生物质气化技术应用现状及发展前景
王忠华
（ 江苏索普（集团）有限公司，江苏镇江212006）
摘要：生物质能作为清洁可再生能源，可缓解能源紧缺问题、环境污染问题和“三农”问题等国家重大战略问题，国内外关注生物质气化技术的研究和开发，并取得了较大的进展。本文在分析总结生物质气化技术国内外应用现状的基础上，指出了今后生物质气化技术发展面临的机遇和挑战。
关键词：生物质气化；热电联产；燃料；
中图分类号：TQ 文献标识码：A
Biomass
gasification technology application status and development prospect
Wang zhonghua
(Jiangsu SOPO (Group) CO., Ltd
Abstract:
Biomass energy as a clean and renewable energy, can ease the shortage of energy
and the environment pollution problem and the problem of "three agriculture"
and other national major strategic issues。The
research and development of biomass gasification technology obtained the
widespread attention at home and abroad, and has made a big progress. The basis
of the status quo at home and abroad application of biomass gasification
technology, pointed out the future development of biomass gasification
technology is facing opportunities and challenges.
Key words:
Biomass gasification; heat and power cogeneration; synthetic fuel;[1]
人类社会发展进步离不开能源，但人类使用能源的无限性与常规能源储量的有限性形成一对尖锐矛盾。欧盟在2010年通过的未来10年经济发展战略中明确提出：到2020年，欧盟的可再生能源使用比例将提高至20% [1]。另据预测，到2035年，可再生能源发电在全球发电量中的份额将接近1/3[2]。
生物质能是蕴藏在生物质中的能量,，是唯一可再生的碳源，可转化成固、液、气态三种状态的燃料。作为一个农业大国，每年的农业废气物作为生物质资源总量达到4.87亿吨油当量。生物质能的开发和利用不仅能够缓解能源紧缺，还能解决“三农”问题，在我国具有符合国情的战略意义。国内外重视生物质气化的研究，尤其是高品位生物质能利用发展，并取得了较大的进展。
1、生物质气化原理及技术路线
生物质气化的技术路线种类较多。生物质在高温及缺氧条件下，热解产生一氧化碳与气化介质(通常有空气、氧气、水蒸气或氢气)，在一定条件下发生热化学反应，产生以CO、H2或CH4为主要成分。气化和燃烧过程是密不可分的，燃烧是气化的基础，气化是部分燃烧或缺氧燃烧[3]。
根据气化反应器的种类不同可分为固定床、流化床和气流床气化；根据是否使用催化剂分非催化气化和催化气化；还可以根据反应条件压力的变化不同分为常压和加压气化技术。
2、生物质气化反应器
生物质气化技术的研究已具有相当长的历史，其核心设备是气化炉，气化炉能量转化效率的高低是整个气化系统的决定性因素[4-6]。目前已工业化应用的主要是固定床和流化床，生物质气流床气化更多处于研发阶段。
固定床气化炉生物质气化的优点是原料不需要预处理、设备结构简单、布置紧凑、燃气中灰分含量较低，但固定床气化炉的致命缺点气化强度和碳转化率较低，再加上加料和排灰问题，导致不能连续运行的方式、不便于放大。生物质流化床气化的研究比固定床晚许多，借助流态化原理，其中物料颗粒、热载体和气化介质充分接触，气化反应速度相对较快，停留时间太短，导致排出的灰和飞灰中碳含量较高，同样造成整个碳转化率较低。气流床气化技术原理是借助原料与气化剂同时通过喷嘴产生高速射流送入气化炉，在射流作用下，实现物流间诸如热解、燃烧、气化等一系列复杂过程[7-8]。其优点具有气化温度高(可达1100~
3、生物质气化技术应用现状
3.1 国外生物质气化技术应用现状
