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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流北京市科技计划课题实施方案定稿20091125.精品文档.课题编号： 密级： 北京市科技计划课题实施方案（讨论稿）课题名称：秸秆气化过程中焦油处理工艺研究所属项目名称：生物质资源在新农村应用中瓶颈技术研究与示范所属领域： 新能源与可再生能源课题承担单位： 北京金伟晖公司工程技术有限责任公司项目主持单位：北京市可持续发展科技促进中心市科委主管处室：社会发展处起止年限：2010年1月2011年12月北京市科学技术委员会制二九年十一月课题承担单位基本信息单位名称北京金伟晖工程技术有限公司法人代码X0038738-0隶属关系北京市上级主管单位名称单位
2、类型企业企业注册经济类型有限责任单位地址北京市海淀区学清路38号金码大厦B座1805室邮政编码100083所属区县海淀单位传真01082837816电子邮箱Geng.xq高新证书号GR200811000995所在高技术开发区中关村单位负责人丁冉峰联系方式82838989单位科技管理部门负责人丁冉峰联系方式82838989课题负责人丁冉峰联系方式82838989财务负责人刘常青联系方式82838989联系人耿小强联系方式828389898203市科委认定研发机构批准号课题基本信息课题所属学科新能源课题服务的行业生物质能课题所处阶段类型课题采用主要技术的来源成果预期表达形式技术创新类型编 写 说
3、明1.本方案适用于北京市科委立项、市科技经费支持的科技计划课题，由课题承担单位依据北京市科技计划项目管理办法提出，经论证后由市科委确定。2.本方案需按照市科委统一提供的用户名和密码，登陆“北京市科委在线服务平台”（网址：）填写，字体统一用宋体小四；确认所填信息正确、完整并经课题负责人检查无误后，提交市科委审核并网上提交确认后，在线进行打印（用A4纸），用A4幅面纸复印，用普通订书钉装订。打印后的课题实施方案不得再行修改。3.“课题编号”和“课题所属项目”由市科委确定。“密级”由课题承担单位根据国家有关保密工作规定提出，项目主持单位审核，市科委确定。“密级”一经确定必须严格按照该级别“密级”文件
4、管理规定执行。4.本方案表中所有栏目均需填写，凡无内容填写的栏目，请用“/”或“无”表示。第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写。5本方案各项内容填写应当实事求是，尊重他人知识产权，遵守国家有关知识产权法规。对于伪造、篡改科学数据，抄袭他人著作、论文或者剽窃他人科研成果等科研不端行为，一经查实，将记入信用记录。6.课题经费预算要按照北京市科技计划项目（课题）经费管理办法编写，对于虚假编制等违规行为，一经查实，将记入信用记录。7.本方案正本一式五份（市科委三份，主持单位一份，承担单位一份），由课题承担单位负责人和课题负责人亲笔签署意见，经项目主持单位审查后，报送市科委
5、(地址：北京市西城区西直门南大街16号，邮政编码：100035)。8.编写内容可参考各项栏目括号内的说明(本方案正本应删除说明内容)。一、课题的目的、意义及必要性能源一直是困扰世界各国经济和社会发展的重要因素。随着石油资源的日益枯竭，生物质能源将成为21世纪主要的新能源之一。我国的生物质能极为丰富，以秸秆资源为例，预计到2010年，我国主要农作物秸秆产量将达到7.8亿吨；预计到2015年，我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右，其中约一半可作为生物质能的原料。秸秆等生物质燃料一直并将继续成为农村炊事的主要能源，现在的秸秆燃气是传统生物质燃料利用的延续与变革，清洁、高效、经济，深受广大农民欢迎。
