生物質氣化中焦油的產生及處理方法

陳曉娟

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

生物質氣化中焦油的產生及處理方法

陳曉娟

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

21世紀以來，全球的經濟和工業都取得了巨大的成就，然而化石能源的枯竭及其造成的環境污染也成了當下最需要解決的問題，在此背景下生物質氣化技術作為環保型再生能源受到了廣泛的關注而得到飛速發展。但是生物質氣化技術在復雜的氣化過程中會產生焦油等副產品，而且這類副產品存在較大的危害性。因此，本文從生物質氣化焦油的發生過程入手，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氣化的發展和運用提供了一定的幫助。

生物質氣化；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議上，重點討論了全球化石能源消耗迅速和儲備有限性問題、能源需求增長問題以及使用產生大量CO2、SO2、NOx污染氣體從而誘發的煙塵、酸雨、全球變暖、臭氧層破壞等環境問題。生物質能是一種非常環保、價值豐富的再生能源，可替代石化能源，其開發與應用也引發了人們的熱議和關注。但是，這種生物質氣化的轉換技術卻無法避免在氣化過程中產生一種叫焦油的副產物，這種物質最終會引發設備運行異常、高功率運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對人類的生存環境和健康造成嚴重的危害。

1 生物質氣化過程中的焦油產生

生物質能通過直接燃燒僅能夠轉換10%左右，而通過熱化學轉化則可以產生燃料、化學原料以及生物質，是一種非常高效的方式。雖然生物質氣化的目標在于盡可能產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生副產物，也就是焦油。

生物質氣化過程中的主要氣體有氫氣、氮氣、水蒸氣以及一氧化碳和甲烷，另外還有產生部分有機和無機顆粒，而其中有機物便包括小分子碳氫化合物和大分子多核芳香族碳氫化合物，后者即為焦油。因為當生物質被加熱到200℃以上時，組成生物質的纖維素、木質素和半纖維素等成分的分子鍵將會斷裂，發生明顯熱分解，產生氫氣、氮氣、水蒸氣以及一氧化碳和甲烷等氣態分子，而還有部分焦炭、木醋酸和焦油等。其反應過程為：

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

生物質氣化產生的焦油分為一級焦油、二級焦油、三級焦油等，主要有復雜性、多變性以及高危性的特點。除此之外，焦油的產生也讓產氣效率較大幅度的降低，甚至會造成管道堵塞和腐蝕設備的情況，嚴重危害正常生產。

目前，我國的氣化技術相較于以前已經有了進一步的發展，隨著新型的凈化方法不斷被發掘，其成效已經有了大幅度的提高。但是，不管除焦的方法是基于何種原理，其基本原則是不會改變的：高效、經濟以及保障后續氣態產品的形成，目前常用凈化除焦模式主要可以分為物理和熱化學兩類。

2 生物質氣化焦油的處理方法

2.1 旋風分離法

該類方法主要是通過利用旋風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分離器，并利用旋轉運動產生的離心力將液態焦油顆粒甩向分離器內壁，并使之在碰撞后因摩擦而逐漸失去動能，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，其中主要運用了冷卻洗滌塔、文丘里洗滌塔、除霧器、濕靜電除塵器等設備。冷卻洗滌塔負責將重質焦油冷凝沉降；文丘里洗滌塔負責對通過冷卻洗滌塔的氣化氣中較重焦油物質進行吸附；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，然后利用高壓電場將其中的焦油顆粒帶負電，在通過帶有正電荷的極性板時，將帶負電荷的顆粒除去。

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）對通過的氣化氣中的焦油顆粒進行分離，大多數是借由慣性碰撞、攔截、擴散以及靜電力、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 化學分解轉化

這種方法主要是運用化學原理，在1000℃的高溫或者催化劑幫助下，使之發生深度裂化，生成CmHy、CO、H2、CH4等較小氣態分子和焦炭等其他產物。

3 結語

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物的產生，因此，對氣化過程中焦油的高效處理才是生物質氣化工程能夠順利運行的保障。截止于2014年年底，在我國已建或在建的生物質氣化氣工程已經有1200多處，其對焦油處理大多是利用物理原理進行處理，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踐相結合，在未來才可以切實的解決這一問題。

[1]劉玉環,朱普琪,王允圃,等.生物質氣化焦油處理技術的最新研究進展[J].現代化工，2013，11：24-27+29.

[2]龔媛媛,石金明,林敏,等.生物質焦油的特性及其凈化研究現狀[J].能源研究與管理，2013，04：19-24.

[3]張齊生，馬中青，周建斌.生物質氣化技術的再認識[J].南京林業大學學報:自然科學版，2013，01：1-10.