生物质气化中焦油的产生及其危害性
生物质气化技术的应用案例分析
生物质气化技术的应用案例分析随着全球对可再生能源的需求不断增长，生物质气化技术作为一种具有潜力的能源转换方式，正逐渐受到广泛关注。
生物质气化是将生物质原料（如木材、农业废弃物、秸秆等）在高温和缺氧的条件下转化为可燃气体的过程。
这些可燃气体可以用于发电、供热、生产化学品等多个领域，为解决能源短缺和环境问题提供了可行的途径。
下面将通过几个具体的应用案例来深入分析生物质气化技术的实际应用效果和发展前景。
一、生物质气化在发电领域的应用在某偏远山区，由于地理位置的限制，接入传统电网的成本极高，且供电稳定性差。
为了解决当地居民的用电问题，采用了生物质气化发电技术。
当地丰富的林业废弃物和农作物秸秆成为了理想的生物质原料。
该项目建设了一座中型生物质气化发电厂，其工艺流程包括原料预处理、气化反应、气体净化和发电等环节。
首先，将收集来的生物质原料进行破碎和干燥处理，以提高气化效率。
然后，在气化炉中，生物质在高温下与有限的氧气发生反应，生成含有一氧化碳、氢气、甲烷等成分的合成气。
经过净化系统去除杂质和有害物质后，合成气被送入燃气轮机或内燃机进行发电。
通过这个项目，不仅为当地居民提供了稳定可靠的电力供应，还减少了对传统化石能源的依赖，降低了碳排放。
同时，利用当地的废弃物作为原料，还为农民增加了额外的收入，促进了当地经济的发展。
然而，在实际运行中也面临一些挑战。
例如，生物质原料的供应具有季节性，需要合理规划储存和采购；气化过程中产生的焦油会对设备造成腐蚀和堵塞，需要定期维护和清理；发电效率相对较低，需要进一步优化工艺和设备以提高能源转化效率。
二、生物质气化在供热领域的应用在北方的一个城镇，冬季供暖是一个重要的民生问题。
为了减少对煤炭等传统能源的依赖，降低供暖成本和环境污染，引入了生物质气化供热系统。
该系统以周边农村的农作物秸秆为主要原料，通过生物质气化炉将其转化为可燃气体。
这些气体经过简单的净化处理后，直接送入供热锅炉燃烧产生热能，然后通过热力管网输送到居民家中。
生物质焦油处理方法研究进展
2017年第36卷第7期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·2407·化 工 进展生物质焦油处理方法研究进展李乐豪，闻光东，杨启炜，张铭，邢华斌，苏宝根，任其龙（浙江大学化学工程与生物工程学院，生物质化工教育部重点实验室，浙江 杭州 310027）摘要：生物质气化技术是目前常见的生物质能转化技术，其过程中产生的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道、造成二次污染等危害，而且会降低生物质气化效率。
文章介绍了生物质焦油的组成、危害及其处理方法，重点介绍了最近几年里催化裂解法和等离子体法处理焦油的研究进展，并比较了不同方法的优缺点。
物理法具有设备和操作流程简单的优点，但存在焦油自身能量得不到利用和二次污染等问题。
热裂解法可将焦油转化为气体，具有增加产品气能量含量的优点，但对操作温度的要求高，耗费较大。
催化裂解法的温度低于热裂解法，是目前研究最活跃的领域，但仍普遍存在催化剂稳定性差、易失活、价格高等难题。
等离子体法是近年来新兴的焦油处理方法，包括冷等离子体法和热等离子体法。
其中，热等离子体法具有高温、高焓、高电子密度的特点，为生物质焦油处理技术的发展提供了新的可能。
关键词：生物质；焦油；合成气；热解；等离子体中图分类号：S216.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）07–2407–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2292Advance in the treatment methods of biomass tarLI Lehao ，WEN Guangdong ，YANG Qiwei ，ZHANG Ming ，XING Huabin ，SU Baogen ，REN Qilong（Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education ，Department of Chemical and BiologicalEngineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，Zhejiang ，China ）Abstract ：Biomass gasification is a common technology of converting biomass into energy. The tarproduced in the process of biomass gasification not only leads to equipment corrosion ，pipeline blockage and secondary pollution ，but also reduces the efficiency of biomass gasification. The classification ，potential hazard and treatment methods of biomass tar are reviewed in this paper ，with a focus on the recent research progress of catalytic cracking and plasma treatment methods. The advantages and disadvantages of different methods were compared. Physical method has the advantages of simple devices and easy operation ，but the energy is not fully utilized and the secondary pollution exists. Thermal cracking can convert tar into gas and increase the energy of the produced gas ，however ，the process needs high temperature and cost. Having the lower temperature than thermal cracking ，the catalytic cracking is the most active field in tar treatment ，but the catalysts have the disadvantages of poor stability ，easy deactivation ，high cost etc . Plasma methods include cold plasma method and thermal plasma method ，which are newly developed treatment methods of biomass tar in recent years. Possessing the characteristics of high temperature ，high enthalpy and high electron density ，the thermal plasma method provides new opportunity for the development of biomass tar processing technology. Key words ：biomass ；tar ；syngas ；pyrolysis ；plasma第一作者：李乐豪（1991—），男，硕士研究生。
生物质热解、气化过程中的焦油处理技术
生物质热解、气化过程中的焦油处理技术本报告分析了生物质热解、气化过程中焦油产生的原因，并介绍了焦油处理技术方法，包括物理、化学方法。
同时，结合工程项目实际，分析热解、气化过程中燃气进内燃机发电和燃气进锅炉、汽轮发电机组发电两种燃气利用方式对燃气中焦油含量的要求，找到满足厂家要求的焦油处理手段，并给出了焦油处理设备的造价。
标签：焦油;热解;气化0 前言生物质热解、气化过程中，焦油的产生无法避免。
焦油的存在对热解、气化系统影响较大，一是会降低热解、气化系统的效率，焦油产物的能量一般占总能量的5%-15%[1-3]。
焦油在200℃以下呈液态，液态的焦油会与灰尘、水等结合在一起，堵塞管道和设备。
对燃气内燃发电机组、燃气轮机本体损伤相当大，且容易堵塞管路。
因此焦油的处理，关系到燃气利用设备运行的好坏。
