0前言
生物质流态化气化反应炉，是二十世纪七十年代以来新近开发的化工单元操作设备。由于流化床气化炉与固定床气化炉相比具有混合均匀，反应速度快，气固接触面积大，传热、传质系数高，反应温度均匀，单位面积的反应强度大，操作易于控制，物料在反应器中停留时间短，生产能力大以及操作温度低，气化产生的热值也较高等优点。近几年在生物质气化反应领域备受关注。流化床反应器中较低的反应温度以及等温操作条件使得它适用于各种生物原料的气化并具有良好的操作弹性。流态化强化了传质，因而加快了气化过程，它将成为一种更具吸引力和发展前途的气化炉。在生物质气化领域流态化气化炉与上吸式和下吸式气化炉相比，具有其独特的优点，尤其对于细粉状和堆积密度小，难以依靠自重流动的物料气化，细粉状的生物质原料在气化炉中呈流态化状态，进行干燥、热解、部分氧化还原反应等～系列过程，产生CO、CH4、H2及C2H4等可燃性气体，富通新能源生产销售
秸秆颗�；�、
秸秆压块机、
木屑颗�；�等生物质颗粒燃料成型机械设备。
国外对流态化生物质气化技术的研究开发十分活跃。美国、英国、瑞典、日本、印度、德国、西班牙、比利时、新西兰、加拿大等国家的学者分别开展了循环流化床、加压流化床等的研究，并且已经实现工业化应用。
目前，在生物质气化领域具领先水平的国家有瑞典、美国、意大利和法国等。瑞典科研机构正在进行循环流化床加压气化发电系统的研究。美国根据循环流化床气化原理，研制出生物综合气化装置一燃气轮机发电系统成套设备。总体上看，欧美发达国家研制的生物质气化装置已经进入商业化阶段，气化装置规模较大，自动化程度高，工艺复杂，以发电和供热为主，造价较高，气化效率60-80%，可燃气体热值1.7-2.5×106kj/m3。
我国的生物质气化技术应用研究，起始于上世纪80年代初。目前生物质气化技术在国际生物质高效利用方面占有一席之地。气化炉的应用已形成一定规模，绝大部分是固定床气化炉。九十年代初，国内才开展生物质流态化气化的研究。中科院广州能源研究所研究开发r循环流化床气化技术，应用于生物质的气化发电，已在国内进行了推广。河南能源研究所和沈阳农业大学分别从美国、英国引进了流态化实验设备，但是均未能开展进一步的应用研究。2001年，辽宁能源研究所从意大利引进了方型流态化试验设备，但是目前尚未开展研究工作。但总体上来说，我国生物质气化技术水平还不高，规模偏小，技术还需进一步完善和提高。目前国内少见有文献报道有关生物质原料的催化气化研究和实际应用的开发工作。
本研究的目的是利用林业剩余物（木屑、秸秆和稻壳等），进行生物质热解气化和催化气化的实验，以期研究流态化气化炉的工程化适应性。本研究中利用中国林业科学研究院林产工业研究所首创开发的生物质内循环锥型流化床气化炉。本文仅涉及气化部分研究工作。
1、实验研究
1.1实验材料
将秸秆原料在加入流态化炉之前先进行预处理，根据流态化工艺要求采用粉碎机将秸杆粉碎成粒径为3 -5mm的细颗粒。
原料主要采用了以下几种：
麦草：热值（干基）17751 kj/kg;含水率：9.7%
稻草：热值（干基）16317 kj/kg;含水率：14.0%
稻壳：热值（干基）16649 kj/kg；含水率：11.5%
木屑：热值（干基）18784 kj/kg;含水率：13.2%
1.2实验气化工艺
