项目（课题）名称：高热值低焦油的秸杆*气化技术研究

申请单位：云南师范大学太阳研究所昆明锅炉有限责任公司

一、项目概述

　　随着新世纪的到来，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，改变能源的生产和消费方式，用现代技术开发利用包括秸杆在内的生物质可再生能源，对建立持续发展的能源系统，促进社会经济发展和生态环境改善以及摆脱对化石能源的依赖都具有重大意义。

　　固定床高热值低焦油秸杆*气化技术是城镇建设中就地取材，实现气体燃料集中供应的关键性基础设施项目之一。本项目是在前期云南省科委主任基金支持的“高热值生物质气化技术”项目基础上提出的。前期项目于2000年6月顺利完成了生物质气化部分的工业化中间试验，将现行生物质热解气化气体的热值从4800-5000kJ/Nm3提高到8000-10000 kJ/Nm3。本次申请旨在希望得到*的继续支持，圆满完成该次高热值低焦油秸杆*气化技术气化技术的工业化中间试验，将秸杆气化过程中的干馏气与轻质焦油脱出，裂解成热值较高的焦油裂解气。zui后，将气化气、干馏气及焦油裂解气混合，得到低焦油、高热值的混合燃气，使之接近城市现行的人工煤气管网输配的各项技术参数的要求。前期项目试验研究结果表明，本次研究所采用的工艺技术*，技术经济指标合理。直接作为小城镇集中供气的气源设备，可以满足我国在突飞猛进的城镇化建设中，将传统直接燃烧生物质的用能方式向现代化城市用能方式和能源结构转变的需要，取得环境、经济、社会三方面的效益。

二、项目立项的必要性

　　中国有句老话：开门七件事，柴、米、油、盐、酱、醋、茶。这也是说，一个家庭过日子，*件事就是用能。对于现阶段的中国来说，开发利用包括秸杆在内的农林废弃物资源，具有特殊而重要的意义。秸杆气化不但可以提高燃料品位，提高能源利用率，而且气体燃料清洁，易于输送，使用方便，是小城镇建设中值得推广的一项好技术。我国经过改革开放二十年来的长足发展，人民生活水平有了巨大提高，农村城镇化和城市社区化建设正方兴未艾。据统计，我国城镇化水平在1978年只有17.1%，到1997年达到了30%，目前，有1.2亿农民进入城镇生活；估计到2010年，我国城镇化水平将达到45%，届时，将有6.2亿农民进入城镇生活。按“云南省小城镇发展目标设计”的要求，2005年，全省农村镇占农村乡镇总数将达到目前37.4%的全国平均水平，即农村镇540个，建制镇664个，农村镇平均人口为5000人，总人口要达到270万人。到2010年，农村镇要占农村乡镇的45%，农村镇数量要达到650个，建制镇要达到774个，总人口达到377万人。面对这种情况，传统的直接燃烧秸杆以取得炊事热能的用能方式已无法适应城镇化建设基础设施的要求，取而代之就是要就地取材，将秸杆气化成为品位较高的气体燃料，才能满足城镇化建设的基本要求。

　　秸杆一直是广大农村生活的重要能源之一，它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生能源资源，是太阳能的有机储存。而且秸杆作为一种可再生能源，有着其他化石能源不可比拟的*性。其在形成过程中，能吸收大气中的CO2，减轻温室效应；合理地使用秸杆资源，可增加作物秸杆的回田，有效减轻现代农业带来的化肥对耕地的污染及水体的富营养化等方面的困惑，同时还可以减少对森林的砍伐，增加森林覆盖率，保持水土，促进生态良性循环。能源的利用水平、质量与数量，是一个国家文明程度的重要标志。生活水平的现代化也是用能水平的现代化。中国十几亿人口，70%在农村，只有实现农村用能方式的*转变，社会才会同步发展。

　　山东能源研究所经过 “七五”、“八五”近十年的攻关研究，于1995年推出下吸式的XFL系列秸杆气化集中供气系统，在山东恒台县大潘村进行93户的集中供气试点以来，经过短短的五六年时间，全国已有近百个供气站相继建成投入运行。而云南省自2000年开始到目前为止，也建成三个集中供气点供气。这充分说明秸杆气化集中供气深受农户，特别是城镇化后的农户的欢迎。中国作为一个迅速崛起的发展中农业大国，在刚刚踏入21世纪的时刻面临着经济增长与环境保护的双重压力。在不以牺牲环境质量为代价的前提条件下，实现国民经济的持续增长，改变传统的能源生产方式和消费方式，开发利用秸杆生产清洁能源是一项必然选择。