1 焦油处理的主要方法1.1 物理除焦法物理除焦法无法将焦油完全去除，只是将焦油由气相转化为液相析出，进行收集外卖。
包括干法、湿法、电捕焦等多种方案。
其中干法是采用机械或者过滤的方法，依赖的是离心力，使焦油从燃气中分离出来，其工作温度较高，通常600℃左右。
常用设备包括旋风分离器，陶瓷过滤器，沙床等。
湿法常采用水洗法或者油洗法，通过降温的方式，让焦油中的各种组分逼近其凝固点，这样，能够使大量的焦油冷凝下来。
与水洗法相比，油洗法有其优势，油与油是相容的。
能够对重质焦油、轻质焦油均有较好的捕集作用。
无论水洗法、油洗法，均需设置泵，通常为一运一备，起到可靠的备用作用。
电捕焦，即采用电捕焦油器，利用电极的电晕作用，让燃气中的焦油在沉淀极处凝结。
电捕焦油器通常分为管式电捕焦油器和蜂窝式电捕焦油器。
电捕焦油器应用范围广，已在焦化厂、钢铁厂等各种场合得到了应用，起到了捕集粗燃气中焦油的作用。
1.2 化学除焦法化学除焦法即采用催化剂，如白云石、Ni基催化剂等，将焦油转化成可利用的小分子。
其中最具代表性的催化剂是白云石。
化学方法虽然从根本上解决了焦油问题，但其存在催化剂失活、价格高昂等诸多问题，工程上的主流处理方案依然是物理除焦法。
生物质气化中焦油及其危害
生物质气化中焦油及其危害随着2009年12月丹麦哥本哈根全球气候变化会议和2010年10月中国天津联合国气候变化会议的召开，地球上矿物质能源的迅速消耗、需求日益增长、有限性及其使用中散发大量CO2、SOX、NOX等气体而引发大气烟尘、酸雨、全球变暖、臭氧层破坏等环境问题引发人们深层次思考，寻求高效、清洁能源再次成为世界关注的焦点。
生物质能具有资源丰富、廉价、可再生、清洁等特点，它的开发与应用又一次引起广泛关注，而生物质气化是一种常用生物质能转换技术。
1生物质气化技术1.1生物质气化技术的原理生物质气化是一种将固体燃料变成气体燃料的热化学处理技术，在气化反应器中进行干燥、热解、燃烧和还原等反应，生成含有CO、H2、CH4、CnHm 等可燃气体，可用于炊事、锅炉、采暖、内燃机、燃气轮机等动力装置。
气化炉是常用的气化反应器，分为固定床气化炉和流化床气化炉2类，固定床气化炉分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式。
下吸式气化炉如图1所示:经粉碎及初级除尘的固体生物质从气化炉的上端进入炉体，在外界空气及水蒸气控制供给的条件下，生物质首先在干燥区被干燥；随着物料下移，温度不断升高，当温度升高到200℃以上时，在热解区开始发生热解，生成固体焦炭和包括CO、CO2、H2、CH4、焦油、木醋酸和热解水等气体挥发分；高温热解气体产物和焦炭在氧化区与O2发生燃烧反应；氧化区生成的高温气体与高温炭层在还原区发生非均相的还原反应，生成含有CH4、CnHm等成分的气化气体。
其中氧化燃烧区放出大量的热量，并为干燥、热解及还原3个吸热的物理化学过程提供热量。
1.2生物质气化技术装置及流程生物质气化一般包括生物质原料供给装置、气化反应器、净化装置、燃烧装置。
如图2所示，包括生物质原料粉碎、初级除尘、生物质原料输送、次级除尘、空气及水蒸气进给、气化反应器、3级除尘、焦油等颗粒物质收集与清除、气体储存等工艺流程，最后经输气管道到燃烧器得以实现能源的转化使用。
生物质气化过程中脱除焦油的几种方法汇总
生物质气化过程中脱除焦油的几种方法汇总焦油是生物质热解气化过程中不可避免的副产物，它不仅严重影响燃气品质，也对下游燃气贮存、输送和燃烧设备带来腐蚀问题，同时燃气净化排放的废液也因焦油有严重的环境污染性。
因此，生物质气化过程中焦油的脱除是十分必要的。
焦油的脱除方法林林总总，但大致可分为两类：物理法和热化学法。
物理法虽然能有效除去焦油，但焦油只是经历了相转换并没有真正除去，如不能解决焦油的二次污染问题，环境污染不可避免；而热化学法不仅能将焦油从根本上除去，而且还能增加原料的转化率，对焦油的去除非常有效，是目前世界各国研究的热点。
一、物理法1、吸附法吸附法是用固体吸附剂吸附处理燃气中有害气体的一种方法，属于干法除焦油。
吸附剂应具备表面积大、容易吸附和脱附、来源容易、价格较低等特点。
常用的去除焦油吸附剂有粉碎的玉米芯、木屑、谷壳、陶瓷和金属过滤器等。
生物质吸附剂用过后可投入炉中做气化原料使用，防止二次污染。
但实践表明，吸附法除焦油效率较低，大量的焦油还保留在气相中，通过过滤器后也没有完全截留下来，远远不能达到要求，而且操作费用高、安放的设备一般体积较大，占地面积大。
