生物油只是一种初级的液体燃料,如果将其气化转化为H2、CO、CO2、CH4、C2、C3化合物等合成原料气,再合成高品位的燃料如甲醇、二甲醚等,就能实现广泛的应用。生物质气化也能得到CO、H2等燃气,但与生物质直接气化制取合成气相比,将生物质先快速热解为生物油,再由生物油气化制备合成气,具有多方面的优势。
研究人员在无外部供氧的情况下对生物油水相部分进行了气化试验,气化气中氧气含量为零,H2、CO、CO2、CH4的体积含量分别为31.5%、37.73%、9.38%、16.92%,生物油中氢氧的转化率为85%,而碳的转化率只有55%,说明生物油气化仍需外部提供少量氧气作为气化剂。
S.Panigrahi等在常压和氮气氛围下对生物油进行气化试验,研究了氮气流量、气化温度对产气的影响,在生物油进油量为4.5~5.5 g/h、氮气流量为30 mL/min、温度从650℃升至800℃时,生物油的转化率从57%升至83%。调节不同的气体流量和气化温度,可以得到不同的产物产率。S.Panigrahi等还考察了不同的气氛对气体的影响,在N2中添加CO2后生物油转化率略有下降,添加H2后生物油转化率基本没有变化,两种气氛下气体中H2、CO的含量相比于纯氮气气氛下的都显著增加,纯水蒸气气氛下生物油转化率为67%~81%。(www.xing528.com)
在欧洲引起广泛关注的一个概念是分散生产生物油和生物油焦浆,以将其输送到中央处理厂,并通过费-托合成将其气化并合成为碳氢燃料,如图4-5所示。虽然由于热解能量效率较低,运输能量和额外的生物油气化阶段产生的能量损失很小,但这一损失超过了商业规模处理厂的气化和运输燃料合成所能实现的经济效益,此技术仍有很多障碍需要克服。目前,10万t/y或12 t/h的分散式快速热解装置是可行的,接近商业化。基于德士古或壳牌系统,在加压气化炉中进行生物油气化也是可行的,其优点是在高压下实现液体进料比固体生物质进料更容易,并且在这种条件下的气化气质量可能更高。
从在世界各地广泛运行的天然气合成液体燃料的工厂来看,以50000~200000 t/d的速度进行燃料合成也是可以实现的。合成的碳氢化合物包括柴油、汽油、煤油和甲烷(合成天然气SNG)。这些液体燃料在所有比例上都与传统燃料完全兼容,但要干净得多。至少在中期内,由于容易被市场同化,这些可能是生物燃料的选择。同样重要的是,消费者对运输燃料有信心,传统的合成碳氢化合物燃料可能对消费者的阻力最小,特别是因为现有的炼油厂通常都有既定和明确的质量要求。
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