利用生物质作为碳源，耦合光伏电解水制“绿氢”，通过催化合成生产绿色航煤、绿色甲醇已成为国内外当前的绿色低碳技术研发热点和新兴能源与化工产业方向，也成为推进“碳中和”目标的重大技术。在合成气制备、净化和催化合成等众多关键技术中，国内外仍未能实现产业化突破的生物质气化制合成气技术成为了全技术链的“卡点”“堵点”。由于生物质与煤在燃料组成、可磨性、成浆性、以及灰物化特性等方面的显著差异，拥有大量产业应用业绩的各类大型煤气化技术（主要气流床气化）难以应用于生物质燃料。基于流态化的大规模生物质气化被认为是最合适的技术选择，但需要破解生物质气化及净化过程的“焦油”难题，并推进生物质制合成气运行条件的工程化放大和产业化应用。

沈阳化工大学许光文教授团队联合济南黄台煤气炉有限公司，创新建造了年万吨级流化床两段气化工业试验装置，其利用流态化反应器实现燃料热解与半焦气化/焦油裂解反应的解耦与重构，形成生物质半焦的“催化”与“再生”完整循环（图1示），在快速流化床反应器中协同生物质焦油热裂解、氧化裂解、高温半焦催化裂解的作用，促成在反应体系中的焦油深度脱除，实现生物质气化制低焦油燃气或合成气的技术目标。发挥流态化反应器中高效传递与反应的技术优势，创新的生物质气化技术对高含湿、低热值生物质燃料具有独特的适应性。

图1流化床两段气化制备超低焦油燃气/合成气技术流程示意

流化床两段空气气化生产燃气技术已成功应用于中药渣、白酒糟等轻工过程的生物质废物，在河南、四川、山东、安徽等地建成了年处理工业生物质废物万吨至5万吨级的多套产业化应用工程，有效实现了气化燃气焦油含量低于50 mg/Nm³的国际先进技术指标。本次工业试验的主要任务是：验证常压流化床两段气化工艺在多种生物质原料富氧气化（氧气+空气+水蒸气为气化剂）制高品质燃气、纯氧气化（氧气+水蒸气）制合成气方面的技术可行性与装置运行的连续稳定性。工业试验使用山东本地水稻秆、玉米秆的成型颗粒燃料（表1示），通过匹配反应条件与氧气/水蒸汽的供给，气化系统温度稳定在750-880 ^oC的范围内，最长连续稳定操作时间超过110小时（图2示）。

表1 流化床两段气化工业试验中使用的生物质燃料及其特性

注: 示范实验中使用的原料为收到基，*固定碳含量由差减法计算得到。

图2 生物质纯氧/水蒸气流化床两段气化制备合成气的主要运行参数演变

对应的产气结果如图3示。连续运行实验的进料量2400-2800公斤/小时，过量空气系数0.3～0.4，气化剂中氧气浓度控制在30-40%。运行过程中可很好切换富氧及纯氧气化、更换劣质原料、调整燃料处理量等，工艺和装置表现了很好的稳定运行特性。通过改变操作参数，可在一定范围调变产品气的热值及有效气含量。如图3所示，高热值时火炬呈现亮黄色，在开展的实验中（利用N₂作为返料气体），最高热值超过2400 kcal/Nm³；高含氢时火炬呈现淡蓝色，装置出口的氢气含量最高接近40%（体积含量），有效合成气（CO+H₂）分率65%左右，但含有5%左右的甲烷。装置对低劣的生物质燃料玉米秆2也显示很好的适应性，但原料中含灰量高明显降低了气体产率。实验过程中，生物质冷态气化效率稳定维持在80%以上。在实际应用工程中，将使用过热蒸汽作为返料阀的返料风，因此可以进一步优化产品气的品质，提高有效气分率。分析布袋收集的飞灰组分表明：连续稳定运行形成的飞灰碳含量可控制在30%以下（如表2示）。

图3生物质纯氧/水蒸气流化床两段气化制备合成气连续运行结果

表2 流化床两段气化工业试验飞灰分析

注:飞灰为实验结束后空气基，*固定碳含量由差减法计算得到，碳含量为元素分析结果。

在前述连续试验中，选择旋风分离器至高温空预器的管道设置了气体/焦油采样口，通过吸气泵形成的样品气流通过丙酮液洗涤收集焦油、同时净化产品气采样用于组成分析。连续采气时间10小时左右，通过处理吸收焦油的丙酮液分析焦油含量（图4示）。结果表明，以玉米秸秆作为原料时的稳定运行阶段产品气焦油含量1.58 g/Nm³，而以水稻秆作为原料时的产品气焦油含量降为0.58 g/Nm³。这是针对试验装置的结果，在实际的工程化装置中，通过分级供氧、优化气化温度等措施，必将进一步降低产品气焦油含量。同时，试验结果表明：为保障甲醇、航煤合成催化剂的工作环境和使用寿命，气化产品气应经水洗除尘，所验证气化技术可充分控制合成气的焦油含量在工艺要求的可行范围内。

图4玉米秸秆和水稻秆气化制备的产品气中焦油含量分析及结果

综上，试验结果充分证明和揭示了流化床两段气化技术应用于生物质燃料有效保障生物质合成气品质、工艺装置连续稳定运行、以及具有低焦油和宽燃料适应性的技术优势及特征，验证了新技术制备生物质合成气的可行性和实施进一步工程化放大的有效性。实际上，这是至今国内报道的连续运行时间最长、试验的生物质燃料种类最多、所产合成气焦油含量最低、且有效合成气产率最高的生物质气化制备合成气的工业试验运行结果。

验证的流化床两段气化的工艺简单（参阅图1），且基于双流化床反应系统，国内外具有装备与过程产业化的很好实践，因此具有很好的推进技术产业化前景，成为未来支撑“绿色甲醇、绿色航油产业链”的生物质气化核心技术的有力竞争者。基于成功的工业试验，团队将全力推进与国内外大型企业的工程化、产业化合作，一方面推进常压流态化两段气化技术的产业化示范，另一方面开展加压流态化两段气化生产生物质合成气的工艺装备开发，多维度推动基于生物质原料的绿色合成成套技术工艺产业化当前所面临的难题和瓶颈。

通讯信息1：韩振南（hanzhennan1989@163.com）、王超（wangchao_0703@163.com），沈阳化工大学 能源与化工产业技术研究院，特色资源化工与材料教育部重点实验室，辽宁省沈阳市经济技术开发区十三号街11号路沈阳化工大学。

通讯信息2：周立国（18340065888@139.com），济南黄台煤气炉有限公司/济南海耀新能源设备有限公司 山东省济南市大明湖街道泉城路世茂广场B座901。