尽管固体吸附除焦法有种种缺点，但目前仍因其技术简单、操作简便广泛应用在农村或企业小型气化系统燃气的净化处理过程中。
2、水洗法水洗法是使水与焦油之间发生碰撞、拦截和凝聚，焦油随液滴降落下来的除焦方法，属于湿法除焦油，通常通过冷却/洗涤塔的喷淋装置实现。
冷却/洗涤塔通常是在旋风分离器后面的第一个湿洗单元。
在这里所有的重质焦油能够被完全冷凝下来。
但是一般意义上的焦油液滴和气态/液态烟雾却能被气流带走。
冷却/洗涤塔仅是表面上将冷凝下来的焦油除去了，液滴和烟雾还不能有效去除，所以在冷却塔的后面通常跟有文丘里洗涤塔。
文丘里洗涤塔根据压力突变的原理，可以将气态中较重物质除去。
采用冷却/洗涤塔与文丘里洗涤塔出口固体和焦油液滴的体积含量低于10mL/m³。
生物质燃烧气化焦油成分分析研究
生物质燃烧气化焦油成分分析研究张存兰【摘要】采用气相色谱-质谱联机(GC-MS)对生物质焦油及其馏分进行成分分析研究.分析结果表明,生物质焦油及其馏分中含有多种可利用的化工原料,并且和柴油的主要成分相似,在能源和化工方面可以得到利用.【期刊名称】《化学分析计量》【年(卷),期】2009(018)006【总页数】3页(P55-57)【关键词】生物质;焦油;馏分;GC-MS;挥发酚【作者】张存兰【作者单位】德州学院化学系,德州,253023【正文语种】中文生物质热解气化指利用少量的空气或氧气作助燃剂,在高温下将有机物转换为可燃气体的过程。
尽管国内外在生物质气化技术方面已取得了一定进展,但该技术目前仍存在许多问题,尤其是燃气中的焦油可堵塞、污染和腐蚀燃气管道、燃气灶具等,大大缩短了设备的使用寿命,使气化系统的正常运行受到限制；同时生物质焦油的任意弃置或堆放会对环境，特别是大气和水环境造成极大的破坏。
如果不采取有效的办法加以处理或利用,在环境污染日益严重的情况下,将成为生物质能源产业可持续发展的主要制约因素之一。
生物质焦油不单是污染物,也是极好的液体燃料和化学工业原料,对其进行利用可以达到污染治理和资源利用的双重功效。
由于气相色谱-质谱(GC-MS)法是目前分析鉴定复杂混合物的最有效手段,故采用GC-MS分析技术对生物质焦油的化学组成进行实验研究,以期为生物质焦油综合利用技术的研究开发提供科学参考[1]。
笔者以生物质燃烧焦油为原料,主要研究生物质焦油及其馏分化学组成,探索它的资源和化工利用价值。
生物质燃烧副产物焦油中主要包括脂肪族、芳香族等有机化合物，其中芳香族酚类化合物的含量相对较高。
酚类一般多为固体，少数烷基酚为液体。
由于分子间形成氢键，所以沸点都很高。
纯的酚是无色的，但往往由于氧化而带有红色至褐色。
酚类毒性很大，口服致死量530 mg/kg体重。
其中苯酚是一种重要的化工原料，大量用于制造酚醛树脂(电木粉)、以及其它高分子材料、离子交换树脂、合成纤维、染料、药物、炸药等，用途极广；对二苯酚为无色晶体，能溶于水、乙醇和乙醚，对二苯酚很容易氧化，被弱氧化剂(如氧化银、溴化银)氧化生成黄色的对苯醌，所以它是一个还原剂；萘酚有α-萘酚、β-萘酚，萘酚容易发生环上的取代反应，它们的许多衍生物都是重要的染料中间体。
生物质气化中焦油的产生及处理方法
生物质气化中焦油的产生及处理方法陈晓娟【摘要】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.【期刊名称】《资源节约与环保》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】1页(P46)【关键词】生物质气化;焦油;处理【作者】陈晓娟【作者单位】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【正文语种】中文在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。
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。
生物质气化焦油催化裂解研究
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白云石是一种菱镁矿，分子式一般写作 C a M g（CO 3）2 。 白云石可通过 与生物质干式混合而直接用 在气化反应器中作 为初级催化剂，也可用于二级床中[8]。
