生物質氣化是指將固體生物質加熱，進行不完全燃燒，使生物質裂解，變成小分子量的CO、H2、CH4等可燃性氣體，在轉換過程中要加入氣化劑(空氣、氧氣或水蒸氣)。由於生物質的特殊性質，在氣化前還需要經過幹燥、破碎和切片等預處理過程。經預處理的生物質在氣化爐中，約於600℃下發生熱解反應，生成的氣體中包括解離氣體、氣化的揮發分、H2、CO、CO2、焦油和水蒸氣。由於生物質中的揮發分含量(70%～80%，幹基)遠高於煤炭(30%)，所以生物質氣化的熱解反應比煤炭更為重要。揮發分在氣相中的熱裂化反應可降低焦油量，熱解反應的副產物是生成不揮發的焦炭和灰分。在氣化爐中的第二反應為焦炭與氧氣、蒸汽反應，生成H2、CO、CO2等氣體，未轉化的焦炭燃燒為熱解反應提供所需的熱量。

2生物質氣化技術的國內外發展現狀

2．1國外生物質氣化技術發展概況

生物質氣化技術早在18世紀就已出現，第二次世界大戰期間，為解決石油燃料的短缺，用於內燃機的小型氣化裝置得到廣泛使用。20世紀五六十年代，煤炭和石油等化石能源的廣泛應用，使能源短缺問題得到暫時性的緩解。由於生物質氣化技術的不完善和利用率低等原因，生物質氣化技術的發展和應用產生了延滯。20世紀70年代，受石油危機的影響，世界各國再一次深該認識到化石能源的不可再生性，重新開始了對生物質能源的開發和研究。經過幾十年的發展，歐美等國的生物質氣化技術取得了很大的成就。生物質氣化設備規模較大，自動化程度高，工藝較復雜，主要以供熱、發電和合成液體燃料為主，目前開發了多系列已達到示範工廠和商業應用規模的氣化爐

生物質氣化領域處於領先世界水平的國家有瑞典、丹麥、奧地利、德國、美國和加拿大等。瑞典和丹麥正在實行利用生物質進行熱電聯產的計劃，使生物質能在轉換為高品位電能的同時滿足供熱的需求，可以大幅度提高其轉換效率。美國在利用生物質能發電方面處於世界領先地位。目前，美國生物質發電裝機總容量已達10500MW，70%為生物質—煤混合燃燒氣化技術，單機容量30～100MW，發電成本3～6美分/(kW·h)，預計到2015年美國生物質發電裝機總容量將達16300MW。美國在生物質氣化合成乙醇方面取得了很大的成就。歐盟國家在生物質氣化合成柴油方面取得了很大的成就。2004年歐盟國家的生物質氣化合成柴油的產量達到224萬t，德國是歐盟最大的生物質氣化合成柴油生產國，2004年的生產能力達到了109．7萬t。

2．2我國生物質氣化技術發展概況

我國對生物質氣化研究起步較晚，始於20世紀80年代。經過近30年的努力我國生物質氣化技術取得了較大的進步，我國自行研制的集中供氣、發電、戶用氣化爐等產品已進入實用化試驗及示範階段，形成了多個系列的氣化爐(如表2所示)，可滿足多種物料的氣化要求，在生活用能、發電、供暖等領域得到應用。但其容量多是小型的，大容量的氣化設備仍處於實驗室研究階段。

　在供氣、供暖方面：中國農業機械化研究院研制的ND系列和錐形流化床、山東科學院能源研究所研制的XFL系列、廣州能源所研制的的GSQ系列固定床氣化爐在戶用、集中供氣和供熱等方面取得了一定的環保和經濟效益。生物質氣化發電方面：80年代初期，我國自主研制了由固定床氣化器和內燃機組成的200kW稻殼發電機組並得到推廣；中國農機院、中國林科院分別在河北、安徽建立了400kW氣化發電機組；勝利油田動力機械有限公司成功研制了功率190kW的180GF－RFm型稭稈氣發電機組；廣州能源所以木屑和木粉為原料應用循環流化床氣化技術，完成發電能力為4MW的氣化發電系統的開發。在合成液體燃料方面也取得一定成就，廣州能源所已成功研制了合成柴油中試裝置和年產百噸級生物質氣化合成DME的中試裝置。

3氣化爐發展現狀

氣化爐是生物質氣化系統中的核心設備，生物質在氣化爐內進行氣化反應，生成合成氣。生物質氣化爐可以分為固定床氣化爐、流化床氣化爐、氣流床氣化爐(EF)及等離子體氣化爐(Plasma)等類型。

