生物质气化技术和气化炉研究进展

第１期（上）

刘作龙等：生物质气化技术和气化炉研究进展

・综述与述评・

生物质气化技术和气化炉研究进展

刘作龙，孙培勤，孙绍晖，陈俊武

（郑州大学化工与能源学院。河南郑州４５０００１）

摘要：简单介绍了生物质气化的基本原理及生物质气化炉的分类，阐述了不同类型气化炉的特点及技术指标。介绍了国内外生物质气化技术在集中供气、供热和发电方面的发展现状和应用情况，重点介绍了适用于大规模生物质气化合成液体燃料的气化炉；指出了生物质气化技术需要解决的问题，提出了我国在生物质气化领域的重点研究方向。

关键词：生物质；气化炉；气化；综述中图分类号：ＴＫ６

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—３４６７（２０１１）叭一００２１一０４

ＰｒｅｓｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＢｉｏｍａｓｓＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ

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ｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ；ｇａｓｉｆｉｅｒ；ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｖｉｅｗ

能源是人类赖以生存和发展的基础，随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。大量的开采和使用化石能源会污染环境和破坏生态平衡，开发和利用清洁的可再生能源已经迫在眉睫，生物质是可以转化为液体燃料的环境友好的可再生能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源Ｈｊ。生物质气化技术是清洁高效利用生物质能的有效途径之一，生物质气化技术除了可以用于发电、供气、供热等方面外，还可以用于将各种生物质能转化成为高品位的液体燃料。

ｌ

全燃烧，使生物质裂解，变成小分子量的ＣＯ、Ｈ：、ＣＨ。等可燃性气体，在转换过程中要加入气化剂（空气、氧气或水蒸气）。由于生物质的特殊性质，在气化前还需要经过干燥、破碎和切片等预处理过程。经预处理的牛物质在气化炉中，约于６００℃下发生热解反应，生成的气体中包括解离气体、气化的挥发分、Ｈ：、ＣＯ、ＣＯ：、焦油和水蒸气。由于生物质中的挥发分含量（７０％一８０％，干基）远高于煤炭（３０％），所以生物质气化的热解反应比煤炭更为重要。挥发分在气相中的热裂化反应可降低焦油量，热解反应的副产物是生成不挥发的焦炭和灰分。在

生物质气化原理

生物质气化是指将固体生物质加热，进行不完

收稿日期：２０１０—１ｌ一１６

气化炉中的第二反应为焦炭与氧气、蒸汽反应，生成Ｈ：、ＣＯ、ＣＯ：等气体，未转化的焦炭燃烧为热解反应提供所需的热量【２Ｊ。

作者简介：刘作龙（１９８４一），男，硕士研究生；通讯作者：孙培勤（１９６３一），女。教授，电话：（０３７１）６７７８１７５５。

河南化工

・２２・

ＩＩＥＮＡＮ（：ＩＩ｝：ＭＩＣＡｌ．ＩＮＤＵＳＴＲＹ

２０１１年第２８卷

２生物质气化技术的国内外发展现状

２．１

厂和商业应用规模的气化炉（见表１）。生物质气化领域处于领先世界水平的国家有瑞典、丹麦、奥地利、德国、美围和加拿大等。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，可以大幅度提高其转换效率。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。目前，美国生物质发电装机总容量已达１０

５００

国外生物质气化技术发展概况

生物质气化技术早在１８世纪就已出现，第二次

世界大战期间，为解决石油燃料的短缺，用于内燃机的小型气化装置得到广泛使用。２０世纪五六十年代，煤炭和石油等化石能源的广泛应用，使能源短缺问题得到暂时性的缓解。由于生物质气化技术的不完善和利用率低等原因，生物质气化技术的发展和应用产生了延滞。２０世纪７０年代，受石油危机的影响，世界各国再一次深该认识到化行能源的不可再生性，重新开始了对生物质能源的开发和研究。

经过几十年的发展，欧美等冈的生物质气化技术取得厂很大的成就。生物质气化设备规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，主要以供热、发电和合成液体燃料为主，目前开发了多系列已达到示范工