生物质燃气经富含 F e 2O3 的白云石催化裂解后，焦油转 化率可达 9 5% 以上，气体产物增加 1 0 %~2 0%，低位热值增 加 l5 %，燃气组分中 H2 增加 4 %[9 ]。若以 H2O 和 O2 为气化 介质，在白云 石的催化作用下，焦油裂解 的同时会发生水气 置换、水蒸气重整、CO2 重整和部分氧化反应。适当增加 H2 O 量有利于提高气体产物中 H2 的含量，降低 C O 和 CH4 的含 量，在 8 40 ℃的温度下可获得 9 6%的焦油裂解率 。 [10 ]
一、焦油的生成机理及危害 生物质气化的 目标是得到尽可能多的可 燃性气体产物。 但在气化的过 程中，粉尘和焦油都是不可 避免的副产物。焦 油生成于气化过程中的热解阶段。当生物质被加热到 2 00 ℃ 以上时，组成 生物质的纤维素、木质素、 半纤维素等成分发 生明显的热分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、气体等。在 60 O ℃以上时，液 体产物焦油和木醋酸以气态 的形式存在于所生 成的热解气体 中。焦油性质的不稳定性， 也导致了其组成的 复杂性，目前可分析出的成分有 10 0 多种，还有很多成分难 以确定。焦油对气化系统和用气设备等会产生不利影响[2]： ① 降低气化效率，气化气中焦油产物的能量一般占总能 量的 5 %- 15 %，这部分能量在低温时难以与可燃气体一起被 利用；② 焦油存在于气化的产品气中，在管道内输送过程中 将逐渐冷凝下 来，形成粘稠的液体物质， 附着于管道内壁和 有关设备的壁面上，对设备的安全运行造成威胁；③ 焦油还 会与气流中的 灰尘相结合，在管道内累积 起来，严重时将造 成管道的堵塞；④ 凝结细小液滴的焦油比气体难于燃尽，在 燃烧时容易产 生碳黑，容易造成污染并对 燃气利用设备损害 相当严重。⑤ 焦油成分中含有有毒物质，对人类健康构成威 胁。由此可见 ，可燃气中的焦油是气化气 使用的最大危害， 必须尽量脱除成为干净燃气方可使用。 二、焦油的脱除方法 焦油脱除的方 法大致可分为物理脱除法 和热化学脱除法 两类[3，4]。目前采用较多的物理除焦方法有湿法和干法两种，
第10章 生物质热解气化燃气的净化与应用
物理法除焦油
喷淋法除焦油和灰尘 可填充玉米芯等物质，起 到过滤效果
物理法除焦油
改进的喷淋装置 设置颈管
物理法除焦油
鼓泡水浴法 在水中加一定量的NaOH
物理法除焦油
干式过滤法的实施方式较多 在容器内填放粉碎的玉米芯、木屑、谷壳或炭粒 采用陶瓷过滤芯 采用活性炭 ……
两种工艺各自的优缺点？
催化裂解除焦油
催化裂解实施工艺——大型循环流化床气化炉
催化裂解除焦油
催化裂解实施工艺——中小型固定床气化炉
10.2 气化燃气的应用
气化燃气特性 气化供热 气化集中供气 气化发电 气化制氢 气化合成液体燃料
气化燃气特性
气体成分 常规空气气化的燃气组成
气化合成液体燃料
气化合成液体燃料的一般工艺
气化合成液体燃料
费托合成对合成气的杂质水平要求
杂质 H2S+COS+CS2 NH3+HCN HCl+HBr+HF 碱金属 固体（烟气，尘土，灰分） 有机物（焦油） 其中第二类焦油（杂环化合物） 去除水平 <1×10-6(体积分数) <1×10-6(体积分数) <10×10-9(体积分数) <10×10-9(体积分数) 基本完全 低于露点 <1×10-6(体积分数)
气化合成液体燃料
合成汽油 2CH 3OH CH 3OCH 3 H 2O 轻烯烃 重烯烃(大于C5 )
Mobil公司MTG工艺：ZSM-5催化剂
气化合成液体燃料
合成二甲醚
① 甲醇气相催化脱水工艺
2CH 3OH CH 3OCH 3 H 2O
催化剂：氧化铝或硅酸铝 温度：230-250℃
生物质气化中焦油的产生及其危害性
ｏＣ）一酚乙醚（５００℃）一烷基酚类（６００℃）一异环醚
（７００℃）一多环芳烃（ＰＡＨ，８００℃）一更大的ＰＡＨ（９００
℃）‘洲３。