6、农村生物燃气的利用不仅实现了秸秆等能作物残留物的就地消化，减少污染，又节约用煤，实现资源综合利用。生物燃气是环保、节能、可持续发展的能源利用和供给方式，因此，发展农村生物质能源是中国农村发展长期战略的重要组成部分，中国政府对可再生能源的开发利用高度重视，中国利用亚行贷款中国农村能源生态建设项目以及地方政府的秸秆气化等项目支持了农村生物质能源发展。生物质燃气是推广农村生物质能发展的良好的切入点。生物气化集中供气系统可以改变农民传统的烧柴、燃煤、燃气(部分)结构，减少能源用量，节约能源；可以降低柴草用量（生物质气化集中供气系统每户的秸秆用量是直接燃烧柴草做饭的二十分之一），减少薪柴砍伐，且无烟尘排
7、放，保护生态环境；可以减少柴草堆放，改善村容村貌；可以实现“两人烧火，全村做饭”，改善农民生产、生活条件，缩小城乡差别；可以降低燃料的费用支出，减轻农民负担（以3口人之家计算，应用生物质燃气平均每月用60立方，每立方0.3元，全年为216元；用液化气平均每月用1罐，每罐80元，全年960元；用蜂窝煤每月120块，每块0.6元，全年864元；用秸秆、柴草直燃，每月750公斤，每公斤0.15元，全年1350元）。近年来，北京市委、市政府也对生物质能技术在北京郊区发展非常重视并给予了很大投入，把农村生物质能利用作为新农村建设的重点工作，北京开展生物质资源利用的工作走在全国前列，促进了京郊生物质能产业
8、的发展。特别是自2006年起，在京郊实施的“让农村亮起来”、“让农户暖起来”、“让农业资源循环起来”工程（简称“三起来”工程）中，生物质能产业更是迎来了加速发展期。北京市“十一五”时期能源发展及节能规划指出，到2010年，新建固体生物质发电12万kW，发展农村户用高效生物质颗粒燃料10万t。据统计，北京市园林绿化建设废弃生物质资源量约200万t，若全部利用，可替代130万t标准煤或60万t原油；年产各类农作物秸秆约80万t，相当于40万t标准煤。另外，北京市果树种植面积达7.5万公顷，以桃、苹果、柿子等为主，每年剪裁树枝和果树剪枝约100万t。由此可见，北京市的农林生物质资源相当丰富。但是目前
9、，除了少量生物质用于农民生活燃料外，基本上都废弃或焚烧了，既浪费了资源又污染了环境，亟待开发适应于首都北京资源及其分布特点的生物质能利用技术与装备。截至目前，北京市生物质资源可利用量约880万吨，其中农作物秸秆、农产品加工剩余物、果树修枝、城市木质剩余物分别为65.17、16.27、23.78、40.39万吨。全市共示范推广生物质气化集中供气工程97个；生物质炊事炉45960台和采暖炉7446台；生物质固体成型燃料加工厂19个。据调查测算，三年间仅推广的生物质气化站可产燃气5000万m3以上，可供6.25万户农民常年使用。在市政府的大力支持下，北京农村生物质能产业发展初具规模。但另一方面，受制
10、于推广过程中存在的技术、经济等因素的制约，大量农村生物质利用工程往往处于带病运行甚至被迫停运。据有关部门统计，截至目前，北京市已在京郊推广大中型生物质气化工程227处，其中秸秆气化139处，可为超过4万户农户提供方便清洁的燃气。但是生物质燃气作为一项新技术，推广和应用还存在一些问题，导致目前秸秆气化集中供气工程在用的仅有78处，正常使用率仅为60%，严重影响了农村生物质能的应用和生物质能产业的持续健康发展，抓住瓶颈技术问题，科技攻关，突破难点，才能进一步推进生物质能在新农村中的广泛应用。北京市在秸秆气化新技术的研究与应用方面是一个空白。京郊农村秸秆气化系统多采用外省市科研单位研发的技术及设备。
11、这与北京市全国科技、文化中心的地位不相称。新型秸秆气化技术在北京市的率先利用，不仅解决了京郊广大用户日常生产生活的问题，同时可以以此为契机，进一步发展北京市的秸秆气化产业。同时，北京市秸秆气化新技术在全国的示范作用，必然为秸秆气化新技术在全国的广泛应用产生巨大作用。以2011年全国秸秆产量7亿吨计，如果按照其中的50%的秸秆气化，假如设备的处理量为5000吨，那么全国需要7万套设备。以每套设备150万元计，全国的秸秆气化设备市场为1000多亿元。如果北京市在秸秆气化技术及市场中占40%，则本项目的研究可以为北京市贡献400亿的产值。因此，通过对秸秆气化过程中焦油处理工艺进行研究，建立秸秆气化重