本试验用原料主要采用木屑、稻壳和麦草等农林剩余物。对于堆积密度小，灰分含量高，以及热值低，在反应炉中易架桥的细粉状物料（稻、麦草经粉碎后使用）的气化，采用了内循环锥型流化床气化炉作为气化装置，以空气为气化介质、加入催化剂的新工艺。以期较大幅度提高煤气热值，改变热分解历程，降低反应温度和焦油含量；同时强化了传热与传质，加快气化过程，使气化过程操作方便，连续进出物料。气化过程中，生物质原料经加料系统进入气化炉内发生热解反应，随后与进入的气化介质发生部分氧化还原反应生成可燃气体，根据可燃气体的用途不同，采用不同的后续处理工艺。对于集中供热系统，气化炉产生的热煤气直接为锅炉的燃料产生蒸汽供热或作为干燥热源。对于集中供气系统或气化发电系统，气化炉产生的热煤气需作净化处理以满足管道输送或燃气发电机进气的要求。
经过预处理后的物料由螺旋加料器连续加入流态化气化炉，与送人的空气接触发生部分氧化还原反应，所产生的煤气及灰渣由流态气化炉顶部排出，经旋风分离器除去煤气中的灰份，再进入文丘里湿式除尘器进一步除尘降温。经文丘里除尘降温后的气液混合物进入旋风分离器使水、气风离，污水由下部排放，煤气进入泡沫洗涤塔进一步洗涤降温，洗涤液经冷却器冷却后循环使用，洗涤后的煤气再进入鼓泡洗涤器及煤气过滤器，由罗茨鼓风机送入煤气柜，并经输送管道送至各居民用户。
本研究的试验工艺技术路线。料仓(13)中的木屑经螺旋输送器(12)送人流态化反应器(3)中，与经气体处理器(l)送人的气体接触，进行流化气化反应。所得的气体经惰性除尘器(5)，旋风分离器(14)、水洗塔(6，7)、过滤器(8)，由罗茨鼓风机(9)送入气柜(II)。
试验过程中，用空气作为气化介质，对稻草、麦草、稻壳和木屑分别进行了试验，通过调节气化介质的流量及物料进料速度来控制流态化气化反应的温度，对于不同温度条件下，不同床层压差条件下所产生的煤气组份进行了测定。同时，还对催化剂在软秸秆生物质气化工业生产设备中的应用进行了探索，使用催化剂的主要目的是研究催化剂对气化反应历程的影响，调整气化反应温度，增加煤气中的可燃成分，加速焦油的裂解，提高煤气产量。试验过程中对Ca0和Na2CO3催化剂进行了试验，探索催化剂的制备方法加入方式，并对催化气化工艺进行了研究。对其生产的煤气组份及煤气中焦油含量进行了测定。最后对秸杆气化炉稳定性和安全性进行了试验，筛选秸杆气化工艺参数，得出一个最佳的操作工艺参数范围。
1.3流化床气化炉的结构
本研究中利用中国林业科学研究院林产化学工业研究所首创开发的生物质内循环锥型流化床气化炉。由于锥形流化床截面随高度而变化，存在着速率梯度：底部截面积较小，流速较高，可以保证大颗粒的流化，而在顶部截面较大，流速低，可防止颗粒的带出。这样在一定的流体流量下，能使大小不同的颗粒都能在床层中流化，另一方面可以使流化床轴向方向气速基本保持不变，有效降低流化床炭粉夹带量，同时增加设备的操作弹性。气化炉采用钢结构，生物质原料由下部螺旋进料器加入气化炉，气化介质通过气化炉下部气体与分布锥环隙进入气化炉，在气化炉的下、中、上部分设有测压口和测温口，气化过程中产生的煤气及灰份由上部引出气化炉。
1.4气体成份测试
煤气成份：流态化气化炉的气体用奥氏气体分析仪，现场分析测试。
1.5催化剂应用
生物质的工程化气化试验中，催化剂的选用，是在实验室试验研究的基础上，考虑到实际生产应用的可行性和经济性，对流态化气化炉工程化研究选择了价廉，且催化效果较好的Ca0、Na2 C03等作为催化剂。
2、流态化气化试验数据和讨论
2.1气化试验
