生物質(zhì)氣化作為可再生能源，具有良好的發(fā)展前景，但由于氣化爐產(chǎn)粗燃?xì)庵薪褂秃扛?，缺少有效處理方法，已成為該技術(shù)在農(nóng)村推廣的主要障礙。焦油是生物質(zhì)氣化不可避免的副產(chǎn)品，在高溫時(shí)呈氣態(tài)，隨溫度降低逐漸凝結(jié)為液態(tài)。由于焦油成分非常復(fù)雜，可分析出的就有200多種，其中主要成分有20多種，含量較高的是苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚等，從燃?xì)庵羞M(jìn)行有效分離或處理都很困難[3-4]。小型戶用生物質(zhì)氣化裝置常采用上吸式氣化爐，焦油含量較下吸式氣化爐高。燃?xì)庾鳛榇妒掠脷怆m不要求冷卻可直接利用，但當(dāng)燃?xì)鉁囟鹊陀?00e時(shí)焦油易凝結(jié)為液態(tài)，并與水、灰等結(jié)合堵塞輸氣管道或閥門等，嚴(yán)重影響氣化裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。若呈氣態(tài)進(jìn)入灶具也難以實(shí)現(xiàn)完全燃燒，并容易產(chǎn)生炭黑等顆粒。由于焦油占粗燃?xì)饪偰芰康?%~15%，如果不經(jīng)有效處理必將對環(huán)境和氣化效率造成明顯不利的影響。
目前，氣化裝置中控制焦油含量的可用技術(shù)有兩類：一類是裂解法，另一類是普通方法。裂解法又分熱裂解和催化裂解，是在通過提供較高溫度及其他條件下，把焦油分解成小分子可燃?xì)怏w；普通法除焦油又可分為濕法和干法兩種。
1降低焦油含量的熱裂解方法
通過裂解方法將焦油設(shè)法轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，既能提高氣化效率，又可降低燃?xì)庵薪褂秃?，解決焦油對環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行的有害影響。熱裂解法基于生物質(zhì)氣化過程，焦油產(chǎn)物的數(shù)量主要取決于轉(zhuǎn)換溫度和氣相停留時(shí)間，一般生物質(zhì)在500e左右時(shí)焦油產(chǎn)物最多；而在同一溫度下氣相停留時(shí)間越長，焦油熱裂解則越充分。因此，氣化過程中應(yīng)盡可能提高溫度和氣相停留時(shí)間，使焦油熱裂解，把焦油分解為永久性氣體與可燃?xì)庖黄鹄?，從而減少焦油數(shù)量和種類。熱裂解法在1100e以上才能得到較高的轉(zhuǎn)換效率，小型生物質(zhì)氣化裝置(如采用固定床)的氣化溫度一般為900e左右，即使采用一些技術(shù)措施也難提高。因此，熱裂解法要在實(shí)際中得到應(yīng)用具有較大困難。
2降低焦油含量的催化裂解方法
焦油熱裂解需要很高溫度，但如果借助某些催化劑的作用對焦油進(jìn)行催化裂解，不但可使焦油裂解的溫度下降到750~900e，而且能提高裂解的效率。因此，催化裂解法是目前降低焦油含量最有發(fā)展前途的一項(xiàng)技術(shù)。生物質(zhì)焦油裂解原理與石油的催化裂解相似。經(jīng)國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，可用于焦油轉(zhuǎn)化的催化劑有白云石、堿金屬和其他金屬基催化劑、鎳基催化劑等。如果滿足低成本需要，還可利用石灰石、木炭以及石英砂等作為催化劑。其中，白云石(CaCO3·Mg2CO3)因具有催化效率高和成本低的特點(diǎn)而得到廣泛重視[5]。
焦油催化裂解能否達(dá)到預(yù)期效果，取決于在溫度和接觸時(shí)間方面是否滿足要求的工藝條件。依據(jù)催化劑的加入位置和方法的不同，大致可分為兩種：一種是將催化劑與生物質(zhì)在氣化前直接混合，使氣化與焦油的催化轉(zhuǎn)化在同一工況下運(yùn)行。如白云石對焦油的裂解在溫度達(dá)800e以上才有很高的裂解率[6](如圖1所示)，這一溫度和生物質(zhì)的氣化溫度相近，所以在爐內(nèi)加入催化劑進(jìn)行裂解反應(yīng)，易滿足要求的溫度條件。另一種是在氣化爐出口另設(shè)一個(gè)反應(yīng)器，使焦油的裂解在一分開的反應(yīng)爐中進(jìn)行。因氣化爐出口氣體溫度往往已降至500e，為此常通過外加熱源或使燃?xì)獠糠秩紵齺硖岣邷囟?，從而使催化裂解技術(shù)更適合于較大型的氣化系統(tǒng)。
催化裂解過程中水蒸汽的存在也能發(fā)揮重要作用。水蒸汽能和某些焦油成分發(fā)生反應(yīng)，生成CO和H2等氣體，既減少了碳黑的產(chǎn)生，又提高了燃?xì)猱a(chǎn)量。
