生物质气化焦油腐蚀堵塞设备？哪些技术能实现超低焦油产出？

　　生物质气化普遍存在焦油超标难题，现有除焦油技术分为热裂解、催化裂解两类裂解工艺，以及湿法、干法普通脱除工艺，催化裂解可大幅降低反应温度且提升燃气产率，国内自主研发的流态化两段气化技术通过热解与半焦气化解耦，协同预氧化、高温裂解、半焦催化多重作用深度脱除焦油，已在多地完成中药渣、酒糟等生物质废弃物产业化落地，焦油指标达到国际先进水平，同时富氧气化实验验证可产出高浓度有效合成气，适配绿色甲醇、绿色航煤原料制备需求，该技术易规模化放大，是碳中和背景下生物质资源化利用的核心解决方案。

　　一、控制焦油含量的技术

　　利用生物质作为绿色“碳”源，气化成为可将生物质原料转化为合成气的唯一技术路径选择。

　　目前，气化装置中控制焦油含量的可用技术有两类：一类是裂解法，另一类是普通方法。裂解法又分热裂解和催化裂解 ，是在通过提供较高温度及其他条件下，把焦油分解成小分子可燃气体;普通法除焦油又可分为湿法和干法两种。

　　1、降低焦油含量的热裂解方法

　　通过裂解方法将焦油设法转化为可燃气， 既能增加气化效率，又可降低燃气中焦油含量，解决焦油对环境和设备运行的有害影响。

　　2、降低焦油含量的催化裂解方法。

　　焦油热裂解需要很高温度，但如果借助某些催化剂的作用对焦油进行催化裂解，不但可使焦油裂解的温度下降到750-900e，而且能增加裂解的效率。因此，催化裂解法是目前降低焦油含量有发展前途的一项技术。生物质焦油裂解原理与石油的催化裂解相似。

　　催化裂解过程中水蒸汽的存在也能发挥重要作用。水蒸汽能和某些焦油成分发生反应，生成CO和H2等气体，既减少了碳黑的产生，又增加了燃气产量。

　　二、流态化两段气化技术创新破解生物质气化“焦油”难题

　　为了最大程度地使气化炉吃“粗粮”，并从根源上破解生物质气化过程副产焦油的世界共性难题，沈阳化工大学许光文教授团队，创新了流态化两段气化技术，利用流态化反应器实现了低焦油两段气化工艺)，通过生物质热解和半焦气化的反应解耦，协同了生物质预氧化降低焦油生成、生物质焦油热裂解和高温半焦催化裂解深度脱除焦油的作用，并依据产品气品质分别优化调控热解与气化/焦油裂解的反应温度和条件，在易大规模化的流态化反应过程中有效实现中低温气化的超低焦油生成和释放的技术优势。

　　流态化两段气化已在空气气化生产燃气方面成功应用于中药渣、白酒糟等轻工过程的生物质废物，在河南、四川、山东、安徽等地建成了年处理工业生物质废物1万吨至5万吨级的多套产业化应用工程，有效实现了气化燃气焦油含量低于50mg/Nm3的国际先进技术指标。

　　流态化两段气化技术工艺及其实现低焦油的技术特色和优势，已获得了国内外学术及产业界的高度认可与肯定评价。例如，加拿大工程院院士、加拿大国家工程院原院长M. A. Rosen在其生物质气化技术综述论文中将流态化两段气化列举为世界上具有前景技术的第一个。2021年，加拿大西部经济发展部(Western Economics Diversification Canada)和加拿大自然资源部(Natural Resources Canada)等还为UBC和FPInnovations立项400余万加元，支持开展流态化两段富氧气化制备生物质合成气的技术工艺和低焦油特性的评价和验证研究。

　　针对技术在多家制药厂有效实现高含水中药渣能源化的产业应用，中国轻工业联合会鉴定技术“国际领先”，并获得中国轻工业联合会科学技术奖一等奖。相关的技术发明成果和基础研究成果还分别获得了辽宁省技术发明奖一等奖和中国化工学会研究成果奖一等奖。

　　一是运行稳定性与合成气品质。流态化两段气化在易于工业放大的流态化反应器系统中实现反应分级的“两段”超低焦油气化原理，使其更加适合高含水的小颗粒燃料的气化转化，包括生物质及低阶煤。在成功实现空气气化技术的产业化应用基础上，响应“绿色合成”对生物质气化生产合成气对大规模低焦油气化技术的重大需求。近日沈阳化工大学的许光文团队建成并运行了生物质富氧气化制备低焦油合成气的实验室规模流态化两段气化工艺装置。

　　针对高焦油产率的松木生物质成型颗粒燃料开展系统实验，并实现长时间连续稳定运行，采用O2/CO2的富氧气化，系统稳定操作近50小时，产品气中有效气(H2+CO+CH4)含量达70%，但由于实验室的长时间实验过程中未使用蒸汽气化剂，且提升管反应器较短和采用电加热，致使H2/CO偏低，甲烷含量偏高，在实际的工程规模的更高温O2/CO2/蒸汽气化时存有极大提升空间。

　　二是合成气焦油含量极低。前述长时间实验过程中，每间隔5小时通过三级丙酮液洗涤产品气样品流，测试气体中的焦油含量。产品气中的焦油含量随运行时间逐渐降低，在28小时后的丙酮洗涤液已澄清透明，很难测出含有焦油，表明实现了超低焦油气化。同时，电加热的实验装置所形成的气化反应温度并不高(大约800℃)，在工业规模气化炉中，该气化反应温度将稳定于900℃以上，并将适用一定配比的蒸汽气化剂，因此更利于焦油在气化反应器中的热裂解、催化裂解和催化重整，保障超低焦油合成气的有效生产。

　　当前，全球推进碳中和目标，提出了绿色甲醇、绿色航煤生产的紧迫要求，国内外大型能源及化工企业都启动了不少大型产业化项目，开展前期可行性的深入研究。结果表明：基于生物碳的绿色合成全技术链，在国内外都缺乏能产业化的生物质合成气生产技术，即生物质纯氧(富氧)气化技术。应用于煤气化的各种大型气流床气化技术由于在燃料品质和含灰特性方面的差异，难以有效应用于生物质燃料。基于流化床的气化正在成为生物质气化实现产业规模合成气生产的优选技术，但需要破解生物质流态化气化的“焦油”难题。

　　流态化两段技术工艺，通过其空气气化制备燃气的工业应用实践和上述实验室装置富氧气化长时间运行对焦油深度脱除的验证，充分证明和揭示了该工艺保障生物质气化低焦油技术特征的有效性和可行性。该工艺技术简单，基于双流化床反应系统，国内外具有很好的装备与过程产业化实践，因此具有很好的工业放大性能，是未来支撑“绿色甲醇/航油产业链”生物质气化技术的有力竞争者。