12、点实验室及企业技术中心，进而推动秸秆气化工艺及设备技术进步，迫在眉捷，很有必要。另外，当前，能源供应紧张，特别是天燃气供应趋紧，导致全国局部发生“气荒”。生物质热解气化技术可以在一定程度上替代天燃气的供应，缓解气荒现象。对于新农村建设提供能源上的保障。综上所述，生物质热解气化技术正朝着提高气体热值，降低焦油含量的趋势发展。我国秸杆资源丰富，本课题对充分利用这些资源、缓解能源紧张、提高能源品位、改善环境质量、提高人民生活水平等诸多方面具有重要意义。二、课题相关行业、领域国内外研究发展现状、趋势以及本单位在相关领域的工作基础秸秆气化属于生物质新能源产业。在发达国家，生物质作为能源的利用，多采用高投
13、入、高产出的方式，建设大型的生物质能转化工程，将传统的生物质能转化为现代能源利用。例如，美国在1992年就大约有1000个利用木材气化的发电厂，运行装机650万千瓦，年发电42亿千瓦时，发电成本4-6美分每千瓦时，每千瓦投资2000-3000美元，美国加州电力供应的40%来源于生物质发电，目前，生物质动力工业在美国已成为仅次于水电的第二大可再生能源。生物质转化为现代能源的利用在美国、瑞典和奥地利的基本能源消费中已分别占到40%、16%和10%。在欧盟国家中，开发利用的所有新能源和可再生能源(包括水电在内)中生物质能源已占总和的59.6%。国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂
14、，以发电和供热为主，如，加拿大摩尔公司(Moore Canada Ltd)设计和发展的固定床湿式上行式气化装置、加拿大通用燃料气化装置有限公司(Omnifuel Gasification System Limitred)设计制造的流化床气化装置、美国标准固体燃料公司(Standard Solid Fuels Inc)设计制造的炭化气化木煤气发生系统、德国茵贝尔特能源公司(Imbert Energietechnik GMBH)设计制造的下行式气化炉-内燃机发电机组系统等等，气化效率可达60%-90%，可燃气热值为1.7-2.5104kJ/m3。目前，在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利
15、、德国等。美国近年来在生物质热解气化技术方面有所突破，研制出了生物质综合气化装置-燃气轮机发电系统成套设备，为大规模发电提供了样板。近十多年来,欧盟开展了将木料气化合成甲醇的研究工作。在1986年前建成的4个示范工厂规模为4.812t/d，气化炉均为流化床气化炉，用氧气或水蒸气作气化剂,产出中热值可燃气,滤出杂质和焦油后,再脱除CO2，N2，CH4以及其它碳氢化合物，然后在一定压力下，使CO和H2O反应生成H2，将CO和H2按1：2的比例混合导入合成反应器,加入催化剂，合成甲醇。德国已广泛使用含1%3%甲醇的混合汽油，内燃机结构无须做大的改动，其输出功率近似于燃用纯汽油的内燃机的输出功率。生物
16、质气化合成甲醇的技术目前已达到了投产的水平，但其产品的经济性尚不能与石油化工和煤化工相竞争。在芬兰凯米诺奥埃地区有个奥留化肥厂，它原以重油为原料生产化肥。1988年春天，此厂被改造成世界上第一个以泥炭为原料，采用气化合成氨的方法来生产化肥的厂家。其工艺是将含水量为40%左右的泥炭粉碎后，再干燥至含水量为15%左右，喂入加压流化床气化炉中。气化剂采用氧气和水蒸气的混合气体，反应温度为750950 ， 泥炭喂入量为23t/h，气化每吨泥炭需290m3氧气和160kg水蒸气。气化得到的气体组分为:CO-35%，H2-32%，CH4-6%8%，CO2-22%。每吨泥炭产出的气体经净化后可得到925m3
17、的CO与H2的混合气，再此气体与N2合成氨，进而生产出农用化肥。该厂还用泥炭与木屑的混合物作原料进行过试验，也获得了成功。从80年代初，我国也开展了农林废弃物的生物质气化研究。经过20多年努力，诸多高校和科研机构在研制生物质气化技术和装置方面已取得重大突破：生物质气化技术日趋完善；我国自行研制的集中供气和户用气化炉产品已进入实用化试验及示范阶段，形成了多个系列的炉型，可满足多种物料的气化要求，在生产、生活用能、发电、干燥、供暖等领域得到利用。其主要成果如下：中国农业机械化科学研究院研制出了ND系列和HQ系列生物质气化炉，其中ND-600型气化炉已进行较长时间的生产运行，用于木材烘干，可提高劳动
