnHmN2木材8-120.1-0.223.112-172.5-3.550.5-55.3新收麦秸13.30.215.414.83.20.153干燥粪便12.80.416.113.21.80.2155.49原料原料燃气燃气空气空气干燥层干燥层热解层热解层还原层还原层氧化层氧化层上吸式固定床气化炉上吸式固定床气化炉一一般般由由钢钢板板内内衬衬耐耐火火砖砖或或耐耐火火水水泥泥而而做做成成直直立立桶桶状状。顶顶部部加加料料后后靠靠自自重重下下行行，炉炉栅栅支支撑撑燃燃料料，灰灰分分与与炭炭渣渣等等落落入入灰灰室室定定期期排排出。炉栅设计应考虑便于除灰和密封。出。炉栅设计应考虑便于除灰和密封。空空气气经经灰灰室室加加热热后后与与高高温温碳碳料料燃燃烧烧产产热热，氧氧化化层层在在10001000以以上上。COCO2 2、水水等等升升到到还还原原层层遇遇到到下下行行的的高高温温碳碳发发生生还还原原反反应应形形成成燃燃气气，温温度度降降低低至至700-700-900900。热热解解层层物物料料被被热热气气流流加加热热热热解解，析析出出挥挥发发分分，固固体体碳碳下下落落。热热气气流流到到干干燥燥层层烘干物料后降温到烘干物料后降温到300 300 以下排出。以下排出。工作原理工作原理灰室灰室HH燃气燃气空气空气上吸式固定床气化器工艺原理上吸式固定床气化器工艺原理原料原料干燥层干燥层热解层热解层还原层还原层氧化层氧化层灰室灰室物料脱水干燥，然后快速升温物料脱水干燥，然后快速升温生物质固体碳化、热解气化、生物质固体碳化、热解气化、C+COC+CO2 2 2CO 162.3kJ 2CO 162.3kJC+HC+H2 2O(g)CO+HO(g)CO+H2 2 118.7kJ 118.7kJC+2HC+2H2 2O(g)COO(g)CO2 2+2H+2H2 2 75.2kJ 75.2kJC+2HC+2H2 2CHCH4 4 -75 -75kJkJCO+HCO+H2 2O COO CO2 2+H+H2 2 43.6kJ 43.6kJC+OC+O2 2 COCO2 2 -408.9kJ -408.9kJ 2C+O2C+O2 2 2CO -246.4kJ 2CO -246.4kJ HH主要优点主要优点1 1、气化效率高，热解层与干燥层利用了还原反应后气体、气化效率高，热解层与干燥层利用了还原反应后气体的余热；底层为氧化层，利于固体燃料完全燃烧。的余热；底层为氧化层，利于固体燃料完全燃烧。2 2、燃气热值高、燃气热值高主要缺点：主要缺点：焦油含量高焦油含量高其他主要炉型其他主要炉型原料原料燃气燃气空气空气 干燥层干燥层 热解层热解层氧化层氧化层 还原层还原层灰室灰室横流式固定床气化炉横流式固定床气化炉鼓风机鼓风机螺旋进料器螺旋进料器料箱料箱燃气燃气流化床气化炉流化床气化炉示意图示意图鼓风机鼓风机螺旋进料器螺旋进料器料箱料箱燃气燃气循环流化床气化炉示意图循环流化床气化炉示意图 v v 旋风分旋风分离器等离器等反反应应物物中中常常掺掺有有精精选选惰惰性性砂砂粒粒等等填填料料。吹吹入入气气化化剂剂使使填填料料与与原原料料充充分分接接触触、流化、燃烧、传热传质。流化、燃烧、传热传质。优优点点：动动力力学学条条件件好好，气气化化速速度度快快、燃气得率高、焦油含量少。燃气得率高、焦油含量少。缺点：灰分高、设备复杂、投资大。缺点：灰分高、设备复杂、投资大。气化炉性能及主要参数气化炉性能及主要参数1 1）气化强度）气化强度气化炉单位横截面在单位时间内气化的原料量。气化炉单位横截面在单位时间内气化的原料量。