1、1改变生物质气化条件气化城市垃圾摘要：生物质气化实质上是可行的，但由于生物质的分散性、能量密度低、气化方法和条件选择不对，一直未能形成商业化。通过引进煤炭气化经验，在进行严格的垃圾分类条件下，干垃圾干燥粉碎，使用干法进料的 SheII（壳牌）或 GSP 炉粉料气化，湿垃圾制浆，采用多喷嘴对置式气化炉气化。 关键词：生物质；气化；条件；垃圾；干垃圾；湿垃圾；研究。 中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号： 1.中国生物质气化研究现状 美国、欧洲等发达国家农业生产以农场为主，生物质资源集中，生物质气化一般规模较大，以发电和供热为主，自动化程度高，工艺较复杂，主要有生物质气化燃气蒸汽联
2、合循环发电（IGCC） 、热电联产(CHP)等。而中国主要以家庭为单位进行农业生产，生物质收集相对比较困难，目前生物质气化应用最广泛的领域是集中供气及中小型气化发电，也有利于工业锅炉供热。农村集中供气工程解决了农作物秸秆的焚烧和炊事用能问题，而生物质气化发电主要针对具有大量生物质废弃物的木材加工厂，碾米厂等工业企业。目前，生物质气化的主要功能定位是节能和环保，针对的客户对象集中在需处理生物质废弃物的企业和团体，优势在于规模灵活，投资较低。中科院广州能源所在循环流化床气化发电方面进行了深入的研究，建立了几十处示范工程；山东大学在下吸式固定2床气化集中供气、供热、发电系统上进行的研究，已在全国建立
3、示范工程 200 余处；浙江大学、华中科技大学、山东省能源所等单位也对生物质气化技术进行了各自的研究工作。但由于气化过程中焦油是不可避免的副产物对整个气化系统的正常运行带来了很大麻烦，液态焦油易与灰分、水粘结堵塞管道；对金属材质的气化设备和 PE 塑料管道具有较强的腐蚀作用；焦油对环境造成二次污染等问题难于解决；造成目前生物质气化没能实现商业化。 中国对各种气化方式都有研究，已完成了多种气化炉的研制，目前已使用的气化炉有固定床上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。从原理上讲，各种气化炉都可以用于气化发电，但目前研究完成并正常运转的主要有三种，即敞口下吸式固定床，下吸式固定床及循环流化床，气化温度均
4、在 1100以内，发电功率可以从几千瓦到几千千瓦，这为气化发电技术的进一步发展提供了条件。 目前中国的生物质气化发展主要障碍有：经济性；技术上焦油（焦油种类达 200 之多）污染解决不了。 1 2.中国煤炭气化现状 近 40 年来，在国家的支持下，中国在研究与开发、消化引进技术方面进行了大量工作。我国先后从国外引进的煤气化技术多种多样。通过对煤气化引进技术的消化吸收，尤其是通过国家重点科技攻关，对引进装置进行技术改造并使之国产化，使我国煤气化技术的研究开发取得了重要进展。煤炭气化技术有：固定床气化、流化床气化、气流床气化，其中气流床气化最有优势。 3当前国内对气流床煤气化的选择主要集中于干法进
5、料的 SheII（壳牌）、GSP 粉煤气化和湿法进料的 Texaco(德士古)和国内多喷嘴对置式水煤浆气化技术，SheII 和 GSP 粉煤气化技术虽然先进，但是缺乏化工应用业绩，水煤浆气化技术用于化工生产成熟可靠，操作稳定性强，特别是国内具有自主知识产权的多喷嘴对置式气化技术，在装置投资、建设、稳定运行、经济效益等方面具有显著优势。投资者选择哪一种气流床气化技术关键要看技术的成熟可靠性；投资；项目建设周期；专利商的工程支持能力；运行与维护成本。气流床气化技术特点：气化剂为水蒸气和氧；煤种适应宽；反应物在炉内停留时间短，反应时间约为 1s3s；气化温度高达 1500，灰渣以熔融状态排出，熔渣中
