生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及處理方法

陳曉娟

（湖北省武漢市洪山區(qū)華中科技大學(xué)中歐清潔與可再生能源學(xué)院湖北武漢430074）

生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及處理方法

陳曉娟

（湖北省武漢市洪山區(qū)華中科技大學(xué)中歐清潔與可再生能源學(xué)院湖北武漢430074）

21世紀(jì)以來，全球的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)都取得了巨大的成就，然而化石能源的枯竭及其造成的環(huán)境污染也成了當(dāng)下最需要解決的問題，在此背景下生物質(zhì)氣化技術(shù)作為環(huán)保型再生能源受到了廣泛的關(guān)注而得到飛速發(fā)展。但是生物質(zhì)氣化技術(shù)在復(fù)雜的氣化過程中會(huì)產(chǎn)生焦油等副產(chǎn)品，而且這類副產(chǎn)品存在較大的危害性。因此，本文從生物質(zhì)氣化焦油的發(fā)生過程入手，分析了不同類型的焦油處理方法，希望能夠借此來為生物質(zhì)氣化的發(fā)展和運(yùn)用提供了一定的幫助。

生物質(zhì)氣化；焦油；處理

在2009年底于丹麥哥本哈根召開的全球氣候變化會(huì)議上，重點(diǎn)討論了全球化石能源消耗迅速和儲(chǔ)備有限性問題、能源需求增長問題以及使用產(chǎn)生大量CO2、SO2、NOx污染氣體從而誘發(fā)的煙塵、酸雨、全球變暖、臭氧層破壞等環(huán)境問題。生物質(zhì)能是一種非常環(huán)保、價(jià)值豐富的再生能源，可替代石化能源，其開發(fā)與應(yīng)用也引發(fā)了人們的熱議和關(guān)注。但是，這種生物質(zhì)氣化的轉(zhuǎn)換技術(shù)卻無法避免在氣化過程中產(chǎn)生一種叫焦油的副產(chǎn)物，這種物質(zhì)最終會(huì)引發(fā)設(shè)備運(yùn)行異常、高功率運(yùn)行以及氣化效率低等問題；除此之外，焦油本身作為一種混合物，其中含有多核芳香族會(huì)對(duì)人類的生存環(huán)境和健康造成嚴(yán)重的危害。

1 生物質(zhì)氣化過程中的焦油產(chǎn)生

生物質(zhì)能通過直接燃燒僅能夠轉(zhuǎn)換10%左右，而通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化則可以產(chǎn)生燃料、化學(xué)原料以及生物質(zhì)，是一種非常高效的方式。雖然生物質(zhì)氣化的目標(biāo)在于盡可能產(chǎn)生最大限度的可燃性氣體，但仍然無法避免在氣化過程中產(chǎn)生副產(chǎn)物，也就是焦油。

生物質(zhì)氣化過程中的主要?dú)怏w有氫氣、氮?dú)狻⑺魵庖约耙谎趸己图淄?，另外還有產(chǎn)生部分有機(jī)和無機(jī)顆粒，而其中有機(jī)物便包括小分子碳?xì)浠衔锖痛蠓肿佣嗪朔枷阕逄細(xì)浠衔?，后者即為焦油。因?yàn)楫?dāng)生物質(zhì)被加熱到200℃以上時(shí)，組成生物質(zhì)的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等成分的分子鍵將會(huì)斷裂，發(fā)生明顯熱分解，產(chǎn)生氫氣、氮?dú)?、水蒸氣以及一氧化碳和甲烷等氣態(tài)分子，而還有部分焦炭、木醋酸和焦油等。其反應(yīng)過程為：

干燥的生物質(zhì)固體+熱量→焦炭+CO+CO2+H2O+CH4+C2H4+木醋酸+焦油

生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的焦油分為一級(jí)焦油、二級(jí)焦油、三級(jí)焦油等，主要有復(fù)雜性、多變性以及高危性的特點(diǎn)。除此之外，焦油的產(chǎn)生也讓產(chǎn)氣效率較大幅度的降低，甚至?xí)斐晒艿蓝氯透g設(shè)備的情況，嚴(yán)重危害正常生產(chǎn)。

目前，我國的氣化技術(shù)相較于以前已經(jīng)有了進(jìn)一步的發(fā)展，隨著新型的凈化方法不斷被發(fā)掘，其成效已經(jīng)有了大幅度的提高。但是，不管除焦的方法是基于何種原理，其基本原則是不會(huì)改變的：高效、經(jīng)濟(jì)以及保障后續(xù)氣態(tài)產(chǎn)品的形成，目前常用凈化除焦模式主要可以分為物理和熱化學(xué)兩類。

2 生物質(zhì)氣化焦油的處理方法

2.1 旋風(fēng)分離法

該類方法主要是通過利用旋風(fēng)分離器來分離氣化氣體中的焦油，其主要原理是將氣化氣體沿切線方向通入旋風(fēng)分離器，并利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力將液態(tài)焦油顆粒甩向分離器內(nèi)壁，并使之在碰撞后因摩擦而逐漸失去動(dòng)能，最終在重力的作用下沉降。該類方法主要用于分離密度和顆粒較大的焦油。

2.2 濕式凈化法

這類凈化方法的主要原理是利用水將氣化氣體中的焦油吸附走，其中主要運(yùn)用了冷卻洗滌塔、文丘里洗滌塔、除霧器、濕靜電除塵器等設(shè)備。冷卻洗滌塔負(fù)責(zé)將重質(zhì)焦油冷凝沉降；文丘里洗滌塔負(fù)責(zé)對(duì)通過冷卻洗滌塔的氣化氣中較重焦油物質(zhì)進(jìn)行吸附；之后的除霧器則是利用離心分離的原理分離煙霧液滴型的焦油和水；最后的濕靜電除塵器的運(yùn)行流程則是先冷卻，使之形成液體小顆粒，然后利用高壓電場(chǎng)將其中的焦油顆粒帶負(fù)電，在通過帶有正電荷的極性板時(shí)，將帶負(fù)電荷的顆粒除去。

2.3 干式凈化法

這類方法也叫做過濾法，主要利用高吸附性材料（如活性炭等）對(duì)通過的氣化氣中的焦油顆粒進(jìn)行分離，大多數(shù)是借由慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散以及靜電力、重力等作用，使氣化氣中的焦油顆粒得以被過濾和分離出來。

2.4 化學(xué)分解轉(zhuǎn)化

這種方法主要是運(yùn)用化學(xué)原理，在1000℃的高溫或者催化劑幫助下，使之發(fā)生深度裂化，生成CmHy、CO、H2、CH4等較小氣態(tài)分子和焦炭等其他產(chǎn)物。

3 結(jié)語

作為一種新型替代能源，一直無法走入主流，其主要制約便是這種副產(chǎn)物的產(chǎn)生，因此，對(duì)氣化過程中焦油的高效處理才是生物質(zhì)氣化工程能夠順利運(yùn)行的保障。截止于2014年年底，在我國已建或在建的生物質(zhì)氣化氣工程已經(jīng)有1200多處，其對(duì)焦油處理大多是利用物理原理進(jìn)行處理，但由于我國凈化工藝管理仍然有不足之處，凈化效果還不夠理想，所以需要將焦油凈化方法和有效的工程實(shí)踐相結(jié)合，在未來才可以切實(shí)的解決這一問題。

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[3]張齊生，馬中青，周建斌.生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認(rèn)識(shí)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，01：1-10.