18、生产率23倍，缩短木材烘干周期一半以上，并取得明显的经济效益；江苏省研究开发以稻草、麦草为原料，应用锥形流化床气化系统，产生接近中热值的煤气，供乡镇居民使用的集中供气系统，气体热值约8000KJ/Nm3，气化热效率达70%以上；大连市环境科学设计研究院利用研制成功的LZ系列生物质干馏热解气化装置建成了可为1000户农民提供生活用燃气的生物质热解加工厂；山东省科学院能源研究所研制的XFL系列下吸式秸秆气化炉在农村集中供气应用中获得了一定的社会效益和经济效益。我国的生物质气化发电技术也有一定的基础，但起步较晚，规模不大。主要是160KW和200KW的生物质气化发电技术取得小规模应用：江苏吴江县生产
19、的稻壳气化炉，利用碾米厂的下脚料驱动发电机组，功率达到160千瓦，已达到实用阶段；广州能源所开发的以木屑和木粉为原料，应用外循环流化床气化技术，制取木煤气作为干燥热源和发电，并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。其中目前我国最大的发电规模为1MW，技术基本成熟，现已在福建莆田、海南三亚等三十个地方建成试点，取得较为显著的经济效益。现有的秸秆气化工艺过程现有的生物质气化集中供气系统由生物质气化机组系统、燃气输配送系统和用户燃气系统三部分组成。新型生物质气化机组系统由原料输送机、气化炉反应器、重力除尘器、一级冷却器、二级精洗器、制气泵、气水油分离器、射流集焦器、复式精细净化器及附属设备十部分
20、组成；燃气输配系统包括储气罐、输配系统、附属设备和燃气管网；用户燃气系统由燃气表、阀门、低热值燃气灶具等组成。铡成小段的秸秆送入气化反应器中经过热解气化反应转换成可燃气体，在净化系统中除去燃气中含有的灰尘和焦油等杂质，由制气泵送至储气罐中。生物质气化器、制气泵和燃气净化器组成了生物质气化机组。储气罐的作用是贮存一定量的燃气。输配系统以平衡系统燃气负荷的波动，并提供一个始终恒定的压力保证用户燃气灶具的稳定燃烧。离开储气罐的燃气通过铺设在地下的燃气管网分配到系统中的每一个用户，用户打开燃器具的阀门，就可以方便的使用燃气。本单位具有石油化工的丰富经验以及各种实验设备，经过初步研究，确认现有秸秆气化技
21、术存在的主要问题如下：1、气化过程中焦油的产生降低了气化系统的产气率、堵塞了输气管道、损坏了设备；2、秸秆原料利用率低，且生产、输送、配给成本较高，产气热值不高；3、可燃气体中，氮气含量较高，使得系统规模加大，能耗增加；4、可燃气体中一氧化碳的含量较高，使得系统及用户在使用过程中存在安全隐患；5、用水洗涤可燃气中焦油工艺中存在洗涤效率低，造成洗后水排放的二次污染，同时造成洗后气中焦油含量较高，在输送过程中堵塞管道及灶具；6、在现有工艺中，由于气化温度较高，造成可燃气体中烯烃和炔烃含量相对较高，它们的聚合也是堵塞管道的重要原因之一；7、在现有工艺中，可燃气体酸性物质含量相对较高，也是堵塞管道的重
22、要原因之一；8、在现有工艺中，可燃气体中C5+焦油含量相对较高，是堵塞管道的重要原因之一；9、在现有工艺中，急冷系统不合理，导致焦油含量较高，降低了产气率；10、在现有工艺中，热交换系统不合理，导致热利用率降低，能耗增加，降低了产气率；11、在现有工艺中，由于缺少吸收稳定系统，导致气体中焦油含量高。焦油问题一直是困扰大中型生物质气化工程的瓶颈。目前，我国使用的秸杆气化技术，主要以固定床为主。固定床工艺一般采用空气为气化剂，这类工艺，不论是上吸式、下吸式或是平吸式的气流方式，都有设备结构简单、易于操作、可以实现多种生物质原料的热解气化、投资少等特点。但是得到的生物质燃气热值低，一般只有5000K