目前，国外生物质气化技术与装置多已达到商业化运作，其中丹麦、荷兰、意大利、德国等生物质气化技术领域处于领先水平。国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂。
（1）丹麦
丹麦1996年通过的新能源计划《21世纪能源》提出：期望到2030年前，可再生能源在能源消费总量中的比重按每年1%的速度增加。因为在丹麦生物质是最大的可再生能源，所以生物质资源的合理充分利用对实现这一目标起关键作用。丹麦的生物质资源来源主要为农作物秸秆和木材能源，利用的重点是区域供热和发电/热电联产技术。
① 自20世纪80年代中期开始，丹麦技术大学开始了生物质气化领域的研究工作。最初研究工作主要集中在秸杆气化，并开发了二级式下吸式气化系统。已经建设了输入功率为50kW的系统，成功完成了秸杆气化驱动内燃机运行的示范系统。此外，丹麦技术大学与Maskin- fabrikken REKA有限公司合作，在位于Blære的农场内建设了一台输入为400kW并配有一台100kW内燃机的完整系统。
②Unsaldo Vølund 有限公司于1993年12月在Harboøre建设了第一个大型生物质气化热电联产厂并投入运行。系统选用上吸式气化炉，使用常规的森林木屑作为气化原料。建设该系统的目的之一是验证用于热电联产的上吸式气化技术是否达到商业化程度。
③Skive开始建设Carbona热电联产厂，气化选用RENUGAS鼓泡流化床气化技术，设计能力为5.5MW发电和11.5MW供热。
④ 此外，丹麦还开发了三阶TKE下吸式气化炉，包括热解区、部分氧化区和半焦气化区。该气化技术目前在奥地利、意大利和德国已市场化，应用到处理能力为1~10MWth的生物质气化热电联产厂[9]。
（2）荷兰
荷兰能源发展的远期目标为到2020年可再生能源占能源消费总量的10%，2040年生物质能占到30%。为达到这一目标，采取的措施之一为在运输燃料中掺混生物燃料。虽然绝大多数的生物燃料是第一代燃料（生物柴油和发酵法燃料乙醇），但第二代生物燃料（合成柴油、木质纤维素乙醇、SNG等）的使用将对长远目标的实现起到至关重要的作用，而生物质气化是生产第二代生物燃料的关键。从2006年10月起，荷兰政府每年将提供�1200万研发经费用于开发第二代生物燃料。除此之外，荷兰还在Geertruidenberg投资建设了85MWth的Lurgi循环流化床生物质气化厂。气化原料为废弃朽木，产生的燃料气在600MWe粉煤锅炉内和煤共燃。
生物质气化的研发工作主要在荷兰国家能源研究中心（ECN）实验室中完成，研究内容包括：生物质烘培，一套处理能力为
（3）意大利
意大利80%的能源需求依赖于国外资源，是欧洲最大的燃料和能源进口国之一。为缓解这种状况，意大利政府颁布了第387号法规，确认在2008~2012年间每年可再生能源的利用需达到76TWh。同时意大利政府和工业企业也意识到将生物质气化技术开发研究作为整个生物质能研究的一部分加大经费投入和合作是很重要的。生物质气化技术的具体应用有：
① 与L’Aquila
②与CCT合作，建了两套上吸式气化炉（2×500kWe）用于发电。
③ 与ENEA合作，建了三套生物质气化装置：15kWe和80kWe的下吸式固定床气化系统各一套，一套160kWe多燃料循环流化床生物质气化系统。
（4）德国
德国的能源政策是用煤和核能直接确保能源安全，同时大力发展可再生能源以减少对化石能源的依赖。目前德国生物质气化技术应用的重点是热电联供和生产化学品和燃料。
① 德国CHOREN公司开发了Carbo-V生物质气化工艺，该工艺包括生物质在
② 未来能源公司开发了GSP型气流床气化炉，其处理能力可达3~5MWth。该气化工艺具有气体停留时间短、碳转化率高（>99%），气化强度大的特点，并且产生的合成气不含焦油和CH4，快速开挺车能力适于粉体或可泵送的流体生物质的气化。
③ 德国卡尔斯鲁厄研究中心提出了生物质液化的新概念，包括先将
④ 德国太阳能和氢能研究中心与意大利环境研究所紧密合作，探索生物质合成醇醚燃料的技术路线[11]。
3.2 国内生物质气化技术应用现状
在我国，生物质能源研究相对国外起步较晚，我国又是能源消耗大国，迫切需要加大生物质能源的研究与开发。 90年代，中国林科院林化所建立国内第一座生物质集中供气示范系统；2002年建立国内第一套锥形流化床生物质集中供气系统，已连续运行4年多；中国林科院林化所开发稻壳气化替代燃油干燥粮食的示范应用并出口马来西亚生物质气化； 山东省能源研究所研制成功的XFL型生物质气化机组及集中供气系统被列入“星火”示范工程[5]；中科院广州能源研究所应用循环流化床气化炉将木材加工厂的锯末或碎木屑进行气化，比固定床气化炉提高近10倍，可燃气的热值也提高了40% 左右 [12-16]。