２．２．３焦油影响因素的综合性。焦油产量和组成是生物质 原料（种类、大小、湿度）、气化条件（温度、压力、停留时间）、 气化反应器（类型、结构、运营状况）、添加剂（种类、添加量、 添加方式）等因素综合作用的结果，对生物质气化焦油的分 析要依据具体工况条件。采用０．３ ｓ气相停留时间，利用分 子束质谱（ＭＢＭＳ）对不同气化温度下焦油中３级焦油的分布 情况进行分析，１次焦油主要是左旋葡萄糖、羟基乙醛、糠醛 等纤维素裂解产物、半纤维素裂解产物和木质索裂解产物甲 氧基酚等，２次焦油主要是酚类和烯烃类，３次焦油主要为芳 香类物质的甲基衍生物（如甲基苊、甲基萘、甲苯和茚等）和 浓缩的无取代基的ＰＡＨ物质（如苯、萘、苊、蒽、芘、菲 等）‘５・”。 ２．３生物质气化焦油的危害性生物质气化炉出来的气化 气中焦油尘为１０—２００ ｇ／ｍ３（城市燃气中焦油和灰尘含量标 准ＧＢ／Ｔｉ２２０８—１９９０规定焦油含量要小于１０ ｍｇ／ｍｊ），焦油 含量过高导致能量浪费、气化效率降低、气化设备腐蚀、输气 管道堵塞、危害燃气设备、污染环境，对气化设备长期稳定运 行产生影响。 ２．３．１能量浪费，降低气化效率。在气化气中的１次焦油、 ２次焦油等产物的能量一般占生物质总能量的５％一１５％，
安徽农业科学。Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ａｅｉ．Ｓｅｉ．２０１ １，３９（４ Ｊ：２２４３—２２４４
责任编辑郑丹丹责任校对李岩
生物质气化中焦油的产生及其危害性 鲍振博１”，靳登超１’２，刘玉乐１”，郭俊旺１＇２
（１．天津中日农村环境・资源合作研究中心，天津３０００８４；２．天津农学院，天津３０００８４）
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摘要从介绍生物质气化技术原理、装置及流程入手，论述了气化过程中焦油的产生、特点、影响因素及危害性。 关键词生物质；气化；焦油 中图分类号￥２１６．２ 文献标识码Ａ 文章编号０５１７—６６１ｌ（２０１１）０４—０２２４３—０２・
Ｔａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＢＡＯ Ｚｈｅｎ－ｂｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ
０００
１次焦油一般都是原始生物质原料结构中的一些片断， 在气化温度条件下，１次焦油并不稳定，会进一步分解反应 （包括裂化反应、重整反应和聚合反应等）成为２级焦油，如 果温度进一步升高，一部分焦油还会向３级焦油转化。在生 物质气化技术中一般把５００℃作为操作的典型温度，在５００ ℃左右产生的焦油产物最多，高于或低于这一温度时焦油都 相应减少¨“１。 ２．２生物质气化焦油的特点及影响因素 ２．２．１焦油成分复杂性。焦油含有成千上百种不同类型、 性质的化合物，其中主要是多核芳香族成分，大部分是苯的 衍生物，有苯、萘、甲苯、二甲苯、酚等，目前可分析出的成分 有１００多种。 ２．２．２焦油成分、性质可变性。在不同气化工艺条件下，焦 油产量及成分的含量都是变化的；焦油在高温下可以发生裂 解，与气化气一起呈气体状态，但在低于２００ ｏＣ的情况下，就 开始凝结为液体；当热解气化温度在６００℃以上，１次焦油进 行再次分解产生２次焦油，２次焦油的黏度比１次焦油大得 多，其成分也比１次焦油复杂；各种不同生物质产生的焦油 在燃烧热、黏度、密度、酸碱性等方面也都存在很大差异¨１。 Ｅｌｌｉｏｔｔ提出焦油的形成有如下的变化路径：混合的含氧物
万方数据
生物质气化中焦油的产生及其危害性
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 鲍振博， 靳登超， 刘玉乐， 郭俊旺 天津中日农村环境·资源合作研究中心,天津,300084;天津农学院,天津,300084 安徽农业科学 JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES 2011,39(4)
级除尘、空气及水蒸气进给、气化反应器、３级除尘、焦油等颗 粒物质收集与清除、气体储存等工艺流程，最后经输气管道 到燃烧器得以实现能源的转化使用。
生物质围１下吸式生物质气化原理ｒｉｇ．１ＰｒｉＣｅ
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图２生物质气化技术装置组成及流程
Ｋｇ．２
ｍ州雌ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ
２０１０．１１．１６
大的分子为焦炭、木醋酸、焦油等．此时的焦油称为１次焦油 （初级焦油），其主要成分为左旋葡聚糖，其经验分子式为 Ｃ，Ｈ８０：，被认为是由纤维素Ｃ（Ｃ。Ｈ。。Ｏ，）在急骤热解过程中 失去ＣＯ：和Ｈ：Ｏ形成的，反应过程如式ｌ所示： 干燥的生物质固体＋热量一焦碳＋ＣＯ＋ＣＯ：＋Ｈ，０＋ＣＨ。＋
［３］赖艳华，吕明新，董七平．生物质热解气化气中焦油生栅理及其脱除
