生物质焦油净化方法

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1、焦油是一种有害成分，由于焦油易引起冷凝、形成浮质、聚合产生更复杂的结构，这会给过程设备、内燃机和汽轮机的运行带来很大问题。然而，焦油最小的可允许限度很大程度依赖于过程的类型和终端用户的应用。1Bui等提到在内燃机中气体的焦油和灰尘的体积质量32必须<10mg/m。Milne等列出了各种终端设备的焦油的体积质量限制值。因此，生物质燃料气体中焦油的脱除或分解是发电利用的最大障碍之一。当前焦油脱除方法可分为机械方法、热裂解法、催化裂解法、部分氧化法和等离子体法，本文将对上述5种方法进行分析。1机械方法机械方法包括湿式方法、干式方法、旋风除尘器和静电除尘器。目的是捕捉产气中的颗粒物质，大量实验结果

2、表明该方法还可有效脱除颗粒中携带的焦油。1.1湿式方法湿式方法又称为水洗法，分为喷淋法和吹泡法。用水将可燃气中的部分焦油带走，加入少量的碱可以使净化效果有所提高。Goldshmid及Galvert认为，水洗法捕捉焦油的机理主要是慢碰撞。生物质气化系统中最常用的湿式净化设备是喷淋塔。雾化喷嘴在塔内多排布置，燃气从下而上，经过一排排向下喷淋的液滴后除去其中的焦油、灰尘。Sfairmand试验表明，液滴在500～1000m时，除焦油效率最高。Dinkelbach报道在循环流化床气化炉中采用湿法洗刷器壳脱除60％的焦油。然而，这些系统非常昂贵。而且，机械方法只能从产气中脱除焦油，而焦油中的能量被浪

3、费。尤其是系统产生了大量的污水，引起了水的二次污染。为了克服这一缺点，一些人尝试用油取代水去洗刷产气，但成本较高。1.2干式方法干式方法又称过滤法，采用多级过滤的净化方法，如在固定床下吸式生物质气化机组中采用的两级旋风除尘器除尘、一级管式冷却器和箱式过滤器净化系统。将吸附性很强的材料（如活性炭）装在容器中，让可燃气穿过吸附材料，从而把可燃气的焦油过滤出来。荷兰能源中心开发的“OLGA”（油基气体洗刷器），见图1。OLGA已在实验级生物质气化炉上得到成功示范，结果表明，焦油可被选择性的脱除而不影响主要气体产物。在OLGA中，重焦油被完全脱除，导致露点温度降低，甚至低于25℃，因此，焦油不会在

4、气化炉下游凝结，而且，99％酚类和97％杂环类焦油可被脱除，可节省因处理被酚类或其他水溶性焦油混合物污染的废水的成本。1.3静电除尘器静电除尘器（ESP）是燃煤电站、冶金和水泥行业高效收集一次颗粒的设备，尤其对0.01～1m焦油灰尘微粒有很好的分离效率，具有阻力损失小、燃气处理量大的优点，但要求颗粒的比电阻值在104～2×1010·cm，所含颗粒浓度一般在30g/m以下为宜。该方法设备造价和运行费用高，对操作管理的要求也比其它方法高。Hasler总结了各种机械方法脱除焦油和颗粒的效率，见表1。表1各种机械方法脱除焦油和颗粒的效率％方法颗粒脱除率焦油脱除率砂床过滤器70～9950～97喷淋塔

5、60～9810～25文丘里洗刷器50～90湿式静电除尘器>990～60纤维过滤器70～950～50旋风分离器85～9030～70固定床焦油吸收器502热裂解法在热裂解方法中，气化或热解产气在高温下被加热，焦油分子被裂解为轻质气体。Bridegwater认为在流化床气化炉中可采用热裂解法脱除焦油，但生物质焦油在高温条件下难以被完全裂解，因此，为了提高焦油的裂解效率，可采用下列方法：增加停留时间，如利用增大流化床反应器的自由空间裂解焦油，但此方法效率不高；在热表面上直接裂解焦油，则耗能很大，也降低了系统效率，同时，该方法还依赖于气体的混合程度；添加空气或氧气的部分氧化法能增加CO浓度，但转化效

6、率降低且操作成本提高。为了提高焦油裂解效率，Brandt认为所需温度和停留时间分别为1250℃和0.5s。根据Beenackers和Maniatis的报道，要求通入内燃机的气化气所含焦油的体积质量应低于50mg/m。因此，1250℃是焦油分解的极限温度。Houben进行了900～1150℃和停留时间为1～12s的焦油热裂解实验，实验采用萘作为模型焦油在900℃和过量空气系数0.5时，焦油脱除率可高达98％～99%。3催化裂解法自19世纪80年代以来，由于催化裂解具有将焦油转化为有用气体和调节产气组分的优点，因此催化裂解法受到关注。文献[12]中描述了焦油催化重整的简化机理，首先，甲烷或其他

7、烃类被分别吸附到金属的活性中心，随后发生了金属的催化脱氢过程，水也被分离吸附到陶瓷载体上，使载体表面羟基化。在适宜的温度下，OH基迁移至金属活性中心，引发了中间物质烃类的氧化，表面碳转化为CO和H2。David总结了选取催化剂的标准：（）催化剂能有效脱除焦油；1（）如果理想产物是合成气，催化剂能重整甲烷；2（）对于特定的工艺过程，催化剂能产生合适的合3成气比率；（）催化剂能抵抗积炭和烧结导致的失活；4（）催化剂容易再生；