表Ｉ

ＭＷ，７０％为生物质一煤混合燃烧气

化技术，单机容量３０—１００ＭＷ，发电成本３～６美分／（ｋＷ・ｈ），预计到２０１５年美国生物质发电装机总容量将达１６

３００

ＭＷ＂Ｊ。美国在生物质气化合成

乙醇方面取得了很大的成就。欧盟国家在生物质气化合成柴油方面取得了很大的成就。２００４年欧盟国家的生物质气化合成柴油的产量达到２２４万ｔ，德国是欧盟最大的牛物质气化合成柴油生产国，２００４年的生产能力达到了１０９．７万ｔ—ｏ。

国外气化炉应用情况一览：５

２．２我国生物质气化技术发展概况

我国对生物质气化研究起步较晚，始于２０世纪８０年代。经过近３０年的努力我国牛物质气化技术取得了较大的进步，我国自行研制的集中供气、发电、户用气化炉等产品已进入实用化试验及示范阶段，形成了多个系列的气化炉（如下页表２所示），可满足多种物料的气化要求，在生活用能、发电、供暖等领域得到应用。但其容量多是小型的，大容量的气化设备仍处于实验室研究阶段。在供气、供暖方面：中国农业机械化研究院研制的ＮＤ系列和锥形流化床一１、山东科学院能源研究所研制的ＸＦＬ系列、广州能源所研制的的ＧＳＱ系列固定床气化炉在

户用、集中供气和供热等方面取得了一定的环保和经济效益。生物质气化发电方面：８０年代初期，我国自主研制了由固定床气化器和内燃机组成的２００ｋＷ稻壳发电机组并得到推广；中国农机院、中国林科院分别在河北、安徽建立了４００ｋＷ气化发电机组㈡曲・；胜利油田动力机械有限公司成功研制厂功率１９０ｋＷ的１８０ＧＦ—ＲＦｍ型秸秆气发电机组…；广州能源所以木屑和木粉为原料应用循环流化床气化技术，完成发电能力为４ＭＷ的气化发电系统的开发旧。９１。在合成液体燃料方面也取得一定成就，广州能源所已成功研制了合成柴油中试装置和年产百吨级生物质气化合成ＤＭＥ的中试装置Ｈ

０｜。

第ｌ期（上）刘作龙等：生物质气化技术和气化炉研究进展

．２３．

３．３气流床气化炉（ＥＦ）

３气化炉发展现状

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。３．１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¨卜１２Ｊ：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。３．２流化床气化炉

颗粒状的物料被送人炉内，并掺有精选的惰性材料（砂子和橄榄石等）作为流化床材料，在炉体底部以较大压力通入气化剂，使炉内呈沸腾、鼓泡等不同状态，物料和气化剂充分接触，发生气化反应。按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为：鼓泡流化床（ＢＦＢ）、循环流化床（ＣＦＢ）及舣流化床（Ｄｕａｌ）（各气化炉的技术指标见下页表３）¨３｜。流化床气化炉的优点：温度稳定均匀；使用燃料颗粒很细小，传热面积大；气化效率高；适用于连续运转，适合大规模的商业应用。

已被粉碎的原料和被加压的气化剂（氧气或水蒸气）从塔顶同时进入气化炉。塔顶部的湍流火焰燃烧部分原料，为整个气化过程提供足够的热量，气化炉内的温度达到１３００℃。气流床的特点：合成气出炉的温度町达ｌ３００℃，大部分焦油可在半焦气化过程中裂化，出炉的合成气中几乎不含焦油；气化炉壁卜的灰融物可当作熔渣除去¨４’１３．４等离子体气化炉

原料从塔顶进入气化炉，接触到常压、温度为

５００～１５００

５｜。

ｏＣ的由电生成的等离子体后，原料中有

机物转化为高质量的合成气，无机物变成玻璃化的惰性熔渣。这种炉的气化效率很高，得到不含焦油的合成气。等离子弧也可以用于净化合成气【５Ｊ。

气化炉是气化过程的最关键设备，选择用于生产液体燃料的生物质气化炉时需要从五个方面进行考虑：对原料的要求、生产合成气的质量、研发状态和操作经验、规模放大的潜力、成本。综合分析可用于合成液体燃料气化炉的性能比较如下页表３所示。常用的生物质大规模气化制合成气的气化炉主要有ＢＣＬ（Ｂａｔｔｅｌｌｅ）双流化床气化炉和ＩＴＧ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＧａｓ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）鼓泡流化床气化炉，还有