一般固定床的气化强度为一般固定床的气化强度为100-250kg/m100-250kg/m2 2h h，流化床的气化强度可高，流化床的气化强度可高达达2000kg/m2000kg/m2 2h h 2 2）燃气质量）燃气质量主要内容为焦油含量、热值、灰分、主要内容为焦油含量、热值、灰分、COCO比例等。比例等。焦油含量大体为：上流式固定床焦油含量大体为：上流式固定床 下流式固定床下流式固定床 流化床流化床灰分含量大体为：上流式固定床灰分含量大体为：上流式固定床 下流式固定床下流式固定床 流化床流化床燃气热值大体为：氢气燃气热值大体为：氢气-燃气燃气 氧气或水蒸气氧气或水蒸气-燃气燃气 空气空气-燃气燃气一一.性能指标：性能指标：3 3）气化效率）气化效率单位生物质原料转换成的气体燃料的化学能（热能）与生单位生物质原料转换成的气体燃料的化学能（热能）与生物质原料的热值之比。物质原料的热值之比。气化效率气化效率V Vm m燃气得率燃气得率 m m3 3/kg/kg（标态下）（标态下）H Hm m燃气低位热值燃气低位热值 kJ/mkJ/m3 3H H原料低位热值原料低位热值 kJ/kgkJ/kg国家行业标准规定国家行业标准规定70%70%，国内固定床气化炉通常为，国内固定床气化炉通常为70-75%70-75%，流，流化床气化炉可达化床气化炉可达78%78%4 4）气化剂用量（空气量）气化剂用量（空气量）计算生物质气化所需要空气量时，应首先根据生物质原料的元素计算生物质气化所需要空气量时，应首先根据生物质原料的元素分析结果，计算出完全燃烧所需理论空气量分析结果，计算出完全燃烧所需理论空气量V V，然后再按气化实，然后再按气化实验比验比，算出气化试剂需要空气量值，算出气化试剂需要空气量值VL。VV原料完全燃烧理论上所需要的空气量原料完全燃烧理论上所需要的空气量V VL L=V一一般般当当量量比比=0.250.3=0.250.3 为为宜宜。此此时时燃燃气气成成分分较较好好。原原料料水水分分大大或或挥挥发发分分低低时时应应取取上上限限，反反之之取取下下限限。必必要要时时应应实实验验确确定定适适宜宜的的当当量比量比5)5)气体产率（气体产率（m m3 3/kg/kg）单位质量生物质原料气化后生成的燃气体积。也就是单位质量生物质原料气化后生成的燃气体积。也就是燃气得率燃气得率 。6)6)碳转换率碳转换率 生物质原料中的碳转换到气体燃料中碳的份额。生物质原料中的碳转换到气体燃料中碳的份额。7 7）气化炉输出功率）气化炉输出功率输输出出功功率率定定义义为为单单位位时时间间产产出出的的（燃燃气气）热热能能。等等于于燃燃气气产产率率与与其热值之积。其热值之积。一一般般而而言言下下流流式式固固定定床床气气化化炉炉功功率率较较小小，其其次次为为上上流流式式固固定定床床，流化床气化炉功率较大。流化床气化炉功率较大。二二.气化效果的影响因素：气化效果的影响因素：1)1)反应温度：反应温度：最重要的影响因素。最重要的影响因素。温温度度对对燃燃气气成成分分影影响响很很大大，一一般般而而言言温温度度升升高高时时，“COCO2 2降降低低”，其其他他成成分分升升高高，反反应应时时间间缩缩短短，燃燃气气产产量量增增大大。但但温温度度太太高高会会增加原料氧化量，增加增加原料氧化量，增加COCO2 2，增加热损失，增加材料与设备成本。，增加热损失，增加材料与设备成本。2 2）原料性质）原料性质原料水分、挥发性、灰分、原料水分、挥发性、灰分、C/HC/H比、密度、物料形态等比、密度、物料形态等 4 4）进风强度进风强度进进风风量量与与传传质质效效果果的的主主要要影影响响：燃燃烧烧温温度度、还还原原、干干燥燥、热热解解、焦焦油的高温裂解、燃气热值。