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生物質氣化的原理及技術研究進展

  能源和環境問題已成為大家關注的焦點,隨著能源消耗的迅速增長,化石燃料的大量使用帶來了嚴重的環境污染和生態破壞,再加上常規能源如煤、石油、天然氣等資源量的日益減少,開發潔凈的可再生能源成為了可持續發展的迫切需要。與此同時,生物質能在可再生能源中,是地球上能夠儲存和可運輸的清潔能源,資源量大,分布廣,開發潛力也大。


  生物質能要真正成為礦物燃料的替代能源,其關鍵是要將能量密度低的低品位的生物質能轉變成高品位能源。如何有效地將生物質轉化為潔凈、高效的高品位能源,是該領域目前的主要研究課題。當前,生物質能轉化技術主要包括生物質氣化、液化、固化以及直接燃燒技術。生物質能氣化技術就是其中重要的手段之一。


  我國由于地域廣闊,生物質資源豐富而電力供應相對緊張,生物質氣化發電具有較好的生存條件和發展空間,所以在我國大力發展生物質氣化發電技術可以很大限度地體現該技術的優越性和經濟性。


  生物質氣化原理,生物質氣化是指生物質原料,壓制成型或經簡單的破碎加工處理后,在欠氧條件下,送入氣化爐中進行氣化裂解,得到可燃氣體并進行凈化處理而獲得產品氣的過程。其原理是在一定的熱力學條件下,借助于部分空氣(或氧氣)、水蒸氣的作用,使生物質的高聚物發生熱解、氧化、還原、重整反應,熱解伴生的焦油進一步熱裂化或催化裂化為小分子碳氫化合物,獲得含CO、H2和CH4的氣體。


  由于生物質由纖維素、半纖維素、木質素、惰性灰等組成,含氧量和揮發分高,焦炭的活化性強,因此,生物質與煤相比,具有更高的活性,更適合氣化。生物質氣化主要包括氣化反應、合成氣催化變換和氣體分離凈化過程。氣化轉化的重點為氣體組分與產率的調整與控制。


  生物質氣化與熱解不同,氣化過程需要氣化介質(常為空氣),氣體熱值較低,一般為4~6 MJ/m3。熱解過程通常不需要氣化劑,其產物是液、氣、炭3種產品,氣體熱值較高,一般為10~15 MJ/m3。氣化過程伴隨有熱解過程,熱解是氣化的一步。生物質氣化的目的是得到潔凈的產品氣,因此要采用催化劑來抑制或消除熱解反應中產生的焦油。


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