ＣＨＯＲＥＮ公司新开发的Ｃａｒｂｏ—Ｖ气流床气化

炉㈨。

ＢＣＬ气化炉１１７１是常压、间接加热的双流化床气化炉，气化反应以深度热解为主。气化炉由流化床气化反应器和半焦燃烧室组成。经过干燥的生物质原料从气化反应器下部进入，从底部通入蒸汽作气化介质，蒸汽与木材比（质量比）为０．４。使用合成

河南化工

ＨＥＮＡＮ（：ｌｌＥＭＩＣＡＩ．ＩＮｌ）ＵＳＴＲＹ

２０１１年第２８卷

表３各种气化炉技术指标的比较

注：对每个类型各项性能进行比较时：★最差，★★★★最好。

橄榄石作为流化介质和热载体，在气化反应器和半焦燃烧器之间循环。

ＩＧＴ气化炉¨副是吹氧式、高压鼓泡流化床气化炉，因反应气体中含氧高，燃烧部分生物质提供热量，不需另加入能量；如果改用空气送氧，生成气中还含一定量的氮气。ＩＧＴ压力气化炉在提高蒸汽用量后，可按“最大氢气量”模式操作，ＩＧＴ压力气化炉生产的合成气含ＣＯ：较高（３０％一３５％，干基）。合成气中的甲烷组分可经过重整生成氢气，也可直接用作透平燃料；生成气的Ｈ２／ＣＯ＝１．４／１。

Ｃａｒｂｏ—Ｖ气流床气化炉¨纠经过预处理的生物质原料首先在回转式气化炉中进行低温气化，生成可燃气和焦炭组分。含焦油的可燃气体经过烧嘴进入Ｃａｒｂｏ—Ｖ高温气化炉，从炉顶送入预热的空气／氧气。低温气化生成的焦炭也送入Ｃａｒｂｏ—Ｖ高温气化炉中部，最终生成不含焦油的合成气。Ｃａｒｂｏ—Ｖ气化炉的优点：合成气中不含焦油，无需采用催化净化处理；气化效率较高，达到８０％以上；合成气可用作发电燃料，发电效率町达４０％；原料来源广泛，可加工各种干燥后的含碳原料；可将灰分转化为适用于建筑材料的熔渣颗粒；合成气中的氢含量高，每千克原料产氢１．２ｍ３。２００８年在德国建立了年产合成柴油１５

厂［１９｜。

０００

４结束语

经过了３０年的研究和开发，我国的生物质气化技术在集中供气、供热、发电方面进入到示范应用研究阶段，并探索了生物质气化合成液体燃料、制氢的技术；但是和欧美等发达国家相比我国的气化技术还有很大的差距。在气化技术方面还存在许多问题：规模小、气化效率低、合成气热值低、焦油含量较高、经济效率低等问题。生物质气化技术需要解决的关键技术问题及未来发展方向主要包括：大力开发气化效率高、产气热值高的气化炉技术；开发新的焦油脱除技术Ⅲ１，降低合成气中的焦油含量；流化床气化炉具有较好的经济效益和放大的潜力，流化床气化炉技术为我国今后生物质气化研究的主要方向；开发规模较大的流化床气化炉技术，为以后大规模的生物质气化合成液体燃料提供基础。参考文献：

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０００

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２１６．

第ｌ期（上）

李娟等：甲醇下游产品的开发和利用

・２５・

甲醇下游产品的开发和利用

李娟，张锡兰，郭泉辉

（河南大学化学化工学院催化过程工程实验室。河南开封４７５００４）

摘要：列举了近年来甲醇下游产品的开发应用情况，并根据河南省的实际情况，提出了甲醇下游产品综合开发和利用的一些建议。

关键词：甲醇；下游产品；开发；利用中图分类号：ＴＱ２２３．１２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—３４６７（２０１１）Ｏｌ一００２５—０４

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｔｈａｎｏｌＦｏｌｌｏｗｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｓ

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生物质气化技术和气化炉研究进展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘作龙， 孙培勤， 孙绍晖， 陈俊武， LIU Zuo-long， SUN Pei-qin， SUN Shao-hui，CHEN Jun-wu

郑州大学,化工与能源学院,河南,郑州,450001河南化工

HENAN CHEMICAL INDUSTRY2011,28(1)2次

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27.陈俊武;李春年;陈香生 石油替代综论 200928.陈俊武.李春年.陈香生 石油替代综论 2009

29.A vander Drift.H Boerrigter.B Coda Entrained flow gasification of biomass 200430.A vander Drift;H Boerrigter;B Coda Entrained flow gasification of biomass 2004

31.Matthias R Biomass to liquids(BTL)from the Carbo-V process:technology and latest development 200432.Matthias R Biomass to liquids(BTL)from the Carbo-V process:technology and latest development 200433.S Phillips;A Aden;J Jechura Thermochemical ethanol via indirect gasification and mixed alcoholsynthesis of lignocellulosic biomass 2007

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37.Purdue.University CHOREN industries company presentation 200838.Purdue.University CHOREN industries company presentation 2008

39.R W R Zwart Gas cleaning downstream biomass gasification Status Report 2009 200940.R W R Zwart Gas cleaning downstream biomass gasification Status Report 2009 2009

本文读者也读过(3条)

1. 顾红艳 浅析生物质热解气化的经济社会和环境效益[期刊论文]-商场现代化2008(14)2. 王慧娟 河南光伏新能源产业发展的战略思考[期刊论文]-经济导刊2011(5)

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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hnhg201101005.aspx

第１期（上）

刘作龙等：生物质气化技术和气化炉研究进展

・综述与述评・

生物质气化技术和气化炉研究进展

刘作龙，孙培勤，孙绍晖，陈俊武

（郑州大学化工与能源学院。河南郑州４５０００１）

摘要：简单介绍了生物质气化的基本原理及生物质气化炉的分类，阐述了不同类型气化炉的特点及技术指标。介绍了国内外生物质气化技术在集中供气、供热和发电方面的发展现状和应用情况，重点介绍了适用于大规模生物质气化合成液体燃料的气化炉；指出了生物质气化技术需要解决的问题，提出了我国在生物质气化领域的重点研究方向。

关键词：生物质；气化炉；气化；综述中图分类号：ＴＫ６

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—３４６７（２０１１）叭一００２１一０４

ＰｒｅｓｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＢｉｏｍａｓｓＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＧａｓｉｆｉｅｒｓ

ＬＩＵＺｕｏ—ｌｏｎｇ，ＳＵＮ

Ｐ奄ｉ—ｑｉｎ，ＳＵＮ

Ｓｈａｏ—ｈｕｉ，ＣＨＥＮＪｕｎ—ＷＵ

（Ｓｃｈｏｏｌ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｎｅ

ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ａｒｅ

４５０００１，Ｃｈｉｎａ）

ｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

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ｂｅｕｓｅｄ

ｔｏ

ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｎｔｈｅｔｉｃ

ｌｉｑｕｉｄｆｕｅｌｓ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｎｅｅｄｓｔｏｓｏｌｖｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃ—ｔｉｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄａｔ

ａｒｅ

ｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ；ｇａｓｉｆｉｅｒ；ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｖｉｅｗ

能源是人类赖以生存和发展的基础，随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。大量的开采和使用化石能源会污染环境和破坏生态平衡，开发和利用清洁的可再生能源已经迫在眉睫，生物质是可以转化为液体燃料的环境友好的可再生能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源Ｈｊ。生物质气化技术是清洁高效利用生物质能的有效途径之一，生物质气化技术除了可以用于发电、供气、供热等方面外，还可以用于将各种生物质能转化成为高品位的液体燃料。

ｌ

全燃烧，使生物质裂解，变成小分子量的ＣＯ、Ｈ：、ＣＨ。等可燃性气体，在转换过程中要加入气化剂（空气、氧气或水蒸气）。由于生物质的特殊性质，在气化前还需要经过干燥、破碎和切片等预处理过程。经预处理的牛物质在气化炉中，约于６００℃下发生热解反应，生成的气体中包括解离气体、气化的挥发分、Ｈ：、ＣＯ、ＣＯ：、焦油和水蒸气。由于生物质中的挥发分含量（７０％一８０％，干基）远高于煤炭（３０％），所以生物质气化的热解反应比煤炭更为重要。挥发分在气相中的热裂化反应可降低焦油量，热解反应的副产物是生成不挥发的焦炭和灰分。在