6、含碳量低；气化压力4-6.5MPa；出炉煤气的组分以 C0，H2，C02 和 H2O 为主，CH4 含量很低，产品中不含焦油，不产生含酚废水，烟气净化装置简单。影响气流床气化的主要因素：气化温度；气化压力；氧煤比；蒸汽煤比；气化炉结构。 在兖矿鲁南化肥厂建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，于2005 年 7 月 21 日一次投料成功，并完成 80 小时连续、稳定运行。装置初步运行结果表明：有效气 CO+H2 超过 82%，碳转化率高于 98%。它标志着我国拥有了具备自主知识产权的、与国家能源结构相适应的煤气化技术具有重大的突破，其水平填补了国内空白，并达到国际先进水平。目前已有数十家企业使
7、用多喷嘴对置式水煤浆气化炉，成为我国煤炭气化的主流设备。 通过煤炭气化的经验，我们可以得出这样的结论：像煤炭成分复杂4的碳氢化合物在高达 1500的环境下气化，能够得到不含焦油、不产生含酚废水的、有效气 CO+H2 超过 82%的粗合成气。 3.城市垃圾无害化处理 煤炭、石油、生物质等所有的碳氢化合物（均可以缩写为 CxHyOz）在合适的温度、合适的压力、合适的碳、氢、氧的元素比例同时具备的条件下，都能还原，形成以氢气和一氧化碳为主的稳定的混合气体。首先是温度，选择 1500碳氢化合物进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，总的化学方程式为：CxHyOzmH2OnO2(y/2m)H2xCO
8、；其次是反应压力，可以参考煤炭气化的 4-6.5MPa；根据不同的碳氢化合物（CxHyOz）的碳、氢、氧的元素比例，选择试验不同的像氧煤比（nO2） 、蒸汽煤比（mH2O） ，使总体反应向有效气 CO+H2 含量高的方向进行。 城市垃圾主要有：建筑垃圾；生活无机、有机垃圾；餐厨垃圾。建筑垃圾采取填埋；生活无机垃圾进行分类回收利用；生活有机垃圾和餐厨垃圾气化利用。目前，各地对于泔水的处理普遍采用泔水发酵作饲料，没有经济效益，从而导致各地泔水猪时常泛滥；生活有机垃圾的处理普遍采用分类回收、填埋、堆肥、焚烧四种方法，既污染环境又浪费土地。城市垃圾在政府支持下克服了生物质气化的经济性；改变生物质气化条
9、件克服了生物质气化的技术问题，并且解决了污染问题；在进行严格的垃圾分类后，垃圾气化是可行的。 垃圾气化是在进行严格的垃圾分类前提下实施的。生活有机垃圾分为干垃圾和湿垃圾；干垃圾：树木、塑料、纸制品、纺织品、旧家具等5等水分小的垃圾，严禁和湿垃圾混合；湿垃圾：泔水、废弃蔬菜、瓜果、肉类、秸秆等等水分大的垃圾，家庭湿垃圾（餐厨）装袋密封投放，严禁掺入干垃圾；垃圾分类必须在源头做起，如家庭、小区、街道、单位等等；干垃圾和湿垃圾单独投放、保存、运输，严禁混入灰分。 干垃圾的成分由树木、塑料、纸制品、纺织品、旧家具等组成，制浆困难，干燥后粉碎制粉，使用干法进料的 SheII（壳牌）或 GSP 炉粉料气化
10、，经由粗合成气变换、酸性气脱除装置得到 H2 和 CO 混合气体，然后合成甲烷或制氢气及碳纳米管。湿垃圾的成分由泔水、废弃蔬菜、瓜果、肉类、秸秆等组成，湿垃圾制浆，湿垃圾含有 10%左右的油脂，油脂不能均匀溶于浆体，入炉前需要均匀搅拌，采用多喷嘴对置式气化炉气化，经由粗合成气变换、酸性气脱除装置得到 H2 和 CO 混合气体，然后合成甲烷或制氢气及碳纳米管。 3每一批次的垃圾成分都有不确定性，根据不同批次的碳氢化合物（CxHyOz）的碳、氢、氧的元素比例，选择不同的像氧煤比（nO2） 、蒸汽煤比（mH2O） ，使总体反应向有效气CO+H2 含量高的方向进行。 4 运作方式 申请国家示范项目，国家出资进行。首先和一家研究所开展垃圾气化的研究、试验、中试；然后全国迅速推广，申请国家专利；再申请国际专利，迅速占领气化垃圾产业化的世界高地。 参考文献 1董玉平邓波景元琢强宁申树云山东大学学报中国生物质气化技术的研究和发展现状第 37 卷第 2 期 62赵旨厚张大晶河北化工气流床气化方法的选择第 31卷第 7 期 3聂国印聂旭春城市建设理论研究神奇的氢气和一氧化碳20133 月第十九期总第 085 期 作者简介：聂国印（1963-） ，男，教授级高级工程师，主要从事煤田地质、石油地质工作。