　　然而，目前的秸杆热解气化集中供气技术，均属于空气为气化剂的固定床气化炉型，所得气体的热值低（5000KJ/NM3左右），焦油含量高（900-100000mg/m3不等），与城市管网输配所要求的燃气的标准相距甚远，只能在较小范围、较短距离内供应，无法满足城镇建设要求的较大规模的应用。本项目提出的高热值低焦油秸杆*气化技术，在云南省科委主任基金的资助下，已完成气化部分的研究结果表明，气体热值接近10000KJ/NM3，为现有产品气的一倍，而且几乎不含焦油。如果继续得到支持，进一步完善整套技术，将干馏气中的轻质焦油脱出并进一步裂解，zui后将气化气、干馏气和焦油裂解气混合，燃气热值和焦油含量将几乎达到城市管道煤气的要求。这将为城镇建设提供一套秸杆气体燃料集中供气的*基础设施。

三、相关领域国内外技术现状、发展趋势

　　在发达国家，生物质作为能源的利用，多采用高投入、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，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1.7-2.5×104kJ/m3。目前，在该领域具有水平的国家有瑞典、美国、意大利、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。

　　从80年代初开始，经过近20年的努力，我国生物质气化技术也日趋完善。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。近年来，还将煤气化技术引入到生物质气化方面来，如沸腾流化床技术可用在细粒状的生物质气化，克服了此类原料在固定床连续加料的困难，同时生物质流化床技术也被很多研究单位和高校重视，有关该项技术的实验研究也在进行中。

　　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5000KJ/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：*，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*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0.3 m3/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。

　　目前，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。本研究项目的zui大特点一是改变了以往秸杆气化采用空气为气化剂的方式，而采用水蒸汽为气化剂，从而大大提高了所得的燃气的热值。二是将含焦油的干馏气单独导出，经焦油脱出和净化处理后，得到的轻质焦油在特殊装置中裂解成为高热值燃气。zui后将干馏气、焦油裂解气掺混在气化气中，这不仅降低了燃气中的焦油含量，而且混合气热值得到进一步提高；二是干馏与气化在同一台设备中进行，改变了固体燃料气化工艺中干馏和气化分离所带来的热利用率低、设备投资大等不足。为生物质气化提供了一套崭新的工艺技术。目前，*九次会议通过了国家十五规划中把小城镇建设列为十五期间的重点发展内容。为该技术的发展提供了很好的机遇。本项目在云南师范大学太阳能研究所、云南省农村能源工作站、昆明市锅炉厂三家单位大力协作，共同攻关完成后，将能强有力促进该技术的示范运行及产业化的迅速发展。我国秸杆资源丰富，本项技术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。

四、项目申报单位的基本情况

五、有关项目现有工作基础

　　本项目是云南省科委“高热值生物质气化技术”项目的后续项目，本项目有两个部分组成，一部分为生物质干馏后的*气化，另一部分为生物质干馏产物的净化、焦油分离及焦油裂解。项目的前一部分在省科委的资助下已基本完成，并通过了云南省科委组织的专家验收；后一部分将在本次申报中获得支持后，继续完成。

　　目前，云南师范大学太阳能研究所、昆明锅炉有限责任公司两家协作单位已取得共识，将会以高昂的热情投入该项目的研究，各施所长，精诚合作，共同完成本项目的研究工作。

六、项目达到的目标及考核的技术经济指标

七、项目的主要内容及实施方案（含技术路线）

八、技术、经济分析（包括技术关键及难点分析、市场风险分析、推广应用前景及产业化可行性）

　　本项目的技术难点在于焦油的脱出、焦油中木醋酸的分离以及焦油的裂解。

　　本项目完成后，可作为城镇建设中集中供气的示范系统加以推广应用，示范系统的技术经济分析如下：

　　由于本研究开发出来的产品为高热值、低焦油的*的秸杆气化技术，较现行技术更具有生命力，更适应城镇化建设的需要，因而具有较强的市场竞争力，市场风险较小，推广应用前景广阔。本研究的完成，可为形成*的高热值秸杆气化产业提供一套产品样品，进行示范工程服务。并迅速形成产业化发展。

九、经费预算及筹措方案

4、资金筹措方案

十、项目承担单位、参加单位及主要人员的分工

本项目承担单位为云南师范大学太阳能研究所、昆明锅炉有限责任公司。

云南师范大学太阳能研究所为研发、实验单位；昆明锅炉有限责任公司为设计、制造单位。

十一、必要的支撑条件及运行机制

支撑条件：

1、有前期的实验成果；

2、得到昆明锅炉有限责任公司的大力支持；

2、各协作单位取得共识，

项目（课题）名称：高热值低焦油的秸杆*气化技术研究

申请单位：云南师范大学太阳研究所昆明锅炉有限责任公司

一、项目概述

　　随着新世纪的到来，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，改变能源的生产和消费方式，用现代技术开发利用包括秸杆在内的生物质可再生能源，对建立持续发展的能源系统，促进社会经济发展和生态环境改善以及摆脱对化石能源的依赖都具有重大意义。