生物质气化原理

生物质气化是指将固体生物质加热，进行不完

收稿日期：２０１０—１ｌ一１６

气化炉中的第二反应为焦炭与氧气、蒸汽反应，生成Ｈ：、ＣＯ、ＣＯ：等气体，未转化的焦炭燃烧为热解反应提供所需的热量【２Ｊ。

作者简介：刘作龙（１９８４一），男，硕士研究生；通讯作者：孙培勤（１９６３一），女。教授，电话：（０３７１）６７７８１７５５。

河南化工

・２２・

ＩＩＥＮＡＮ（：ＩＩ｝：ＭＩＣＡｌ．ＩＮＤＵＳＴＲＹ

２０１１年第２８卷

２生物质气化技术的国内外发展现状

２．１

厂和商业应用规模的气化炉（见表１）。生物质气化领域处于领先世界水平的国家有瑞典、丹麦、奥地利、德国、美围和加拿大等。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，可以大幅度提高其转换效率。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。目前，美国生物质发电装机总容量已达１０

５００

国外生物质气化技术发展概况

生物质气化技术早在１８世纪就已出现，第二次

世界大战期间，为解决石油燃料的短缺，用于内燃机的小型气化装置得到广泛使用。２０世纪五六十年代，煤炭和石油等化石能源的广泛应用，使能源短缺问题得到暂时性的缓解。由于生物质气化技术的不完善和利用率低等原因，生物质气化技术的发展和应用产生了延滞。２０世纪７０年代，受石油危机的影响，世界各国再一次深该认识到化行能源的不可再生性，重新开始了对生物质能源的开发和研究。

经过几十年的发展，欧美等冈的生物质气化技术取得厂很大的成就。生物质气化设备规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，主要以供热、发电和合成液体燃料为主，目前开发了多系列已达到示范工

表Ｉ

ＭＷ，７０％为生物质一煤混合燃烧气

化技术，单机容量３０—１００ＭＷ，发电成本３～６美分／（ｋＷ・ｈ），预计到２０１５年美国生物质发电装机总容量将达１６

３００

ＭＷ＂Ｊ。美国在生物质气化合成

乙醇方面取得了很大的成就。欧盟国家在生物质气化合成柴油方面取得了很大的成就。２００４年欧盟国家的生物质气化合成柴油的产量达到２２４万ｔ，德国是欧盟最大的牛物质气化合成柴油生产国，２００４年的生产能力达到了１０９．７万ｔ—ｏ。

国外气化炉应用情况一览：５

２．２我国生物质气化技术发展概况

我国对生物质气化研究起步较晚，始于２０世纪８０年代。经过近３０年的努力我国牛物质气化技术取得了较大的进步，我国自行研制的集中供气、发电、户用气化炉等产品已进入实用化试验及示范阶段，形成了多个系列的气化炉（如下页表２所示），可满足多种物料的气化要求，在生活用能、发电、供暖等领域得到应用。但其容量多是小型的，大容量的气化设备仍处于实验室研究阶段。在供气、供暖方面：中国农业机械化研究院研制的ＮＤ系列和锥形流化床一１、山东科学院能源研究所研制的ＸＦＬ系列、广州能源所研制的的ＧＳＱ系列固定床气化炉在

户用、集中供气和供热等方面取得了一定的环保和经济效益。生物质气化发电方面：８０年代初期，我国自主研制了由固定床气化器和内燃机组成的２００ｋＷ稻壳发电机组并得到推广；中国农机院、中国林科院分别在河北、安徽建立了４００ｋＷ气化发电机组㈡曲・；胜利油田动力机械有限公司成功研制厂功率１９０ｋＷ的１８０ＧＦ—ＲＦｍ型秸秆气发电机组…；广州能源所以木屑和木粉为原料应用循环流化床气化技术，完成发电能力为４ＭＷ的气化发电系统的开发旧。９１。在合成液体燃料方面也取得一定成就，广州能源所已成功研制了合成柴油中试装置和年产百吨级生物质气化合成ＤＭＥ的中试装置Ｈ