在生物质气化发电方面，我国也开展了一系列研究，中科院广州能源所“九五”期间研制出1 MW生物质气化发电系统,“十五”期间开发了4 MW生物质气化联合循环发电[17-18]。目前，国内生物质气化联合循环发电系统总体效率低下，技术仍需进一步研究改善。
近年来，我国虽然在生物质气化技术上有一定的发展，但有关生物质气化合成醇醚的系统研究处于起步阶段。我国的中科院广州能源研究所，在生物质合成二甲醚技术方面取得进展，实现了在小型装置上由生物质一步法合成绿色燃料二甲醚的连续运行[5]，但是与国外先进的技术相比还存在差距。
4、结束语
生物质能作为一种可再生能源，在能源结构系统中的地位日益重要。生物质能源的技术开发必将研究成熟工业化运行，对发电和热电联产技术，生物质气化技术的主要挑战是如何开发低成本气化过程，并产生高热值清洁燃气生物质气化。我国是农业大国，生物质具有可再生性和易获得性。随着科技的进步，人类对化石能源的消耗日益增长，导致环境污染，威胁着人类的生存。因此生物质能具有良好的技术应用前景，必将形成可观的经济效益、社会效益和环境效益。
参考文献
[1]刘秀莲. 欧盟国家新能源产业重点领域选择、目标及政策借鉴[J]. 经济研究参考，2011， (16)：40-51
[2]国际能源署. 能源政策塑造能源前景—《世界能源展望2010》摘要. 国际石油经济, 2010, (11): 23-31
[3]苏亚欣，毛玉如，赵敬德. 新能源与可再生能源概论[M]. 北京：化学工业出版社，2006
48-51．
[4]郑昀，邵岩，李斌，生物质气化技术原理及应用分析[J]，区域供热，2010（3）：39-42。
[5]应浩，蒋剑春生物质能源转化技术与应用（IV）-生物质热解气化技术研究与应用[J].生物质化学工程，2007,41（6）：47-55
[6]寇伟，宋哲，生物质气化技术应用浅谈[J]。 林业科技情报，2010,42（3）：92-93.
[7]于海龙，刘建忠，张桂芳，岑可法水煤浆气化炉的形式和新型气化炉的开发[J]2007,30(1):21-25
[8]Hernadez J J, Aranda G,Barba J,et al. Effect of steam content in the air-steam flow on biomass entrained flow gasification [J].Fuel Processing Technology,2012,99(1):43-45.
[9]Suresh P. Babu. “Perspectives on Biomass Gasification”, Workshop 1, IEA Bioenergy Agreement, Task 33: Thermal Gasification of Biomass, May, 2006
[10]匡云，段权鹏，高顺，生物质热化学转化技术研究进展[J],湖北电力，2012,36（3）：56-59.
[11]吴创之， 刘华财， 阴秀丽生物质气化技术发展分析 [J]燃料化学学报，2013，Vol．41 No．7：798-804。
[12] 王建楠，胡志超，彭宝良，等。我国生物质气化技术概况与发展[J]。农机化研究，2010,32（1）：198-201。
[13]Mahmood M’Barbooti’Matlub F K’ et al. Catalytic pyrolysis of phragmites:Investigation of its potential as a biomass feedstock[J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.2012.98(1):1-6.
[14] 武宏香 , 赵增立 , 王小波 , 等。生物质气化制备合成天然气技术的研究进展[J]。化工进展2013，32（1）：81-90。
[15]苏德仁，刘华财，周肇秋，等。生物质流化床氧气-水蒸汽气化实验研究[J]。燃烧化学学报，2012,40（3）：309-314。
[16]董玉平，景元琢，郭飞强，等．生物质热解气化技术[J]．中国工程科学，2011，13(2)：44—49．
[17姚向君，王革华，田宜水，国外生物质能的政策与实践。北京：化学工业出版社，2006.
[18]刘志栋徐敬[2].生物质气化制氢技术的研究进展[J].天津化工,2009,23(1):5-8.
订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109
投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
欢迎投稿 答复快捷 发表迅速