［５］韦杰．生物质气化气中焦油的催化裂解研究［Ｄ］．北京：华北电力大学，
２００７．
・
［６］ＥＬＩ．ＩＯＴＩ＂Ｄ Ｃ．Ｒｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｅｍｌ）ｅｒａｔｕｒｅ ｔｏ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｉｌｓ［Ｊ］．ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ，１９８８，３７６：５５—６５． ［７］ＥＶＡＮＳ Ｒ Ｊ．ＭＩＬＮＥ Ｔ Ａ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔａｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ
基金项目 作者简介
国家科技部计划项目（２０１０ＧＡ６１００１９）；天津市科技计划项目 （０９ＺＨＸＨＮ０３６８００）；天津农学院科学发展基金（２００７０１７）， 鲍振博（１９７ｌ一），男，内蒙古赤峰人．讲师，硕士，从事机械结 构设计、农村能源技术应用、农村环境污染处理装置、资源节 约与环境保护的理论及实践等方面的研究和教学工作， Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｏｚｈｅｎｂｏ＠ｔｊ卸．ｅｄｕ．ｅｎ。
ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｃａｌ Ｂｉｏｍａ．ｓｓ ｏｆ
ｃｈｅｍｉｃａｌ姗
ｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ
Ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉ—
Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，１９９７（２）：８０３—８１６． ［８］周志军，赖开忠，周俊虎．等．气化过程中焦油催化裂解的影响因素研 究［Ｊ］．热力发电，２００５（１１）：２６—２９． ［９］马隆龙，吴创之，孙立．生物质气化技术及其应用［Ｍ］．北京．４Ｌ－ＳｅＺ业 出版让，２００３． ［１０］李业新．吴创之，韩志英．生物质气化发电焦油废水的厌氧毒性研究 ［Ｊ］．中国沼气，２００３，１（１）：１５—１７．
随着２００９年１２月丹麦哥本哈根全球气候变化会议和 ２０１０年１０月中国天津联合国气候变化会议的召开，地球上 矿物质能源的迅速消耗、需求日益增长、有限性及其使用中 散发大量ＣＯ：、ＳＯ。、ＮＯ，等气体而引发大气烟尘、酸雨、全 球变暖、臭氧层破坏等环境问题引发人们深层次思考，寻求 高效、清洁能源再次成为世界关注的焦点。生物质能具有 资源丰富、廉价、可再生、清洁等特点，它的开发与应用又一 次引起广泛关注，而生物质气化是一种常用生物质能转换 技术…。 ｌ生物质气化技术 １．１生物质气化技术的原理生物质气化是一种将固体燃 料变成气体燃料的热化学处理技术，在气化反应器中进行干 燥、热解、燃烧和还原等反应，生成含有ＣＯ、Ｈ：、ＣＨ。、Ｃ。Ｈ。 等可燃气体，可用于炊事、锅炉、采暖、内燃机、燃气轮机等动 力装置ＢＪ。气化炉是常用的气化反应器。分为固定床气化炉 和流化床气化炉２类，固定床气化炉分为下吸式、上吸式、横 吸式和开心式。下吸式气化炉如图ｌ所示：经粉碎及初级除 尘的固体生物质从气化炉的上端进入炉体，在外界空气及水 蒸气控制供给的条件下，生物质首先在干燥区被干燥；随着 物料下移，温度不断升高，当温度升高到２００℃以上时，在热 解区开始发生热解，生成固体焦炭和包括ＣＯ、ＣＯ：、Ｈ２、ＣＨ４、 焦油、木醋酸和热解水等气体挥发分；高温热解气体产物和 焦炭在氧化区与Ｏ：发生燃烧反应；氧化区生成的高温气体 与高温炭层在还原区发生非均相的还原反应，生成含有 ＣＨ４、ｃ。Ｈ。等成分的气化气体。其中氧化燃烧区放出大量的 热量，并为干燥、热解及还原３个吸热的物理化学过程提供 热量５引。 １．２生物质气化技术装置及流程生物质气化一般包括生 物质原料供给装置、气化反应器、净化装置、燃烧装置。如图 ２所示，包括生物质原料粉碎、初级除尘、生物质原料输送、次
ｅｔ
