生物质锅炉除尘器焦油烟气的处理方法

生物质能具有丰富、 廉价、 可再生、 清洁等特点， 随着2009 年 12 月丹麦哥本哈根全球气候变化会议的召开， 地球上矿物质能源迅速消耗、需求日益增长、有限性及其使用中散发大量的 CO2、SO2、NOx 等气体而引发的大气烟尘、酸雨、全球变暖、臭氧层破坏等环境问题再次引发人们深层次的思考，生物质能的开发与应用又一次引起人们的广泛关注， 而生物质气化是一种常用的生物质能转换技术， 在气化过程中焦油是不可避免的副产物。焦油在高温下可以发生裂解，与气化气一起呈气体状态，但在低于 200 ℃的情况下，就开始凝结为液体，成为黑色黏稠油状物，影响气化设备稳定、安全运行，造成能量浪费，降低气化效率；而且焦油成分中的多核芳香族在净化及燃烧时对环境及人类健康构成严重危害。 对气化气中焦油采取适宜的处理方法，降低焦油在气化气中的组分，提高气化气质量，是生物质气化技术的一个重要研究课题。
1 生物质锅炉除尘器气化焦油的处理方法
依据气化气焦油产生过程中采取不同焦油处理方法 ，分为物理净化方法和化学转化方法。
1.1 物理净化方法 生物质气化焦油的物理转化方法是对已经生成的焦油从气相向冷凝相进行转移、脱离，进而达到与气化气分离，实现减少气化气中焦油的目的，包括旋风分离、湿式净化、干式净化等方法。1.1.1 旋风分离法： 旋风分离法是采用旋风分离器来脱除气化气中焦油， 其原理是气化气沿切线方向进入旋风分离器而产生旋转运动， 液态焦油颗粒在离心力作用下被抛向器壁，与器壁碰撞和摩擦而失去动能，在重力作用下沉降下来。 旋风分离器的运行条件是分离效果的重要影响因素，旋风分离法一般用于捕集密度和粒径大的颗粒， 对于粒径为100 μm 左右的颗粒分离效率为 60%~70%。
1.1.2 湿式净化法：湿式净化法又称为水洗法，其净化焦油的机理主要是慢碰撞，用水将气化气中的部分焦油带走。 湿法除焦主要用冷却洗涤塔、文丘里洗涤塔、除雾器、湿静电除尘器等设备。 冷却洗涤塔能将重质焦油冷凝下来，液滴在 500~1 000 μm 时，除焦油效率最高。 文丘里洗涤塔通常连接在冷却
洗涤塔的后面，可以将气化气中较重焦油物质除去。 除雾器是根据离心分离原理从气流中除去烟雾液滴， 能有效去除经文丘里洗涤塔处理后气化气中的焦油和水。 湿静电除尘器的原理是首先对气化气进行冷却，使气化气中焦油微粒形成液体颗粒，然后利用高压电场，使气化气中液体颗粒带负电，通过一个带
有正电荷的极性板，将带负电荷的颗粒从气化气中除去。
 
1.1.3 干式净化法：干式净化法又称过滤法，其除焦油机理是将吸附性强的材料（如活性炭等）装在容器中 ，当气化气穿过吸附材料，或者穿过装有滤纸或陶瓷芯的过滤器时，依靠惯性碰撞、拦截、扩散以及静电力、重力等作用，使悬浮于流体中的焦油颗粒沉积于多孔体表面或容纳于多孔体中 ，将气化气中的焦油过滤出来。
1.2 生物质锅炉除尘器内气化焦油的化学转化方法 焦 油 化 学 转 化 是在气化过程中，在高温、加入催化剂等工艺条件下，使气化气中焦油再次发生转化化学反应， 达到减少气化气中焦油的目的，包括化学高温热解转化和化学催化裂解转化。
1.2.1 化学高温热解转化：化学高温热解转化是在 1 000~1 200 ℃温度下， 有时加入水蒸气和其他一些氧化性物质，使焦油中 CnHx 等较大分子化合物通过断键脱氢、脱烷基等进行裂解、干转化、积炭和蒸气转化等反应，发生深度裂化而转变为 CmHy、CO、H2、CH4 等较小气态分子和焦炭等其他产物［11］。
1.2.2 化学催化裂解转化： 化学催化裂解转化是在化学高温热解转化基础上进行的一种焦油化学转化方法， 其机理是在焦油化学高温热解转化中加入催化剂， 降低热解转化所需要的活化能，使得焦油在 750~900 ℃温度下进行裂化、重整及缩合等反应进行热解转化。 焦油催化裂解与反应温度、催化剂种类及形态尺寸、床高、接触时间等密切相关
2生物质锅炉除尘器焦油处理方法优、缺点及工程应用
焦油物理净化方法由于简单、操作方便等优点，在气化气技术发展初期得以广泛应用。 在焦油化学转化方面，由于气化气焦油的产生受生物质原料（种类、大小、湿度）、气化条件（加热速率、温度、压力、停留时间）、气化反应器（类型、结构、运营状况）、催化剂（种类、添加量、添加方式）等综合
因素影响 ［11］，一些科研工作者在不同生物质原料对焦油产生影响、提升气化反应温度、改进气化反应器、催化剂的种类及尺寸大小等方面进行一定的理论与实践探索 ，得出一些科学结论： 提高热解转化中气化温度、 增加停留时间、采取合适的空气当量系数、增加反应器的高度等均利于焦油化学转化；石灰石、镍基催化剂、木炭等是有效的催化剂，减小催化剂粒径有助于焦油裂解转化 。 焦油化学处理利用技术，有待在气化工程中进一步应用。 焦油处理方法优、缺点及工程应用情况。
3 结论
气化气焦油处理是否有效是生物质气化气工程得以正常运行的保证。 目前，我国已经建有 500 多处生物质气化气工程，对焦油处理多采用物理净化方法，采取旋风分离、湿式净化、干式净化等复合处理，但是由于净化工艺粗放式管理，净化效果不是很好。 针对目前气化气工程现状，优化改善焦油的物理净化方法是暂时之计， 对焦油化学转化方法进行经济、 有效工程实践探索是生物质气化继续发展的长远对策。