3．1固定床氣化爐

固定床氣化爐中氣化反應是在一個相對靜止的物料床層中進行，即物料相對於氣流來說，是處於靜止狀態。物料在爐內基本上是有層次的分為四個階段，即幹燥階段、熱解階段、燃燒階段、還原階段。固定床氣化爐的爐內反應速度較慢。根據爐內氣化劑的流動方向，可將固定床氣化爐分為四類：上吸式、下吸式、橫吸式和開心式。固定床氣化爐的優點：氣化爐結構簡單、投資少、運行可靠、操作比較容易，對原料的種類及粒度要求不高。缺點：固定床氣化爐通常產氣量比較小，多用於小型氣化站、小型熱電聯產或戶用供氣，不適合大規模的生產。

3．2流化床氣化爐

顆粒狀的物料被送入爐內，並摻有精選的惰性材料(砂子和橄榄石等)作為流化床材料，在爐體底部以較大壓力通入氣化劑，使爐內呈沸騰、鼓泡等不同狀態，物料和氣化劑充分接觸，發生氣化反應。按氣化爐結構和氣化過程，可將流化床氣化爐分為：鼓泡流化床(BFB)、循環流化床(CFB)及雙流化床(Dual)(各氣化爐的技術指標見表3)。流化床氣化爐的優點：溫度穩定均勻；使用燃料顆粒很細小，傳熱面積大；氣化效率高；適用於連續運轉，適合大規模的商業應用。

　3．3氣流床氣化爐(EF)

已被粉碎的原料和被加壓的氣化劑(氧氣或水蒸氣)從塔頂同時進入氣化爐。塔頂部的湍流火焰燃燒部分原料，為整個氣化過程提供足夠的熱量，氣化爐內的溫度達到1300℃。氣流床的特點：合成氣出爐的溫度可達1300℃，大部分焦油可在半焦氣化過程中裂化，出爐的合成氣中幾乎不含焦油；氣化爐壁上的灰融物可當作熔渣除去。

3．4等離子體氣化爐

原料從塔頂進入氣化爐，接觸到常壓、溫度為500～1500℃的由電生成的等離子體後，原料中有機物轉化為高質量的合成氣，無機物變成玻璃化的惰性熔渣。這種爐的氣化效率很高，得到不含焦油的合成氣。等離子弧也可以用於凈化合成氣。

氣化爐是氣化過程的最關鍵設備，選擇用於生產液體燃料的生物質氣化爐時需要從五個方面進行考慮：對原料的要求、生產合成氣的質量、研發狀態和操作經驗、規模放大的潛力、成本。綜合分析可用於合成液體燃料氣化爐的性能比較如表3所示。常用的生物質大規模氣化制合成氣的氣化爐主要有BCL(Battelle)雙流化床氣化爐和ITG(Institute of Gas Technology)鼓泡流化床氣化爐，還有CHOREN公司新開發的Carbo－V氣流床氣化爐。

BCL氣化爐是常壓、間接加熱的雙流化床氣化爐，氣化反應以深度熱解為主。氣化爐由流化床氣化反應器和半焦燃燒室組成。經過幹燥的生物質原料從氣化反應器下部進入，從底部通入蒸汽作氣化介質，蒸汽與木材比(質量比)為0．4。使用合成橄榄石作為流化介質和熱載體，在氣化反應器和半焦燃燒器之間循環。

IGT氣化爐是吹氧式、高壓鼓泡流化床氣化爐，因反應氣體中含氧高，燃燒部分生物質提供熱量，不需另加入能量；如果改用空氣送氧，生成氣中還含一定量的氮氣。IGT壓力氣化爐在提高蒸汽用量後，可按“最大氫氣量”模式操作，IGT壓力氣化爐生產的合成氣含CO2較高(30%～35%，幹基)。合成氣中的甲烷組分可經過重整生成氫氣，也可直接用作透平燃料；生成氣的H2/CO=1．4/1。

Carbo－V氣流床氣化爐經過預處理的生物質原料首先在回轉式氣化爐中進行低溫氣化，生成可燃氣和焦炭組分。含焦油的可燃氣體經過燒嘴進入Carbo－V高溫氣化爐，從爐頂送入預熱的空氣/氧氣。

低溫氣化生成的焦炭也送入Carbo－V高溫氣化爐中部，最終生成不含焦油的合成氣。Carbo－V氣化爐的優點：合成氣中不含焦油，無需采用催化凈化處理；氣化效率較高，達到80%以上；合成氣可用作發電燃料，發電效率可達40%；原料來源廣泛，可加工各種幹燥後的含碳原料；可將灰分轉化為適用於建築材料的熔渣顆粒；合成氣中的氫含量高，每千克原料產氫1．2m3。2008年在德國建立了年產合成柴油15000t的商業工廠，我國也在2008年引進該技術建立了以煤為原料的25000MW的發電廠。