油的高温裂解、燃气热值。3 3）炉内物料高度）炉内物料高度干燥层高度影响因素：原料干燥层高度影响因素：原料形态形态与水分。水多、块大，层高增加。与水分。水多、块大，层高增加。热解层高度影响因素：原料形态、挥发性。热解层高度影响因素：原料形态、挥发性。氧化层高度氧化层高度影响因素影响因素：供热强度、燃烧性能、气化剂、进风方式：供热强度、燃烧性能、气化剂、进风方式1）规模问题秸秆气化技术中的几个问题技术还不够成熟原料分散、季节性很强制约因素气化工程应用规模较小3）二次污染问题含焦油、氨、酚、萘、含焦油、氨、酚、萘、硫化氢等污染物硫化氢等污染物一氧化碳毒性高一氧化碳毒性高2）燃气质量问题储存、输送、净化、储存、输送、净化、防腐等成本防腐等成本湿法湿法干湿法结合干湿法结合净化燃气净化燃气污水污水热值低，热值低，我国没有严格管理小型气化站的废水处理，我国没有严格管理小型气化站的废水处理，污水问题是秸秆气化必须考虑的重要技术问题污水问题是秸秆气化必须考虑的重要技术问题工业化的煤制气厂的废水处理在发达国家受到严格控制，工业化的煤制气厂的废水处理在发达国家受到严格控制，在我国也有日益严格的管理要求与排放标准。在我国也有日益严格的管理要求与排放标准。比如煤制气厂脱酚方法：比如煤制气厂脱酚方法：溶剂萃取脱酚溶剂萃取脱酚活性污泥脱酚活性污泥脱酚活性炭吸附脱酚活性炭吸附脱酚含酚废水的三级治理含酚废水的三级治理CODCOD、酚、硫、氰等均达标排放、酚、硫、氰等均达标排放气体种类气体低位热值（KJ/m3）理论空气量（m3/m3）理论燃烧温度（）天然气365869.641970焦炉煤气176154.211998混合煤气138583.181986发生炉煤气57351.191600沼气212235.563191秸秆煤气53160.91810几种典型燃气的低位热值 种类种类 高位发热值高位发热值 低位发热值低位发热值玉米秸玉米秸 16903 16903 15547 15547 高粱秸高粱秸 16380 16380 15047 15047 稻稻 草草 15245 15245 13977 13977 豆豆 秸秸 17594 17594 16154 16154 麦麦 秸秸 16681 16681 15371 15371 棉棉 秸秸 17380 17380 15999 15999 稻稻 壳壳 15670 15670 14557 14557秸秆的热值（秸秆的热值（kJ/kgkJ/kg）名名 称称 水分水分灰分灰分挥发分挥发分固定碳固定碳玉米秸玉米秸4.87 4.87 5.935.9371.9571.9517.75 17.75 高粱秸高粱秸4.714.718.918.9168.9068.9017.4817.48豆豆 秸秸5.105.103.133.1374.6574.6517.1217.12麦麦 秸秸4.394.398.908.9067.3667.3619.3519.35稻稻 草草4.974.9713.8613.8665.1165.1116.0616.06秸秆原料的工业分析（秸秆原料的工业分析（%）生物质燃气的净化生物质燃气的净化燃气燃气尘粒旋风除尘过程示意图1 1）燃气除尘）燃气除尘一般采用旋风除尘处理，剩余细小灰尘在后续的焦油处理可得以除去进进口口燃燃气气流流速速突突然然降降低低，颗颗粒粒物物与与壁壁面面或或铁铁屑屑等等添添加加物物碰碰撞撞摩擦、失去动能下落摩擦、失去动能下落离心分离、分凝器、冷凝器、过滤等。