０｜。

第ｌ期（上）刘作龙等：生物质气化技术和气化炉研究进展

．２３．

３．３气流床气化炉（ＥＦ）

３气化炉发展现状

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。３．１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¨卜１２Ｊ：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。３．２流化床气化炉

颗粒状的物料被送人炉内，并掺有精选的惰性材料（砂子和橄榄石等）作为流化床材料，在炉体底部以较大压力通入气化剂，使炉内呈沸腾、鼓泡等不同状态，物料和气化剂充分接触，发生气化反应。按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为：鼓泡流化床（ＢＦＢ）、循环流化床（ＣＦＢ）及舣流化床（Ｄｕａｌ）（各气化炉的技术指标见下页表３）¨３｜。流化床气化炉的优点：温度稳定均匀；使用燃料颗粒很细小，传热面积大；气化效率高；适用于连续运转，适合大规模的商业应用。

已被粉碎的原料和被加压的气化剂（氧气或水蒸气）从塔顶同时进入气化炉。塔顶部的湍流火焰燃烧部分原料，为整个气化过程提供足够的热量，气化炉内的温度达到１３００℃。气流床的特点：合成气出炉的温度町达ｌ３００℃，大部分焦油可在半焦气化过程中裂化，出炉的合成气中几乎不含焦油；气化炉壁卜的灰融物可当作熔渣除去¨４’１３．４等离子体气化炉

原料从塔顶进入气化炉，接触到常压、温度为

５００～１５００

５｜。

ｏＣ的由电生成的等离子体后，原料中有

机物转化为高质量的合成气，无机物变成玻璃化的惰性熔渣。这种炉的气化效率很高，得到不含焦油的合成气。等离子弧也可以用于净化合成气【５Ｊ。

气化炉是气化过程的最关键设备，选择用于生产液体燃料的生物质气化炉时需要从五个方面进行考虑：对原料的要求、生产合成气的质量、研发状态和操作经验、规模放大的潜力、成本。综合分析可用于合成液体燃料气化炉的性能比较如下页表３所示。常用的生物质大规模气化制合成气的气化炉主要有ＢＣＬ（Ｂａｔｔｅｌｌｅ）双流化床气化炉和ＩＴＧ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＧａｓ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）鼓泡流化床气化炉，还有

ＣＨＯＲＥＮ公司新开发的Ｃａｒｂｏ—Ｖ气流床气化

炉㈨。

ＢＣＬ气化炉１１７１是常压、间接加热的双流化床气化炉，气化反应以深度热解为主。气化炉由流化床气化反应器和半焦燃烧室组成。经过干燥的生物质原料从气化反应器下部进入，从底部通入蒸汽作气化介质，蒸汽与木材比（质量比）为０．４。使用合成

河南化工

ＨＥＮＡＮ（：ｌｌＥＭＩＣＡＩ．ＩＮｌ）ＵＳＴＲＹ

２０１１年第２８卷

表３各种气化炉技术指标的比较

注：对每个类型各项性能进行比较时：★最差，★★★★最好。

橄榄石作为流化介质和热载体，在气化反应器和半焦燃烧器之间循环。

ＩＧＴ气化炉¨副是吹氧式、高压鼓泡流化床气化炉，因反应气体中含氧高，燃烧部分生物质提供热量，不需另加入能量；如果改用空气送氧，生成气中还含一定量的氮气。ＩＧＴ压力气化炉在提高蒸汽用量后，可按“最大氢气量”模式操作，ＩＧＴ压力气化炉生产的合成气含ＣＯ：较高（３０％一３５％，干基）。合成气中的甲烷组分可经过重整生成氢气，也可直接用作透平燃料；生成气的Ｈ２／ＣＯ＝１．４／１。