　　固定床高热值低焦油秸杆*气化技术是城镇建设中就地取材，实现气体燃料集中供应的关键性基础设施项目之一。本项目是在前期云南省科委主任基金支持的“高热值生物质气化技术”项目基础上提出的。前期项目于2000年6月顺利完成了生物质气化部分的工业化中间试验，将现行生物质热解气化气体的热值从4800-5000kJ/Nm3提高到8000-10000 kJ/Nm3。本次申请旨在希望得到*的继续支持，圆满完成该次高热值低焦油秸杆*气化技术气化技术的工业化中间试验，将秸杆气化过程中的干馏气与轻质焦油脱出，裂解成热值较高的焦油裂解气。zui后，将气化气、干馏气及焦油裂解气混合，得到低焦油、高热值的混合燃气，使之接近城市现行的人工煤气管网输配的各项技术参数的要求。前期项目试验研究结果表明，本次研究所采用的工艺技术*，技术经济指标合理。直接作为小城镇集中供气的气源设备，可以满足我国在突飞猛进的城镇化建设中，将传统直接燃烧生物质的用能方式向现代化城市用能方式和能源结构转变的需要，取得环境、经济、社会三方面的效益。

二、项目立项的必要性

　　中国有句老话：开门七件事，柴、米、油、盐、酱、醋、茶。这也是说，一个家庭过日子，*件事就是用能。对于现阶段的中国来说，开发利用包括秸杆在内的农林废弃物资源，具有特殊而重要的意义。秸杆气化不但可以提高燃料品位，提高能源利用率，而且气体燃料清洁，易于输送，使用方便，是小城镇建设中值得推广的一项好技术。我国经过改革开放二十年来的长足发展，人民生活水平有了巨大提高，农村城镇化和城市社区化建设正方兴未艾。据统计，我国城镇化水平在1978年只有17.1%，到1997年达到了30%，目前，有1.2亿农民进入城镇生活；估计到2010年，我国城镇化水平将达到45%，届时，将有6.2亿农民进入城镇生活。按“云南省小城镇发展目标设计”的要求，2005年，全省农村镇占农村乡镇总数将达到目前37.4%的全国平均水平，即农村镇540个，建制镇664个，农村镇平均人口为5000人，总人口要达到270万人。到2010年，农村镇要占农村乡镇的45%，农村镇数量要达到650个，建制镇要达到774个，总人口达到377万人。面对这种情况，传统的直接燃烧秸杆以取得炊事热能的用能方式已无法适应城镇化建设基础设施的要求，取而代之就是要就地取材，将秸杆气化成为品位较高的气体燃料，才能满足城镇化建设的基本要求。

　　秸杆一直是广大农村生活的重要能源之一，它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生能源资源，是太阳能的有机储存。而且秸杆作为一种可再生能源，有着其他化石能源不可比拟的*性。其在形成过程中，能吸收大气中的CO2，减轻温室效应；合理地使用秸杆资源，可增加作物秸杆的回田，有效减轻现代农业带来的化肥对耕地的污染及水体的富营养化等方面的困惑，同时还可以减少对森林的砍伐，增加森林覆盖率，保持水土，促进生态良性循环。能源的利用水平、质量与数量，是一个国家文明程度的重要标志。生活水平的现代化也是用能水平的现代化。中国十几亿人口，70%在农村，只有实现农村用能方式的*转变，社会才会同步发展。

　　山东能源研究所经过 “七五”、“八五”近十年的攻关研究，于1995年推出下吸式的XFL系列秸杆气化集中供气系统，在山东恒台县大潘村进行93户的集中供气试点以来，经过短短的五六年时间，全国已有近百个供气站相继建成投入运行。而云南省自2000年开始到目前为止，也建成三个集中供气点供气。这充分说明秸杆气化集中供气深受农户，特别是城镇化后的农户的欢迎。中国作为一个迅速崛起的发展中农业大国，在刚刚踏入21世纪的时刻面临着经济增长与环境保护的双重压力。在不以牺牲环境质量为代价的前提条件下，实现国民经济的持续增长，改变传统的能源生产方式和消费方式，开发利用秸杆生产清洁能源是一项必然选择。