方法多，技术成熟。2 2）燃气脱水）燃气脱水3 3）除焦油）除焦油焦油主要由苯的衍生物构成，成分多而复杂。苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、酚等为其主要成分。焦油危害性焦油危害性焦油占可燃气能量的焦油占可燃气能量的5-10%5-10%，但难于与燃，但难于与燃气一道燃烧利用，通常大部分焦油能量被气一道燃烧利用，通常大部分焦油能量被浪费。浪费。易冷凝，堵塞阀门、管道、腐蚀金属、活易冷凝，堵塞阀门、管道、腐蚀金属、活动件受阻失灵等动件受阻失灵等难于完全燃烧，常产生炭黑颗粒物，严重难于完全燃烧，常产生炭黑颗粒物，严重损害燃气利用设备损害燃气利用设备除焦油法很多除焦油法很多喷淋法喷淋法鼓泡水浴法鼓泡水浴法干式过滤法干式过滤法静电捕捉法静电捕捉法水水水水水水燃气燃气燃气燃气喷淋法示意图喷淋法示意图水水出水出水水水燃气燃气燃气燃气鼓泡水浴法示意图鼓泡水浴法示意图入水入水BIGCCVaxj Vrnamo biomass gasification center 英国英国ARBRE IGCC plant ARBRE IGCC plant 世界上第一个商业化BIGCC电站生物质发电及热电联产经济性不佳的原因生物质发电及热电联产经济性不佳的原因CHOREN Carbo-V 气化技术气化技术 Carbo-VCarbo-V工艺保留气流床气化的优点，克服了气流床气化对生物质的工艺保留气流床气化的优点，克服了气流床气化对生物质的“不适不适”。Carbo-VCarbo-V工艺流程示意图工艺流程示意图CHOREN Carbo-V 气化技术气化技术 Carbo-VCarbo-V技术是阶段性的气化工艺技术是阶段性的气化工艺,分为三个步骤：分为三个步骤：1.1.低低温温炭炭化化：生生物物质质 (水水分分 15 15%-%-20 20%)%)第第一一阶阶段段内内以以部部分分氧氧化化方方式式在在 400 400 至至 500 500 摄摄氏氏度度间间温温度度炭炭化化，分分解解成成含含焦焦油油燃燃气气 (挥挥发发份份)以以及及碳碳素素 (生生物物碳碳)。2.2.高高温温气气化化：焦焦油油燃燃气气被被加加入入到到燃燃烧烧炉炉发发生生部部分分氧氧化化，释释放放出出热热量量将将气气体体加加热热至至1300-15001300-1500o oC,C,在在此此温温度度下下大大分分子子烃烃类类包包括括大大部部分分甲甲烷烷裂裂解解，气气体体主要为主要为COCO、CO2CO2、H2H2、水蒸气。、水蒸气。3.3.吸吸热热气气流流床床气气化化：粉粉化化的的生生物物碳碳以以气气流流形形式式被被输输入入高高温温气气流流内内。在在此此，生生物物碳碳与与气气化化剂剂进进行行吸吸热热反反应应，温温度度降降至至800-900 800-900 o oC C，高高温温热热能能转转变变为为化学能，避免了热损失，提高了气化效率，产出粗合成气。化学能，避免了热损失，提高了气化效率，产出粗合成气。CHOREN Carbo-V 气化技术气化技术 世世界界第第一一个个工工业业标标准准的的 商商 业业 性性 BTLBTL设设 备备(Beta-(Beta-设设备备)。该该装装置置预预计计将将从从20082008年年起起提提供供年年产产量量大大约约1500015000吨吨燃燃料料的的生生物物质质合合成成燃燃料料（可可 以以 满满 足足 1500015000到到2000020000辆辆客客车车的的年年燃燃料料需求）。需求）。CHOREN Carbo-V 气化技术气化技术