Ｃａｒｂｏ—Ｖ气流床气化炉¨纠经过预处理的生物质原料首先在回转式气化炉中进行低温气化，生成可燃气和焦炭组分。含焦油的可燃气体经过烧嘴进入Ｃａｒｂｏ—Ｖ高温气化炉，从炉顶送入预热的空气／氧气。低温气化生成的焦炭也送入Ｃａｒｂｏ—Ｖ高温气化炉中部，最终生成不含焦油的合成气。Ｃａｒｂｏ—Ｖ气化炉的优点：合成气中不含焦油，无需采用催化净化处理；气化效率较高，达到８０％以上；合成气可用作发电燃料，发电效率町达４０％；原料来源广泛，可加工各种干燥后的含碳原料；可将灰分转化为适用于建筑材料的熔渣颗粒；合成气中的氢含量高，每千克原料产氢１．２ｍ３。２００８年在德国建立了年产合成柴油１５

厂［１９｜。

０００

４结束语

经过了３０年的研究和开发，我国的生物质气化技术在集中供气、供热、发电方面进入到示范应用研究阶段，并探索了生物质气化合成液体燃料、制氢的技术；但是和欧美等发达国家相比我国的气化技术还有很大的差距。在气化技术方面还存在许多问题：规模小、气化效率低、合成气热值低、焦油含量较高、经济效率低等问题。生物质气化技术需要解决的关键技术问题及未来发展方向主要包括：大力开发气化效率高、产气热值高的气化炉技术；开发新的焦油脱除技术Ⅲ１，降低合成气中的焦油含量；流化床气化炉具有较好的经济效益和放大的潜力，流化床气化炉技术为我国今后生物质气化研究的主要方向；开发规模较大的流化床气化炉技术，为以后大规模的生物质气化合成液体燃料提供基础。参考文献：

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０００

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２１６．

第ｌ期（上）

李娟等：甲醇下游产品的开发和利用

・２５・

甲醇下游产品的开发和利用

李娟，张锡兰，郭泉辉

（河南大学化学化工学院催化过程工程实验室。河南开封４７５００４）

摘要：列举了近年来甲醇下游产品的开发应用情况，并根据河南省的实际情况，提出了甲醇下游产品综合开发和利用的一些建议。

关键词：甲醇；下游产品；开发；利用中图分类号：ＴＱ２２３．１２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—３４６７（２０１１）Ｏｌ一００２５—０４

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｔｈａｎｏｌＦｏｌｌｏｗｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｓ

ＬＩＪｕａｎ，ＺＩ蛤ＮＧＸｉ—ｌ＆ｌｌ，ＧＵＯＱｕａｎ—ｈｕｉ

（Ｃａｔａｌｙｚｅ

ＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｃａｄｅｍｅ，ＨｅｎａｎＵｎｉ－

ｖｅｒｓｉｔｙ．Ｋａｉｆｅｎｇ

４７５００４，Ｃｈｉｎａ）

ａｒｅ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｏｌｌｏｗｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｔｉｏｎｓｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｌｏｔａｔｉｏｎａｎｄｕｄｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｏｆＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｈａｎｏｌ；ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

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’｝ｅ艇ｃ膏ｅ■ｅ斗ｅ斗枣斗ｅ斗ｅ斗ｅ斗ｅ斗辜斗ｅ■ｅ斗辜斗ｅ斗枣斗ｅ膏搴斗ｅ斗ｅ斗ｅ斗搴埒窜斗辜斗ｅ■ｅ■ｅ埠皋＊窜垮窜斗ｅ■皋■辜拍ｃ斗窜斗窜斗ｅ艇ｃ■窜斗辜■ｅ斗ｅ埒辜斗枣斗窜辱台［４］

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ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｗｏｒｋｓｈｏｐｐａｃｍｃｎｏｒｔｈｗｅｓｔｎａｔｉｏｎａｌ

生物质气化技术和气化炉研究进展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘作龙， 孙培勤， 孙绍晖， 陈俊武， LIU Zuo-long， SUN Pei-qin， SUN Shao-hui，CHEN Jun-wu

郑州大学,化工与能源学院,河南,郑州,450001河南化工

HENAN CHEMICAL INDUSTRY2011,28(1)2次

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3.Kwant K W Status of biomass gasification in countries participating in the IEA bio energy Task332004(10)

4.Kwant K W Status of biomass gasification in countries participating in the IEA bio energy Task332004(10)

