摘　要：SW／LJ固定床反火型生物质气化炉技术采用膜分离技术制取富氧空气作为气化剂，降低氮含量，提高热值和气化率；采用催化剂对焦油进行催化裂解，在增加热值的同时，减少污染和能源浪费；采用催化剂对粗煤气进行甲烷化以进一步提高热值。

关键词：生物质气化  固定床反火型气化炉  富氧气化  焦油催化裂解  甲烷化

Development of SW/LJ Fixed Bed Back-fire Type Biomase Gasifier

Abstract：For SW／LJ fixed bed back-fire type biomass gasifier technology，the oxygen-enriched air generated by the membrane separation technology is used as gasification agent to reduce nitrogen content and improve the calorific value and the gasification rate；the catalyst is used for catalytic cracking of tar to increase the calorific value and reduce pollution and energy waste；and the catalyst is used for methanation of coarse coal gas to further improve the calorific value．

Key words：biomass gasification；fixed bed back-fire type gasifier；rich oxygen gasification；catalytic cracking of tar；methanation

1　概述

生物质能开发利用技术的研究是我国可持续发展技术的重要内容之一，被列入我国21世纪发展议程。生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性的特点^[1-3]，如何利用好这些可再生资源是我国能源可持续发展的一个主要方向。生物质集中供气技术的开发与应用，为我国规模化利用生物质资源开辟了一条有效的途径。它对于解决能源与环境这一当今世界突出的社会问题具有重要意义^[4]。生物质气化炉是该技术的核心设备。衡量一种生物质气化炉的研究与设计成功与否，主要看该气化炉是否能够连续、稳定、安全地生产出高质量的生物质燃气。

目前，我国农村广泛使用的生物质气化技术，主要是固定床气化工艺，采用空气为气化剂^[5]。这种工艺设备结构简单，易于操作，可实现多种生物质原料的热解气化，投资少，因此得到了广泛应用。但是，其产生的生物质燃气热值低，且焦油含量高，非常容易造成管路阻塞。其原因有两个方面：第一，由于采用空气为气化剂，得到的生物质气中氮气含量高，其体积分数通常在50％左右；第二，由于生物质原料中水分及挥发分含量高、固定碳含量相对较低，使获得的生物质燃气中焦油含量高^[6]。因此，我国目前广泛应用的生物质气化工艺还比较落后，必须对其进行改进，研制出既经济适用，气体质量又高的气化装置。

本研究将空气气化剂改为富氧气化剂，并对焦油进行催化裂解，同时借鉴煤气化的甲烷化工艺对气化后续过程进行改进，以期研制出技术先进的生物质气化炉。

2　研究内容

本研究的主要内容是：将空气气化剂改为富氧气化剂，降低氮含量，提高热值；采用催化剂对焦油进行催化裂解，在增加热值的同时，减少污染和能源浪费；采用催化剂对粗燃气进行甲烷化，进一步提高热值。

3　技术原理与性能特点

3．1　技术原理

SW／LJ固定床反火型生物质气化炉采用下吸式气化炉，生物质燃料由顶部装入炉内，靠重力逐渐下降，空气从设计好的氧化层位置进入(即喉口部位进入)与已点燃的生物质中的碳发生反应，生成二氧化碳，放出热量。由于限氧燃烧，氧气的供应并不充分，因此不完全燃烧同时发生，生成一氧化碳，放出热量。这些热量为还原反应、物料的热解和干燥提供了热源。还原区在氧化区的下部，气化生成的富含焦油的燃气向下通过该区域。因为在还原区不存在氧气，所以氧化反应中生成的二氧化碳同焦炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气。由于喉部高温氧化区(800～1200℃)和以炽热焦炭为主的还原区的存在，燃气中的部分焦油在通过高温区时被裂解为永久性小分子气体(降温时不凝结成液体)，燃料中的水分亦可参加反应形成氢气。其优点是可随时打开炉盖添加燃料，空气便于调节，燃烧稳定，燃气中焦油含量少，燃料的适应性强^[7]。

SW／LJ固定床反火型生物质气化炉与传统的气化炉相比，在以下方面做出了改进：

①利用膜技术富氧气化

选用板框式气体膜分离器，从空气中制取富氧空气，提高气化反应速度，增强气化强度，提高热效率，在减少气化剂用量的同时，使燃气中惰性气体氮气含量减少，改善燃气组成，从而提高燃气热值。

②利用催化剂对燃气进行焦油裂解

自气化炉生产的含有焦油的生物质燃气，经过除尘，进入装有催化剂的焦油裂解装置。焦油裂解反应器为固定床反应器，裂解温度控制在800℃左右，经催化剂催化裂解后，气化气中焦油含量小于20mg／m³。

③利用催化剂对燃气进行甲烷化

生物质燃气进入甲烷化装置，甲烷化反应器内充装了耐硫甲烷化催化剂。在催化剂的作用下，一氧化碳和氢气发生反应，生成甲烷，使燃气的热值得到提高，也使气体的组成得到改善^[8]。

3．2　工艺流程

SW／LJ固定床反火型生物质气化炉是生物质气化集中供气系统的核心，该气化炉主要功能是把生物质等固体原料转换成气体燃料。具体工艺流程见图l。生物质原料由炉顶送入气化炉，同时，加入由膜气体分离器产生的富氧空气，经过热解氧化和还原反应，产生的燃气先进入旋风除尘器分离出燃气中较大的颗粒飞灰，然后进入焦油裂解装置，对焦油进行深度裂解；而后，生物质燃气进入甲烷化装置进行反应；之后再经过冷却装置使气体迅速降至室温；最后，经净化装置过滤即可得到清洁燃气，成品燃气进入储气罐储存。

4　技术性能

该气化炉气化系统稳定运行后，依据NY／T443-2001《秸秆气化供气系统技术条件及验收规范》对该系统进行检测，主要技术性能指标见表1。

5　结语

生物质气化项目的开发与推广，多年来国家一直给予高度重视，该项目对调整我国能源结构，尤其是调整我国农村能源利用方式有着战略意义，同时对我国农村经济的可持续发展、环保意识的加强有着直接的推动作用。在科学技术部、农业部、住房和城乡建设部的大力支持下，各级政府已把秸秆气化技术列入科技产业计划、农村洁净能源调整计划、产业扶贫、环境保护等专项基金扶持的技术领域和税收优惠政策的扶持产业。该项目符合国家产业政策，是国家重点扶持的技术领域，也是目前大多数发展中国家正在积极引进和开发推广的项目。

我国生物质气化人员做了很多的研究，基本掌握了生物质气化规律，也开发了一些生物质气化技术的应用工艺。但由于或多或少地存在着气化效率不高、原料通透性不强、燃气焦油含量高、燃气热值相对较低、灰分含量高等问题，极大影响了燃气的后续利用以及推广使用。当前我国生物质气化技术研究应侧重以下方面：①研制高效、经济的气化装置，提高燃气热值，解决好燃气的后续处理，尤其是焦油的处理问题；②借鉴国外先进、成熟的工艺，提高研究起点；③随着生物质气化技术研究的深入，把具有较好应用前景的技术尽快工业化；④对已存在但尚不完善的工艺进行技术改造。

参考文献：

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[8]郭新生，梁益武，方梦祥，等．焦油的催化裂解对燃气成分的影响[J]．煤气与热力，2005，25(8)：5-9．

本文作者：于江华  王湘宁  于京春  李  新  宋海宁  徐  方

作者单位：中交煤气热力研究设计院有限公司