23、J/Nm3左右，且生物质气中焦油含量高，燃料利用率低，生产、输送、配给的成本较高。分析其原因，主要有两方面：第一，由于工艺路线局限，多采用空气为气化剂，得到的燃气中氮气含量高，通常在50%左右，影响了气体的热值；第二，由于秸杆原料有些不利于气化因素，使得燃料得不到完全气化，仅利用了燃料中的挥发成分，固定碳得不到充分利用。集中供气的形式，以山东能源研究所开发的XFL秸杆气化系列和大连环境科学研究院开发的LZ生物质干馏气化系列为代表，前者产气率为1.8-2.0m3/kg，但气体热值较低，仅为5000kJ/m3，而且气体中焦油含量较高；后者气体热值可达14000kJ/m3，但产气率低，仅为0.3m3
24、/kg，而且其主产品为碳，生物质气只是副产品。目前，两种炉型均只作为较小范围的生物质集中供气系统，要建大规模的系统，所带来的一些技术及经济上的问题尚需解决。三、课题任务与目标、考核指标1、课题任务：以为新农村农民提供方便、洁净、安全、经济的生物燃气以及技术面向全国推广应用为核心目标，解决目前生物燃气生产和应用过程中存在的关键瓶颈问题，有效支撑市委、市政府“镇镇通燃气”以及科技北京等工作部署。（1）开展现有秸秆气化炉和秸秆气化除焦油工艺的研究，找出焦油形成的主要因素，并研究解决办法，在此基础上形成秸秆气化的新工艺，研究和提出新型气化炉的标准和秸秆气化除焦油工艺新标准，开发出适合该新工艺的新型气化
25、炉。（2）同时，对现有停运的气化炉进行改造，在原有的工艺基础上，一定程度上降低焦油在可燃气中的所占的比例，降低能源消耗，提高所产燃气的燃气热值，降低氮气在可燃气体中所占的比例。2、课题目标：（1）形成秸秆造气的新工艺，开发出适合该新工艺的新设备，应用于大中型气化改造示范工程，提出一套新型气化炉的标准和秸秆造气除焦油工艺新标准。形成的新型气化炉的连续工作时间延长到12年，降低能耗20%30%，增加20%30%的燃气热值，燃气中的焦油（C5+）降低80%。（2）对现有停运的气化炉进行改造，在原有的工艺基础上，降低焦油在可燃气中的所占的比例40%，使基本停运的气化系统得以正常运转。3、考核指标：（1
26、）新型气化炉与现有的气化炉相比较降低能耗20%30%；增加20%30%的燃气热值；所产燃气中焦油含量降低80%；整个系统可连续操作12年；（2）提出新型气化炉产品标准及“秸秆气化除焦油工艺”技术标准；（3）与现有技术相比，产生的燃气中的焦油含量降低30%。（4）申报相关专利5项以上。四、课题研究开发内容1、秸秆气化除焦油工艺 （1）研究原料粉碎粗细程度对燃料气性质的影响：现有的秸秆粉碎设备只能对原料进行粗略的加工，这样的加工无法使主要反应物秸秆达到其最适宜的反应接触面积。从而使其造气的主反应转化率降低，而生成小分子烯、炔烃的反应转化率高。这些小分子烃类在高温下的聚合、环化反应就可以生成焦油，堵
27、塞系统管道。准备考察相同条件下，不同粗细程度的秸秆进料之直接燃烧所产生气体组分的物质构成，得到最适宜的秸秆粉碎度以获得气化率的最大化。 （2）研究温度对焦油热裂解性质的影响：准备对不同温度对秸秆造气过程中所产焦油的裂解特性进行单一变量实验。据此得到热裂解率最高的反应温度，并对该温度下对应的裂解产物及产量加以分析。 （3）研究压力对焦油热裂解性质的影响：准备考察相同条件下，改变体系压力对秸秆造气过程中所产生的焦油的裂解特性的影响。期望得到未来工艺的适宜裂解压力并对裂解产物及产量加以分析。 （4）研究炉内温度对所产焦油性质的影响：通过对进出气化炉的物质进行分析，可以发现，进料中的纤维素中O元素含量
28、较高，但是由于反应过程中温度较高，纤维素中的CO键不断断裂，游离的O原子又与产生的可燃气H2反应生成水，同时高温下，更加有利于聚合、环化这样生成焦油的反应的进行。由此可见，炉内过高的温度在降低气化效率的同时也提高整个系统焦油含量。准备考察相同条件下，不同气化炉温度对出炉气体中所携带焦油的含量的影响，并对焦油的构成及产量进行分析，最终得到新型气化炉的适宜气化温度。（5）研究炉内压力对所产焦油性质的影响：准备对不同压力下炉内压力对所产焦油的性质进行单变量实验。据此得到最佳炉内压力，以实现气化率最大化。（6）研究气化炉结构对气化过程所产焦油性质的影响：据调查，现有秸秆造气炉大部分采用直接燃烧造气方式
