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生物质气化制甲醇的关键技术和可行性分析

摘要：总结了国外生物质制甲醇的技术路线，并从系统匹配的角度阐述了生物质气化甲醇合成系统的特点。对系统中的关键环节如气化系统、净化调节系统和甲醇合成系统进行了分析，提出了适合我国国情的技术路线；同时分析了当前我国发展生物质气化甲醇合成系统亟待解决的关键问题和发展生物质制甲醇的可行性和前景。

引言

我国的生物质资源非常丰富，占能源总量的33%，仅次于煤。过去十年，我国生物质气化技术的研究取得了很大的进步，主要在供热、供气和发电等三个领域得到应用，并取得一定的经济和环境效益；而利用生物质气化途径制取甲醇的研究在我国还是空白。我国甲醇生产从原料路线分，以煤为原料的占77%，天然气占10.3%，乙炔占3.4%，重油占9.3%。

煤虽然是获得甲醇的廉价原料，但作为不可再生的矿物燃料，煤制甲醇过程仍然会产生大量的CO2，造成环境污染。从长远考虑，发展非粮食类生物质制取醇类液体燃料技术不仅对环境有益，也是保证可持续发展的重要途径。

国外从20世纪80年代开始进行从生物质中获取甲醇燃料的相关研究，到20世纪90年代系统的研究得到了广泛的发展。如美国的HynolProcess项目，NREL的生物质-甲醇项目，瑞典的BAL-FuelsProject和Bio-Meet-Project，日本MHI的生物质气化合成甲醇系统等。

生物质气化合成甲醇系统的发展，依赖于气化技术的进步。我国气化研究起步较晚，和国外相比仍存在较大的差距。当前，我国生物质气化合成甲醇研究是否具备了发展的空间，系统可行的技术路线以及技术关键是什么，由于我国在该方面的研究仍是空白，经验和可借鉴的资料不多。本文从系统匹配的角度分析了生物质气化合成甲醇系统的特点和我国发展该技术的可行性和关键环节，起抛砖引玉的作用。

1生物质气化合成甲醇系统

1.1生物质气化合成甲醇系统的特点

目前，世界上80%的甲醇是由天然气合成的。天然气合成甲醇是利用天然气的水蒸气重整变换产生合成气；而生物质合成甲醇首先要将生物质转换为富含H2和CO的原料气。与传统的原料相比，生物质中氧含量较高，所以利用传统气化方法制备的原料气中CO和CO2含量偏高，而H2明显不足，所以H/C和CO/CO2距离传统甲醇合成工艺的要求较远。而且原料气中含有惰性气体、焦油、固体颗粒及碳氢化合物等，所以不能直接转换为甲醇，需要经过中间环节，如气体净化和原料气调整等，即构成生物质气化甲醇合成系统(biomassgasificationmethanolsynthesissystem)，以下简称BGMSS。

BGMSS主要有生物质预处理、热解气化、气体净化、气体重整、H2/CO比例调节、甲醇合成及分离提纯等。为了提高整个系统的效率，降低甲醇产品的成本，还可利用以上过程中产生的余热、废气等实行热电联供。由于不同气化方式产生的气体组成有较大的差异，加之气体净化、调节系统、甲醇合成系统以及匹配的热电供应也有不同的选择，所以理论上BGMSS有很多技术路线可供选择。

和矿物燃料相比，生物质存在分散、收集成本高和规模小的特点，所以发展每日上千吨的甲醇厂是不现实的，应考虑到整个甲醇厂的规模经济需要。可从以下几个方面考虑：

1)将气化合成气加入到一个大型甲醇厂的原料气中(如利用天然气或煤的甲醇合成厂)，可减轻大规模生物质气化需求；2)使甲醇合成厂自身提高适应生物质气化炉的小规模运行，可选择以燃料级甲醇代替生产化学级甲醇为产品，简化或省略提纯过程；3)使用液相甲醇合成技术，采用“一步法”合成。该方法更适应原料波动，温度易控制，具有较高单程转化率，而且可接受较宽范围的H2/CO+CO2。“一步法”流程比传统工艺流程简化，“液体燃料-电力”联产实现了能量的梯级利用，可以降低投资费用和单位产品的生产成本；4)甲醇合成是强放热的反应，所以从转换路径中移去多余的热以及余热的利用是过程经济中的决定性因素。

1.2国外BGMSS的技术路线

从国外的BGMSS系统可看出，技术路线主要有3种：

1)利用氧气/水蒸气为气化介质，采用加压流化床气化炉将生物质气化，气化后合成气经过净化，CO变换，CO/H2的比例调整，CO2和H2S的脱除等过程，然后经甲醇合成反应器合成甲醇。

2)生物质在加氢气化炉中反应，产生富甲烷气，气化炉出来的气体在重整反应器中经水蒸气变换过程形成CO和H2，作为合成甲醇的原料气。

3)气化后的气体，不经过水蒸气变换过程而直接进入甲醇合成反应器，即所谓的“一步法”合成，未反应的气体进行联合循环发电。虽然甲醇产量较低，但燃气和热电同时产生，系统效率得到提高。

1.3BGMSS的技术路线选择

甲醇分子式中C/H2=0.5，当反应物