生物質鍋爐除塵器焦油煙氣的處理方法

生物質能具有豐富、 廉價、 可再生、 清潔等特點， 隨著2009 年 12 月丹麥哥本哈根全球氣候變化會議的召開， 地球上礦物質能源迅速消耗、需求日益增長、有限性及其使用中散發大量的 CO2、SO2、NOx 等氣體而引發的大氣煙塵、酸雨、全球變暖、臭氧層破壞等環境問題再次引發人們深層次的思考，生物質能的開發與應用又一次引起人們的廣泛關注， 而生物質氣化是一種常用的生物質能轉換技術， 在氣化過程中焦油是不可避免的副產物。焦油在高溫下可以發生裂解，與氣化氣一起呈氣體狀態，但在低于 200 ℃的情況下，就開始凝結為液體，成為黑色黏稠油狀物，影響氣化設備穩定、安全運行，造成能量浪費，降低氣化效率；而且焦油成分中的多核芳香族在凈化及燃燒時對環境及人類健康構成嚴重危害。 對氣化氣中焦油采取適宜的處理方法，降低焦油在氣化氣中的組分，提高氣化氣質量，是生物質氣化技術的一個重要研究課題。
1 生物質鍋爐除塵器氣化焦油的處理方法
依據氣化氣焦油產生過程中采取不同焦油處理方法 ，分為物理凈化方法和化學轉化方法。
1.1 物理凈化方法 生物質氣化焦油的物理轉化方法是對已經生成的焦油從氣相向冷凝相進行轉移、脫離，進而達到與氣化氣分離，實現減少氣化氣中焦油的目的，包括旋風分離、濕式凈化、干式凈化等方法。1.1.1 旋風分離法： 旋風分離法是采用旋風分離器來脫除氣化氣中焦油， 其原理是氣化氣沿切線方向進入旋風分離器而產生旋轉運動， 液態焦油顆粒在離心力作用下被拋向器壁，與器壁碰撞和摩擦而失去動能，在重力作用下沉降下來。 旋風分離器的運行條件是分離效果的重要影響因素，旋風分離法一般用于捕集密度和粒徑大的顆粒， 對于粒徑為100 μm 左右的顆粒分離效率為 60%~70%。
1.1.2 濕式凈化法：濕式凈化法又稱為水洗法，其凈化焦油的機理主要是慢碰撞，用水將氣化氣中的部分焦油帶走。 濕法除焦主要用冷卻洗滌塔、文丘里洗滌塔、除霧器、濕靜電除塵器等設備。 冷卻洗滌塔能將重質焦油冷凝下來，液滴在 500~1 000 μm 時，除焦油效率最高。 文丘里洗滌塔通常連接在冷卻
洗滌塔的后面，可以將氣化氣中較重焦油物質除去。 除霧器是根據離心分離原理從氣流中除去煙霧液滴， 能有效去除經文丘里洗滌塔處理后氣化氣中的焦油和水。 濕靜電除塵器的原理是首先對氣化氣進行冷卻，使氣化氣中焦油微粒形成液體顆粒，然后利用高壓電場，使氣化氣中液體顆粒帶負電，通過一個帶
有正電荷的極性板，將帶負電荷的顆粒從氣化氣中除去。
 
1.1.3 干式凈化法：干式凈化法又稱過濾法，其除焦油機理是將吸附性強的材料（如活性炭等）裝在容器中 ，當氣化氣穿過吸附材料，或者穿過裝有濾紙或陶瓷芯的過濾器時，依靠慣性碰撞、攔截、擴散以及靜電力、重力等作用，使懸浮于流體中的焦油顆粒沉積于多孔體表面或容納于多孔體中 ，將氣化氣中的焦油過濾出來。
1.2 生物質鍋爐除塵器內氣化焦油的化學轉化方法 焦 油 化 學 轉 化 是在氣化過程中，在高溫、加入催化劑等工藝條件下，使氣化氣中焦油再次發生轉化化學反應， 達到減少氣化氣中焦油的目的，包括化學高溫熱解轉化和化學催化裂解轉化。
1.2.1 化學高溫熱解轉化：化學高溫熱解轉化是在 1 000~1 200 ℃溫度下， 有時加入水蒸氣和其他一些氧化性物質，使焦油中 CnHx 等較大分子化合物通過斷鍵脫氫、脫烷基等進行裂解、干轉化、積炭和蒸氣轉化等反應，發生深度裂化而轉變為 CmHy、CO、H2、CH4 等較小氣態分子和焦炭等其他產物［11］。
1.2.2 化學催化裂解轉化： 化學催化裂解轉化是在化學高溫熱解轉化基礎上進行的一種焦油化學轉化方法， 其機理是在焦油化學高溫熱解轉化中加入催化劑， 降低熱解轉化所需要的活化能，使得焦油在 750~900 ℃溫度下進行裂化、重整及縮合等反應進行熱解轉化。 焦油催化裂解與反應溫度、催化劑種類及形態尺寸、床高、接觸時間等密切相關
2生物質鍋爐除塵器焦油處理方法優、缺點及工程應用
焦油物理凈化方法由于簡單、操作方便等優點，在氣化氣技術發展初期得以廣泛應用。 在焦油化學轉化方面，由于氣化氣焦油的產生受生物質原料（種類、大小、濕度）、氣化條件（加熱速率、溫度、壓力、停留時間）、氣化反應器（類型、結構、運營狀況）、催化劑（種類、添加量、添加方式）等綜合
因素影響 ［11］，一些科研工作者在不同生物質原料對焦油產生影響、提升氣化反應溫度、改進氣化反應器、催化劑的種類及尺寸大小等方面進行一定的理論與實踐探索 ，得出一些科學結論： 提高熱解轉化中氣化溫度、 增加停留時間、采取合適的空氣當量系數、增加反應器的高度等均利于焦油化學轉化；石灰石、鎳基催化劑、木炭等是有效的催化劑，減小催化劑粒徑有助于焦油裂解轉化 。 焦油化學處理利用技術，有待在氣化工程中進一步應用。 焦油處理方法優、缺點及工程應用情況。
3 結論
氣化氣焦油處理是否有效是生物質氣化氣工程得以正常運行的保證。 目前，我國已經建有 500 多處生物質氣化氣工程，對焦油處理多采用物理凈化方法，采取旋風分離、濕式凈化、干式凈化等復合處理，但是由于凈化工藝粗放式管理，凈化效果不是很好。 針對目前氣化氣工程現狀，優化改善焦油的物理凈化方法是暫時之計， 對焦油化學轉化方法進行經濟、 有效工程實踐探索是生物質氣化繼續發展的長遠對策。