在流态化气化试验过程中，首先以木屑、秸杆、稻壳为原料在冷态条件下对原料流化特性进行了试验，实际测量了不同原料的起始流化速度。测定了螺旋转速和加料量之间的关系曲线。对木屑、稻草、麦草和稻壳分别进行气化试验。试验过程中通过调节气化介质的流量及原料进料速度来控制流态化气化炉的反应温度；对不同温度、不同床层压差条件下所产生的煤气组进行了测定，试验研究催化剂对煤气组成和热值的影响。
针对不同的原料，在小试的基础上，选择廉价经济可行的催化剂，加入到生物质原料中。木屑或经粗粉碎的稻、麦草（粒度小于2mm），与催化剂充分混合均匀后，由螺旋式输送机连续不断地送人流化床内，在一定的气流条件下，炉内呈流动状态，并且很快被干燥、热解，并与进入床内的气化气体进行氧化还原反应，产生CO、CO：和CH4等气体。
2.1.1 不同原料种类对气化的影响
图3表示了在无催化剂条件，气化反应温度为610℃时，不同原料对可燃气体组份的影响。木屑的气化产物中CO含量最高，稻草气化的Hz最多；而麦草原料气化时，气体中C2H4含量最高。结合图4可知要得到高热值气体，用木屑原料气化为佳，麦草次之；稻草和稻壳的气体热值较低[15]，二者的数值相近，但是其气体热值仍然较通常下吸式气化炉产生的气体热值高15%左右。
2.1.2不同原料与催化气化的气体组份关系
不同的气化原料催化气化产生的气体组份有很大变化。图5和图6分别表示了两个不同气化温度下的组份状况。在不同温度条件下，无论是什么原料从催化效果来看，同一种原料气化产物的变化不很显著。尤其对CO来看，催化剂与非催化的效果相差很小，对CH。而言二种原料都是非催化气化的气体含量高，这一点证明了在生物质热解过程中，催化剂有抑制CH。生成的作用，从原料种类分析，无论是否添加催化剂，总体效果是木屑优于稻草。
这些现象与气固反应机理相一致。因为用空气为气化剂主要发生如下反应。该反应在350℃就开始，当温度达到500℃，
3、结 论
1)本研究应用的内循环锥形流态化气化炉，适合稻草、麦草、稻壳、木屑等蓬松型物料的气化，气化炉中部反应温度在600~ 820℃，气化炉均能稳定运行，所生产的煤气热值大于5800kj/Nm3，说明流态化气化炉具有较大的操作弹性和稳定性。
2)采用流态化气化炉不仅克服了原料自身密实低，灰份含量高等缺陷，而且用流态化气化工艺生产的煤气热值高于木质原料在固定床气化炉中产生的煤气热值。在上述四种原料中，由麦草气化生产的煤气热值比稻草高，其煤气值可达7716kj/Nm3；木屑气化所生产的煤气热值最高，其煤气值可达9064kj/Nm’。
3)在流化床气化炉中对生物质催化气化过程进行了探索性研究，以Ca0和Na2C03作催化剂进行了试验，由试验数据可以看出不同催化剂对煤气成分的影响也有所不同，Ca0催化剂能明显增加煤气中组分，同时使煤气中CO组分有所下降。Na2 C03催化剂可使煤气中H：组分有所增加，煤气中CO含量略有下降。使用催化剂可以有效地调整煤气组成，降低煤气中CO的含量。但是对热值，在流态化空气气化中，在710℃以下，低温时无明显的影响，当温度达到800℃时，添加催化剂能明显提高气体的热值。
4)在非催化条件下，采用流态化气化炉所产生的煤气热值比采用下吸式气化炉所产生的煤气热值提高40%左右，并且气化反应温度比上吸式气化炉的反应温度有所下降，反应温度更易于控制，因此流态化气化炉是一种比较适用、较为理想的生物质气化炉。
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秸秆颗�；�
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3、
秸秆压块机