29、，该方式虽然较为简便，但是由于鼓入空气携带的大量N2带走大量热，这不利于秸秆的造气反应，而有利于一些副产焦油的反应发生。现有秸秆气化流程中，气化炉出口气体先经过冷却设备冷却，再进入除焦油设备。由此分析，冷却系统的燃气不但需要大量冷却水进行冷却，且出冷却系统的燃气也携带了大量的水分，这样的燃气进入除焦油设备必然导致设备效率低下，最终导致了焦油在管道内的累积。本项目准备通过研究，研制一种新型的气化炉。（7）研究气化炉结构对系统气化率的影响：气化炉出口温度仍然较高，在这样的高温下，大部分焦油分子主要以气态存在，旋分只能将少部分以液态形式存在的焦油分子与燃气进行分离，而对其余焦油分子无能为力，这部分焦
30、油分子夹杂在燃料气中，随着温度的降低，慢慢的沉积在输气管道上，造成了堵塞。准备对新炉型与旧炉型在相同条件下反应所得可燃气体产率进行分析，并综合其所产焦油数据，进行对比筛，最终获得新炉型的优化指标。（8）研究温度对气化过程副产酸性气体性质的影响：准备在相同条件下，通过分析不同气化炉温度下，气化过程副产酸性气体的性质。据此得到温度与副产酸性气体性质之间的一些规律。（9）研究压力对气化过程副产酸性气体性质的影响：准备对气化炉炉压对气化过程副产的酸性气体性质进行评价分析。并综合温度的影响，对不同反应条件下的酸性气体对管道的腐蚀程度作出评价。（10）研究秸秆量/进气量对气化过程焦油产量及气化率的影响：准
31、备考察不同秸秆量/进气量条件下，气化过程所副产焦油的量，以及它对秸秆气化率的影响，为未来的新工艺流程提供可靠的优化数值。2.改造工艺、新工艺与现有工艺效果比较:表1 新技术、改造技术与现有技术有关指标比较现有技术新技术改造技术秸秆裂解率（m%）40.3%59.6%50.7%秸秆有氧燃烧率（m%）59.7%40.4%49.3% 对于新技术与改造技术，由于对换热系统增设或改造，能量利用更加充分，从而降低了进料秸秆中发生有氧燃烧的量，进而增加了秸秆的裂解量，秸秆裂解量的提高导致燃气产量和燃气热值的增加。 表2 新技术、改造技术与现有技术裂解产物组成对比物质N2COH2CO2O2CH4C2H4C3H6
32、C15C25组成（新技术）V%29.0%18.2%7.1%18.1%0.6%9.7%9.1%3.3%2.5%2.4%组成（改造技术）V%39.0%19.5%7.0%17.0%0.8%6.3%4.5%2.2%1.6%2.1%组成（现有）V%51.7%15.2%8.5%15.4%1.0%2.4%1.2%0.6%2.0%2.0%随着秸秆裂解量的提高，裂解气中小分子可燃烃的产率都将提高，这些可燃物产率的提高可以大幅增加整个燃气系统燃气热值。若以1Nm3燃气计算，新技术所产燃气热值为9182KJ，改进技术所产燃气热值8342KJ，而现有技术所产燃气热值为6846KJ，燃气热值分别提高34.1%、21.9
33、%。五、课题技术路线与实施方案（一）、秸秆气化过程中焦油处理新工艺研究1.技术特点：1) 急冷技术：将气化裂解设备中产出来的高温混合气体，急速冷却，使部分的遇冷凝液返回至气化裂解设备中；这个措施大幅度的降低了后面混合气体产物堵塞管道的可能性，同时减少了混合气体中烯烃发生聚合反应的几率，增加了混合气体中的C1C4含量，减少了焦油的生成；2) 换热技术：将送入气化裂解的空气和原料，同气化裂解设备顶部产出的高温混合气体进行换热，降低了热损失，能量利用率大幅度增加，同时提高了秸秆裂解率，降低了秸秆有氧燃烧率，大幅度的增加了可燃气体的燃烧热值；3) 油气分离技术：将混合气体通过油气分离系统分离出气体和焦
34、油，将焦油从混合气体中分离出来；这样大幅度的降低了混合气体中焦油的含量，同时为下一步的吸收稳定系统提供了优质的吸附剂；4) 吸收稳定技术：用油气分离系统中得到的焦油作为返洗液，对分离得到的混合气体进行吸收稳定操作；经过吸收稳定系统，混合气体中的C5+焦油大幅度降低，避免了混合气体中C5+焦油含量过高导致的一系列堵塞现象；且吸收稳定系统中得到的焦油被送回气化裂解设备中；提高了裂解剩余焦油的利用，降低了焦油的二次污染，同时也提高了焦油的脱除率；5) 溶剂除酸除臭技术：从吸收稳定系统中返洗得到的混合气体进入除酸除臭器中，大大降低整个系统的酸性气体和有毒气体含量，为混合气体合格出装置提供了保证。2.新