　　然而，目前的秸杆热解气化集中供气技术，均属于空气为气化剂的固定床气化炉型，所得气体的热值低（5000KJ/NM3左右），焦油含量高（900-100000mg/m3不等），与城市管网输配所要求的燃气的标准相距甚远，只能在较小范围、较短距离内供应，无法满足城镇建设要求的较大规模的应用。本项目提出的高热值低焦油秸杆*气化技术，在云南省科委主任基金的资助下，已完成气化部分的研究结果表明，气体热值接近10000KJ/NM3，为现有产品气的一倍，而且几乎不含焦油。如果继续得到支持，进一步完善整套技术，将干馏气中的轻质焦油脱出并进一步裂解，zui后将气化气、干馏气和焦油裂解气混合，燃气热值和焦油含量将几乎达到城市管道煤气的要求。这将为城镇建设提供一套秸杆气体燃料集中供气的*基础设施。

三、相关领域国内外技术现状、发展趋势

　　在发达国家，生物质作为能源的利用，多采用高投入、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，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1.7-2.5×104kJ/m3。目前，在该领域具有水平的国家有瑞典、美国、意大利、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。

　　从80年代初开始，经过近20年的努力，我国生物质气化技术也日趋完善。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。近年来，还将煤气化技术引入到生物质气化方面来，如沸腾流化床技术可用在细粒状的生物质气化，克服了此类原料在固定床连续加料的困难，同时生物质流化床技术也被很多研究单位和高校重视，有关该项技术的实验研究也在进行中。

　　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5000KJ/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：*，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*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0.3 m3/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。

　　目前，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。本研究项目的zui大特点一是改变了以往秸杆气化采用空气为气化剂的方式，而采用水蒸汽为气化剂，从而大大提高了所得的燃气的热值。二是将含焦油的干馏气单独导出，经焦油脱出和净化处理后，得到的轻质焦油在特殊装置中裂解成为高热值燃气。zui后将干馏气、焦油裂解气掺混在气化气中，这不仅降低了燃气中的焦油含量，而且混合气热值得到进一步提高；二是干馏与气化在同一台设备中进行，改变了固体燃料气化工艺中干馏和气化分离所带来的热利用率低、设备投资大等不足。为生物质气化提供了一套崭新的工艺技术。目前，*九次会议通过了国家十五规划中把小城镇建设列为十五期间的重点发展内容。为该技术的发展提供了很好的机遇。本项目在云南师范大学太阳能研究所、云南省农村能源工作站、昆明市锅炉厂三家单位大力协作，共同攻关完成后，将能强有力促进该技术的示范运行及产业化的迅速发展。我国秸杆资源丰富，本项技术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。

四、项目申报单位的基本情况

五、有关项目现有工作基础

　　本项目是云南省科委“高热值生物质气化技术”项目的后续项目，本项目有两个部分组成，一部分为生物质干馏后的*气化，另一部分为生物质干馏产物的净化、焦油分离及焦油裂解。项目的前一部分在省科委的资助下已基本完成，并通过了云南省科委组织的专家验收；后一部分将在本次申报中获得支持后，继续完成。

　　目前，云南师范大学太阳能研究所、昆明锅炉有限责任公司两家协作单位已取得共识，将会以高昂的热情投入该项目的研究，各施所长，精诚合作，共同完成本项目的研究工作。

六、项目达到的目标及考核的技术经济指标

七、项目的主要内容及实施方案（含技术路线）

八、技术、经济分析（包括技术关键及难点分析、市场风险分析、推广应用前景及产业化可行性）

　　本项目的技术难点在于焦油的脱出、焦油中木醋酸的分离以及焦油的裂解。

　　本项目完成后，可作为城镇建设中集中供气的示范系统加以推广应用，示范系统的技术经济分析如下：

　　由于本研究开发出来的产品为高热值、低焦油的*的秸杆气化技术，较现行技术更具有生命力，更适应城镇化建设的需要，因而具有较强的市场竞争力，市场风险较小，推广应用前景广阔。本研究的完成，可为形成*的高热值秸杆气化产业提供一套产品样品，进行示范工程服务。并迅速形成产业化发展。

九、经费预算及筹措方案

4、资金筹措方案

十、项目承担单位、参加单位及主要人员的分工

本项目承担单位为云南师范大学太阳能研究所、昆明锅炉有限责任公司。

云南师范大学太阳能研究所为研发、实验单位；昆明锅炉有限责任公司为设计、制造单位。

十一、必要的支撑条件及运行机制

支撑条件：

1、有前期的实验成果；

2、得到昆明锅炉有限责任公司的大力支持；

2、各协作单位取得共识，有较高的积极性。

运行机制：

以云南师范大学太阳能研究所为主体，发挥各单位的长处，共同努力，使本项目能够顺利完成。在项目完成后，共同组建一家股份公司，形成集研发、生产、推广一条龙的产业化运作方式。

有较高的积极性。

运行机制：

以云南师范大学太阳能研究所为主体，发挥各单位的长处，共同努力，使本项目能够顺利完成。在项目完成后，共同组建一家股份公司，形成集研发、生产、推广一条龙的产业化运作方式。