生物质气化中焦油的产生及处理方法

陈晓娟

（湖北省武汉市洪山区华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院湖北武汉430074）

生物质气化中焦油的产生及处理方法

陈晓娟

（湖北省武汉市洪山区华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院湖北武汉430074）

21世纪以来，全球的经济和工业都取得了巨大的成就，然而化石能源的枯竭及其造成的环境污染也成了当下最需要解决的问题，在此背景下生物质气化技术作为环保型再生能源受到了广泛的关注而得到飞速发展。但是生物质气化技术在复杂的气化过程中会产生焦油等副产品，而且这类副产品存在较大的危害性。因此，本文从生物质气化焦油的发生过程入手，分析了不同类型的焦油处理方法，希望能够借此来为生物质气化的发展和运用提供了一定的帮助。

生物质气化；焦油；处理

在2009年底于丹麦哥本哈根召开的全球气候变化会议上，重点讨论了全球化石能源消耗迅速和储备有限性问题、能源需求增长问题以及使用产生大量CO2、SO2、NOx污染气体从而诱发的烟尘、酸雨、全球变暖、臭氧层破坏等环境问题。生物质能是一种非常环保、价值丰富的再生能源，可替代石化能源，其开发与应用也引发了人们的热议和关注。但是，这种生物质气化的转换技术却无法避免在气化过程中产生一种叫焦油的副产物，这种物质最终会引发设备运行异常、高功率运行以及气化效率低等问题；除此之外，焦油本身作为一种混合物，其中含有多核芳香族会对人类的生存环境和健康造成严重的危害。

1 生物质气化过程中的焦油产生

生物质能通过直接燃烧仅能够转换10%左右，而通过热化学转化则可以产生燃料、化学原料以及生物质，是一种非常高效的方式。虽然生物质气化的目标在于尽可能产生最大限度的可燃性气体，但仍然无法避免在气化过程中产生副产物，也就是焦油。

生物质气化过程中的主要气体有氢气、氮气、水蒸气以及一氧化碳和甲烷，另外还有产生部分有机和无机颗粒，而其中有机物便包括小分子碳氢化合物和大分子多核芳香族碳氢化合物，后者即为焦油。因为当生物质被加热到200℃以上时，组成生物质的纤维素、木质素和半纤维素等成分的分子键将会断裂，发生明显热分解，产生氢气、氮气、水蒸气以及一氧化碳和甲烷等气态分子，而还有部分焦炭、木醋酸和焦油等。其反应过程为：

干燥的生物质固体+热量→焦炭+CO+CO2+H2O+CH4+C2H4+木醋酸+焦油

生物质气化产生的焦油分为一级焦油、二级焦油、三级焦油等，主要有复杂性、多变性以及高危性的特点。除此之外，焦油的产生也让产气效率较大幅度的降低，甚至会造成管道堵塞和腐蚀设备的情况，严重危害正常生产。

目前，我国的气化技术相较于以前已经有了进一步的发展，随着新型的净化方法不断被发掘，其成效已经有了大幅度的提高。但是，不管除焦的方法是基于何种原理，其基本原则是不会改变的：高效、经济以及保障后续气态产品的形成，目前常用净化除焦模式主要可以分为物理和热化学两类。

2 生物质气化焦油的处理方法

2.1 旋风分离法

该类方法主要是通过利用旋风分离器来分离气化气体中的焦油，其主要原理是将气化气体沿切线方向通入旋风分离器，并利用旋转运动产生的离心力将液态焦油颗粒甩向分离器内壁，并使之在碰撞后因摩擦而逐渐失去动能，最终在重力的作用下沉降。该类方法主要用于分离密度和颗粒较大的焦油。

2.2 湿式净化法

这类净化方法的主要原理是利用水将气化气体中的焦油吸附走，其中主要运用了冷却洗涤塔、文丘里洗涤塔、除雾器、湿静电除尘器等设备。冷却洗涤塔负责将重质焦油冷凝沉降；文丘里洗涤塔负责对通过冷却洗涤塔的气化气中较重焦油物质进行吸附；之后的除雾器则是利用离心分离的原理分离烟雾液滴型的焦油和水；最后的湿静电除尘器的运行流程则是先冷却，使之形成液体小颗粒，然后利用高压电场将其中的焦油颗粒带负电，在通过带有正电荷的极性板时，将带负电荷的颗粒除去。

2.3 干式净化法

这类方法也叫做过滤法，主要利用高吸附性材料（如活性炭等）对通过的气化气中的焦油颗粒进行分离，大多数是借由惯性碰撞、拦截、扩散以及静电力、重力等作用，使气化气中的焦油颗粒得以被过滤和分离出来。

2.4 化学分解转化

这种方法主要是运用化学原理，在1000℃的高温或者催化剂帮助下，使之发生深度裂化，生成CmHy、CO、H2、CH4等较小气态分子和焦炭等其他产物。

3 结语

作为一种新型替代能源，一直无法走入主流，其主要制约便是这种副产物的产生，因此，对气化过程中焦油的高效处理才是生物质气化工程能够顺利运行的保障。截止于2014年年底，在我国已建或在建的生物质气化气工程已经有1200多处，其对焦油处理大多是利用物理原理进行处理，但由于我国净化工艺管理仍然有不足之处，净化效果还不够理想，所以需要将焦油净化方法和有效的工程实践相结合，在未来才可以切实的解决这一问题。

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