ａｌ（Ｃｈｉｎａ－Ｊａｐａｎ（Ｔｉａｎｊｉｎ）Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒｕｒａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４）
Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ。ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉａ－ ｔｉｅｓ，ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓ ｏｆ ｔａｒ ｄｕｒｉｎｇ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｖｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｂｉｏｍａｓｓ；Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ｔａｒ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ
ｂｉｏｍａｓｓ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
２生物质气化焦油 生物质气化的目标是得到尽可能多的可燃性气体，但在 气化过程中焦油是不可避免的副产物。生物质气化产生的 焦油分为１次焦油、２次焦油、３次焦油等，具有成分复杂、性 质可变、影响阂素综合、危害性大等特性。 ２．１生物质气化焦油的产生焦油生成于气化过程中的热 解阶段，当生物质被加热到２００ ｏＣ以上时。组成生物质的纤 维素、木质素、半纤维素等成分的分子键将会发生断裂，发生 明显热分解，产生ＣＯ、ＣＯ，、Ｈ：Ｏ、ＣＨ。等小的气态分子，而较
１９９８，２０（７）：１—５．
ｏＣ）一酚乙醚（５００℃）一烷基酚类（６００℃）一异环醚
（７００℃）一多环芳烃（ＰＡＨ，８００℃）一更大的ＰＡＨ（９００
℃）‘洲３。
２．２．３焦油影响因素的综合性。焦油产量和组成是生物质 原料（种类、大小、湿度）、气化条件（温度、压力、停留时间）、 气化反应器（类型、结构、运营状况）、添加剂（种类、添加量、 添加方式）等因素综合作用的结果，对生物质气化焦油的分 析要依据具体工况条件。采用０．３ ｓ气相停留时间，利用分 子束质谱（ＭＢＭＳ）对不同气化温度下焦油中３级焦油的分布 情况进行分析，１次焦油主要是左旋葡萄糖、羟基乙醛、糠醛 等纤维素裂解产物、半纤维素裂解产物和木质索裂解产物甲 氧基酚等，２次焦油主要是酚类和烯烃类，３次焦油主要为芳 香类物质的甲基衍生物（如甲基苊、甲基萘、甲苯和茚等）和 浓缩的无取代基的ＰＡＨ物质（如苯、萘、苊、蒽、芘、菲 等）‘５・”。 ２．３生物质气化焦油的危害性生物质气化炉出来的气化 气中焦油尘为１０—２００ ｇ／ｍ３（城市燃气中焦油和灰尘含量标 准ＧＢ／Ｔｉ２２０８—１９９０规定焦油含量要小于１０ ｍｇ／ｍｊ），焦油 含量过高导致能量浪费、气化效率降低、气化设备腐蚀、输气 管道堵塞、危害燃气设备、污染环境，对气化设备长期稳定运 行产生影响。 ２．３．１能量浪费，降低气化效率。在气化气中的１次焦油、 ２次焦油等产物的能量一般占生物质总能量的５％一１５％，
收稿日期
万方数据
２２４４
安徽农业科学
２０１１年
Ｃ：Ｈ。＋木醋酸＋焦油
（１）
当温度降到２００℃以下时，这部分焦油的能量难于与气化气 一起被利用。 ２．３．２焦油影响气化设备的稳定、安全运行。随着气化气 温度降低而形成的焦油雾含有大量直径小于１恤ｍ的液滴， 对燃气管道和用气设备产生腐蚀；液态焦油易与水、焦炭、灰 尘等粘结、冷凝而形成黏稠的液体物质，附着于管道及燃气 设备的壁面上，严重时将造成管道堵塞”１。 ２．３．３焦油对燃气设备易造成危害。焦油在高温时呈气 态．与气化气能完全混合，而在低温时（＜２００ ｏＣ）凝结为细 小液滴的焦油不易燃尽，燃烧时容易产生炭黑等颗粒，对气 化气燃烧设备（如内燃机、燃气轮机等）损害严重，影响安全 运行，降低了气化气的利用价值旧ｑ Ｊ。 ２．３．４焦油成分中的有毒物质对人类健康及环境构成威 胁。焦油成分中含量很高的一些ＰＡＨ物质具有较高毒性； 凝结为细小液滴的焦油不完全燃烧会引起ＰＡＨ和焦炭的产 生，ＰＡＨ具有致癌的危险性；对焦油净化处理时产生的焦油 废水中含有酚及酚类化合物、苯系物、杂环、芳香族化合物等 有机物，ＣＯＤ浓度一般为２