35、工艺流程：1) 原料进料：将秸秆加入搅笼，搅拌粉碎至合适的粒度后，混合空气经过换热，送入气化裂解设备中气化燃烧裂解；2) 气化裂解设备：在气化裂解设备中，通入空气，秸秆被点燃后，气化裂解设备温度不断升高；不断调节和改变空气的进量，保证气化设备温度在1000以下，从而减少大量焦油生成；3) 急冷换热系统：从气化裂解设备顶部采出高温混合气体，通过急冷后，再与通入气化裂解设备里的空气和原料换热；得到热源的空气和原料进入气化裂解设备中；被冷却的高温混合气体被送入油气分离系统里进行气液两相的分离；4) 油气分离系统：所述的油气分离系统上部排出的不凝气体被送入吸收稳定系统，油气分离系统底部采出的凝液作为返
36、洗液送入到吸收稳定系统中；所述凝液的主要成分是焦油，大部分的焦油分离使可燃气的质量大幅度提高；5) 吸收稳定系统：不凝气体中残存的焦油组分随同C5+焦油返洗液从吸收稳定系统底部排出，并被返送回气化裂解设备中进行进一步的裂解；而混合气体从吸收稳定系统顶部收集到，并被送入除酸除臭器中；6) 除酸除臭器：在除酸除臭器中，除酸除臭液将混合气体中易溶于水的有害气体包括：SO2、H2S等洗脱；最后除酸除臭器顶部产出高质量的混合气体，底部采集出除酸除臭液；所得到的除酸除臭液进入除酸除臭液池，在除酸除臭池中，除酸除臭液经过加工后，再次由泵送入除酸除臭器中循环使用；7) 后续操作：在除酸除臭器顶部收集到的混合气
37、体，可直接泵入气罐中，供客户使用。（二）、气化炉技术改造流程1.改造的技术特点：1) 增加急冷技术：相比于原工艺，将气化设备中产出来的高温混合气体，急速冷却，使部分的遇冷凝液返回至气化设备中；可降低了后面混合气体产物堵塞管道的可能性；同时减少了混合气体中烯烃发生聚合反应的几率，增加了混合气体中的C1C4含量，减少了焦油的生成；2) 增加换热技术：相比于原工艺，将送入气化设备的空气和原料，同气化设备顶部产出的高温混合气体进行换热，降低了热损失，能量利用率大幅度增加，同时提高了秸秆裂解率，降低了秸秆有氧燃烧率，大幅度的增加了可燃气体的燃烧热值；3) 增加油气分离技术：相比于原工艺，将混合气体通过油
38、气分离系统分离出气体和焦油，将焦油从混合气体中分离出来；这样大幅度的降低了混合气体中焦油的含量，同时为下一步的吸收稳定系统提供了优质的吸附剂；4) 增加吸收稳定技术：相比于原工艺相中的水洗系统，用油气分离系统中得到的焦油作为返洗液，对分离得到的气体进行吸收稳定操作；经过吸收稳定系统，混合气体中的C5+焦油大幅度降低，避免了混合气体中C5+焦油含量过高导致的一系列堵塞现象；也提高了焦油的脱除率，也减少了系统的用水量，降低了成本。5) 增加溶剂除酸除臭技术：相比于原工艺，从吸收稳定系统中返洗得到的混合气体进入除酸除臭器中，大大降低整个系统的酸性气体和有毒气体含量，减小了酸性气体对管道及设备的腐蚀，
39、为混合气体合格出装置提供了保证。6) 取消现有水洗工艺：将现有的水洗工艺改为油洗工艺，不仅降低了系统的水消耗量，还提高了裂解剩余焦油的利用，降低了焦油的二次污染。同时也提高了焦油的脱除率。2.改造后的工艺流程：1) 原料进料：将秸秆加入搅笼，搅拌粉碎至合适的粒度后，混合空气经过换热，送入气化设备中气化燃烧裂解；2) 气化设备：在气化设备中，通入空气，秸秆被点燃后，气化设备温度不断升高；不断调节和改变空气的进量，保证气化设备温度在1000以下，从而减少大量焦油生成；3) 急冷换热系统：从气化设备顶部采出高温混合气体，通过急冷后，再与通入气化设备里的空气和原料换热；得到热源的空气和原料进入气化设备
40、中；被冷却的高温混合气体被送入油气分离系统里进行气液两相的分离；4) 油气分离系统：所述的油气分离系统上部排出的不凝气体被送入吸收稳定系统，油气分离系统底部采出的凝液作为返洗液送入到吸收稳定系统中；所述凝液的主要成分是焦油，大部分的焦油分离使可燃气的质量大幅度提高；5) 吸收稳定系统：不凝气体中残存的焦油组分随同C5+焦油返洗液从吸收稳定系统底部排出；而混合气体从吸收稳定系统顶部收集到，并被送入除酸除臭器中；6) 除酸除臭器：在除酸除臭器中，除酸除臭液将混合气体中易溶于水的有害气体包括：SO2、H2S等洗脱；最后除酸除臭器顶部产出高质量的混合气体，底部采集出除酸除臭液；所得到的除酸除臭液进入除
