生物质气化技术及产业发展分析（3）

生物质气化技术及产业发展分析（3）

作者：刘华财 吴创之 谢建军 等

广州能源研究所对富含N、Cl、S的工业生物质在热解气化阶段污染元素的迁移与转化进行了研究。工业源生物质主要为药渣、污泥、豆秸等。以富N木质纤维素类及非木质纤维素工业生物质废弃物、药渣凉茶渣等为原料，研究了在不同升温速率、热解终温条件下不同含N官能团的N释放规律，结合热重分析和X射线光电子能谱表征，对比研究了热解过程NOx前驱物的生成特征[，并对其中的机理进行了详细分析。此外，本研究组还在水热条件下对市政污泥、脱墨污泥在加压高温水相环境里N的迁移与转化进行了研究，为污泥的高值化、能量化、减量化开辟了一条新途径。在Cl、S迁移转化研究方面，利用矿化垃圾制备衍生燃料，采用热重红外质谱联用技术（TG-FTIR-MS）和水平管式热解炉/化学吸收法，对比研究了矿化垃圾和常规垃圾衍生燃料热解过程腐蚀性气体（HCl和H2S）的析出特性，分析了热解温度及热解类型对析出行为的影响，并对热解固相产物腐蚀性元素的赋存特点进行了考察。为不同垃圾衍生燃料的热利用提供了一定依据和参考。

1.4灰渣综合利用

生物质气化过程中产生的灰渣是由生物质本身含有的灰分和气化过程产生的副产物组成。近年来，国内外学者针对生物质气化灰利用进行了大量研究。EBERHARDT等利用生物质灰制备出轻质保温砖；SCHETTINO等利用添加一定量甘蔗灰渣的茹土制备出陶瓷材料；QUARANTA等以葵花籽壳灰为主要原料，附以不同比例的废弃玻璃渣，成功制备出陶瓷制品；涂湘巍等研究发现秸秆气化灰渣中含有较多营养元素，其对改良土壤和农作物增产有一定的促进作用。稻壳灰由于其巨大的产量和独特的物化特性，成为研究热点。稻壳灰中SiO2含量占87%~97%，还有少量的K2O、Na2O、MgO及Al2O3等。根据稻壳灰中硅的物化特性，可分为非结晶态稻壳灰和结晶态稻壳灰。

非结晶态稻壳灰中硅多以无定型态存在，具有较强的反应性，可用于制备碳化硅、水玻璃、白碳黑及气凝胶等多种化工产品，但由于稻壳灰中含有多种无机矿物质，无法满足这些产品对纯度的要求，一定程度上制约了该方向的产业化进程。有研究发现无定型稻壳灰中的硅可与硅酸盐水泥中的化学物质发生化学反应，提高了混凝土的强度，以非结晶态稻壳灰替代现有水泥原料中的骨料，可以有效节约建筑成本。稻壳灰中的无定形SiO2也可作为危险废物固化中的水泥外加剂。

结晶态SiO2具有较好的耐高温特性，可用于制备隔热材料用于钢铁、绝热材料、耐火砖和陶瓷生产，添加有结晶态稻壳灰的隔热材料已在炼钢生产中商业化应用。

2004年，CHAREONPANICH等通过高温煅烧的方法，利用稻壳制备出纯度较高的白色SiO2，并以其为硅源，在特定的条件下制备出ZSM-5分子筛。而实际工业燃烧或气化工艺产出的稻壳灰的杂质含量较高，无法直接用于制备ZSM-5分子筛。广州能源研究所通过高温碱液水热处理工艺提纯电厂稻壳灰中的SiO2，以制备出的硅溶胶（RHA硅溶胶）为硅源，成功制备出K-ZSM-5分子筛，并系统研究了模版剂用量、反应时间及未外加铝源等对ZSM-5分子筛制备和合成残液组成的影响，摸索出最优制备方案。

2气化产业发展现状和趋势

2.1总体状况

在世界范围内，生物质气化主要用于供热/窑炉、热电联产（combined heat and power,CHP）、混燃应用和合成燃料（图1），目前规模最大的应用是CHP。20世纪80年代起，生物质气化被美国、瑞典和芬兰等国用于水泥窑和造纸业的石灰窑，既能保证原料供给又能满足行业需求，具有较强的竞争力，但应用却不多。20世纪90年代，生物质气化开始被应用于热电联产、多用柴油或燃气内燃机，生物质整体气化联合循环（biomass integrated gasification combined cycle,BIGCC）也成为研究热点，在瑞典、美国、巴西等国建成几个示范工程，由于系统运行要求和成本较高，大都已停止运行。1998年，生物质气化混合燃烧技术已被用于煤电厂，将生物质燃气输送至锅炉与煤混燃，目前已商业化运行。

生物质气化最新的发展趋势是合成燃料，利用气化获得一定H2/CO比的合成气及通过合成反应生产液体燃料（如甲醇、乙醇和二甲醚），能部分替代现有的石油和煤炭化工。早在20世纪80年代，气化合成燃料技术在欧美已经有了初步的发展。近年来，受可再生能源发展政策的激励，各国加大了对气化合成技术的关注和投入，美国在气化合成燃料乙醇方面取得了很大的成就，其产能已达600亿L/a。