5.蒋剑春.应浩.戴伟娣 锥形流化床生物质气化技术和工程 2006(1)6.蒋剑春;应浩;戴伟娣 锥形流化床生物质气化技术和工程 2006(01)7.张颖 欧美国家生物质能产业的发展思路对我国的启示 2010(3)

8.张颖 欧美国家生物质能产业的发展思路对我国的启示[期刊论文]-管理纵横 2010(03)

9.Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes Final report.NNFCC project 09/008.Aproject funded by DECC,project managed by NNFCC and conducted by E4Tech 2009

10.Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes Final report.NNFCC project 09/008.Aproject funded by DECC,project managed by NNFCC and conducted by E4Tech 200911.邓先伦.高一苇.许玉.戴伟娣 生物质气化与设备的研究进展 2007(6)

12.邓先伦;高一苇;许 玉 生物质气化与设备的研究进展[期刊论文]-生物质化学工程 2007(06)13.阳永富;申青连;段继宏 生物质气化发电技术[期刊论文]-内燃机与动力装置 2006(04)14.阳永富.申青连.段继宏.郭晋利.樊俊杰 生物质气化发电技术 2006(4)15.吴正舜.吴创之.郑舜鹏 4 MW级生物质气化发电示范工程的设计研究 2003

16.吴正舜;吴创之;郑舜鹏 4 MW级生物质气化发电示范工程的设计研究[期刊论文]-能源工程 2003(3)17.吴正舜.吴创之.郑舜鹏.马隆隆 MW级谷壳气化发电的操作特性研究 2004(1)

18.吴正舜;吴创之;郑舜鹏 MW级谷壳气化发电的操作特性研究[期刊论文]-电站系统工程 2004(01)19.生物质能研究中心 生物质气化联合循环发电示范站等20.生物质能研究中心 生物质气化联合循环发电示范站等21.袁振宏;吴创之;马隆龙 生物质能利用原理与技术 200522.袁振宏.吴创之.马隆龙 生物质能利用原理与技术 2005

23.陈冠益.高文学.颜蓓蓓.贾佳妮 生物质气化技术研究现状与发展 2006(7)

24.陈冠益;高文学;颜蓓蓓 生物质气化技术研究现状与发展[期刊论文]-煤气与热力 2006(07)25.Dr Richard;L Bain Biomass gasification 200626.Dr Richard.L Bain Biomass gasification 2006

27.陈俊武;李春年;陈香生 石油替代综论 200928.陈俊武.李春年.陈香生 石油替代综论 2009

29.A vander Drift.H Boerrigter.B Coda Entrained flow gasification of biomass 200430.A vander Drift;H Boerrigter;B Coda Entrained flow gasification of biomass 2004

31.Matthias R Biomass to liquids(BTL)from the Carbo-V process:technology and latest development 200432.Matthias R Biomass to liquids(BTL)from the Carbo-V process:technology and latest development 200433.S Phillips;A Aden;J Jechura Thermochemical ethanol via indirect gasification and mixed alcoholsynthesis of lignocellulosic biomass 2007

34.S Phillips.A Aden.J Jechura Thermochemical ethanol via indirect gasification and mixed alcoholsynthesis of lignocellulosic biomass 2007

35.A Dutta;S D Philips Thermochemical ethanol via direct gasification and mixed alcohol synthesis oflignocellulosic biomass 2009

36.A Dutta.S D Philips Thermochemical ethanol via direct gasification and mixed alcohol synthesis oflignocellulosic biomass 2009

37.Purdue.University CHOREN industries company presentation 200838.Purdue.University CHOREN industries company presentation 2008

39.R W R Zwart Gas cleaning downstream biomass gasification Status Report 2009 200940.R W R Zwart Gas cleaning downstream biomass gasification Status Report 2009 2009

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3. 蔡宪杰.张百良.CAI Xian-jie.ZHANG Bai-liang 生物质气化供气技术的发展与分析[期刊论文]-河南农业大学学报2000,34(1)

引证文献(2条)

1.郭培红.朱莉.梅艳阳 生物质气化系统中气化炉设计及进料装置改进[期刊论文]-农机化研究

2013(6)

2.武卫荣.崔淑贞.高文超 生物质气化技术的研究进展[期刊论文]-化工新型材料 2012(12)

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