1文献综述
1.1研究背景及意义
能源话题一直都是世界性的话题,人类依靠着能源才得以生存和发展。随着社会经济的迅速发展,人类对能源的需求量越来越庞大。目前人类所使用的主要能源还是来自于煤、石油、天然气三大化石能源。伴随着化石能源的大量开采及利用,一系列弊端逐渐显现出来。首先,化石能源属于不可再生能源,由于人类消耗化石能源的速率远远大于其生成速率,因此导致无法源源不断地获取,并且化石能源在世界范围内的总储量相对有限,据研究调查结果显示,全球已探明的煤炭、石油、天然气的储量按照目前的消费速度来看仅仅可维持110年、52.5年、54.1年[1]。其次,化石能源是非清洁能源,由于大量地使用化石能源,人类所处的环境收到了日益严重的污染[2]。其中最为明显的便是空气质量的下降,在化石能源的使用过程中会排放出大量的废气和粉尘,二氧化碳排放量的增加会造成温室效应的加剧,气候变化异常,海平面上升,引发更多的自然灾害。二氧化硫和氮氧化物的排放则会形成酸雨,造成土壤酸化,影响粮食产量。粉尘烟雾的排放不仅影响城市的整体环境,还会对人体的呼吸系统造成伤害。
环境问题与能源问题是密切联系的,要想改善环境问题,必须从能源结构这一角度入手。如今,各个国家都在努力研究开发具有清洁可再生特点的能源,如太阳能、风能和生物质能等。在众多可再生能源中,生物质能占据着重要位置,其作为唯一可储存和运输的清洁能源,在能源消费量踞第四位[3],仅次于煤、石油和天然气。生物质资源总量十分丰富,分布广泛,拥有巨大的开发潜力[4-6]。
开发和利用生物质能有利于调整能源结构,缓解能源紧张的状况,为此,对生物质利用技术的研究引起了很大的重视。目前,生物质气化技术是最为高效利用生物质能的途径之一[7-9],并且在部分地区已经设立工厂将该项技术投入使用,然而生物质气化技术对原料的适应性不强,气化效率不高,燃气热值较低,焦油含量高,经济效益不高等缺点制约着气化技术的进一步推广,研究生物质气化技术的影响因素,解决气化技术中的难点对改变能源结构,改善生态环境,促进经济发展有着重大的现实和战略意义。
1.2生物质气化技术
生物质能源转化技术总体上讲可以分为三种,物理转化、化学转化和生物转化。生物质气化技术属于热化学转化方式的一种,是目前生物质能利用技术研究的热门方向。生物质气化是一种高效、洁净的能源利用方式,在提高生物质利用效率以及对待环境问题上面发挥着积极的作用。经过多年的研究,生物质气化技术进展得到了飞速的发展,除了能够获得高热值的燃气外,还可以获得其它的化工产品。这项技术有着非常高的实用价值,虽然还未进入大规模的工厂化阶段,但这绝对是解决能源与环境问题上潜在的希望。
1.2.1生物质气化技术原理
生物质气化是生物质裂解气化的简称,是指以空气、富氧空气、氧气、空气和水蒸气等作为气化剂[10],在高温的条件下发生热化学反应将生物燃料转化成气体燃料的过程[11]。气化工艺是一种高效率的转化方式,它能够将固体的生物燃料转化为利用起来方便的燃气,生物燃料中的化学能转移到燃气中去,能够获得更多方面的利用方式。
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