41、酸除臭液池，在除酸除臭池中，除酸除臭液经过加工后，再次由泵送入除酸除臭器中循环使用；7）后续操作：在除酸除臭器顶部收集到的混合气体，可直接泵入气罐中，供客户使用。六、课题各年度任务目标、考核指标及研究开发内容完成的计划进度（目标、考核指标的设定要准确、细致，按年度可检查、可考核，以确定下一年度的课题计划安排。注：科研周期一年以下的课题需按季度填写）年度分年度研发内容、目标及考核指标 2010年 进行全面细致的文献、专利检索及分析，全面了解秸秆气化方面的国家有关政策法规，同时进行市场调研，形成开题报告。 建立小型热裂解实验装置，通过各种单一变量实验、对比试验、以及正交试验等方法，对焦油裂解的适宜
42、温度、压力及焦油产量、气化率等指标进行分析，并借助热失重、色谱、质谱、红外光谱等分析仪器对裂解气组分进行分析，为未来确定裂解炉的适宜工艺参数打下基础。 2010年 建立小型气固反应装置，以模拟直燃式气化炉，以此考察炉内温度、压力对气化可燃气中焦油及可燃气性质的影响。还可以分别改变秸秆进料的粉碎的粗细程度以及秸秆量/进气量两个变量，考察其对可燃气中焦油性质和可燃气性质的影响，为进一步优化气化炉的工艺参数创造条件。 对不同温度、压力下模拟气化炉实验装置出口燃料气中的酸性气体的含量进行分析，以评估燃料气中酸性气体可能对管道的腐蚀程度。（5）项目总结验收。 年七、课题经费预算（预算附加说明并明确按支出
43、科目明细安排）1、课题经费来源： 单位：万元来 源2010年年年 年 年合 计市科技经费500500国家有关部委拨款项目主持单位匹配经费课题承担单位自筹经费500500银行贷款其 他合 计 1000 10002、课题经费支出： 单位：万元（1）仪器设备购置费用明细：（单价在5万元以上，含5万元）名 称型号数量金额经费来源购买时间主要用途秸秆气化实验评价装置小型1110秸秆产气条件及焦油气化条件研究秸秆气化实验评价装置中试1110秸秆产气条件及焦油气化条件研究硫、氮分析仪9000HNS1110硫氮含量分析气相色谱仪7890146.5气体含量分析合 计 376.5（2）、课题经费支出预算：科 目经
44、费来源 2010年 年 年 年 年合 计设备费市财政科技经费200400其他来源200材料费市财政科技经费130309其他来源179测试化验加工费市财政科技经费2291其他来源69燃料动力费市财政科技经费13其他来源2国际合作与交流费市财政科技经费其他来源差旅费市财政科技经费1020其他来源10会议费市财政科技经费818其他来源10档案出版、文献信息传播、知识产权事务费市财政科技经费4.89.8其他来源5劳务费市财政科技经费1015其他来源5咨询费市财政科技经费1230其他来源18管理费市财政科技经费2.24.2其他来源2其他费用市财政科技经费100100其他来源合 计10001000市财政科
45、技经费总合计500其他来源总合计500（注：上表经费来源中其他来源是指：国家有关部委拨款、项目主持单位匹配经费、单位自筹经费）3、课题研究所需的其他配套条件（指与课题研究相关的其他仪器设备等共享性资源）八、课题实施的风险分析及规避预案（1）技术风险基于本项目的开发，技术路线和设计规划合理，技术解决方案具有新颖性和创造性。鉴于项目属于探索性的项目，因此具有一定的开发难度。但是本项目组技术人员搭配合理，既具有理论功底深厚的教授，也具有实际经验的高级技术人员，这是本项目成功的保证。（2）市场风险循环经济已经成为我国的一项基本国策，以循环经济为指导，对生产过程进行深度开发，其产品和工艺技术都将是市场中极为欢迎的。本项目主要产品可燃气体，是市场急需的产品，因此几乎不存在市场风险。（3）政策风险我国已经将农村生物质能利用作为未来发展重点之一，并对其进行大力支持，符合国家可再生能源中长期发展规划，符合北京市当前正大力推进的包括生物质能在内的新能源的开发利用规划