邢蕾

摘要：能源緊張是世界性的發(fā)展問題，我國雖然地大物博，但是可供利用的能源資源有限，隨著現(xiàn)代化建設(shè)對于能源資源的快速消耗，能源緊缺已經(jīng)成為阻礙社會經(jīng)濟發(fā)展的主要問題之一。生物質(zhì)技術(shù)是目前解決我國能源問題的有效發(fā)展途徑之一，利用生物質(zhì)氣化技術(shù)制備活性炭，能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的能源效應(yīng)。本文首先介紹了利用生物質(zhì)氣化技術(shù)進行活性炭制備的積極意義，分析生物質(zhì)氣化技術(shù)概述和原理，結(jié)合生物質(zhì)氣化所產(chǎn)木炭蒸汽法制備活性炭研究現(xiàn)狀，探究利用蒸汽法制備活性炭的的發(fā)展前景，為緩解我國能源緊張問題，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供思路參考。

Abstract： Energy shortage is a worldwide development problem. Although China has vast land and resources， the available energy resources are limited. With the rapid consumption of energy resources by modernization， energy shortage has become one of the major problems that hinder social and economic development. Biomass technology is currently one of the effective ways to solve China's energy problems. Using biomass gasification technology to prepare activated carbon can achieve a more ideal energy effect. This article firstly introduced the positive significance of using biomass gasification technology for the preparation of activated carbon， analyzed the general principles and principles of biomass gasification technology， combined the current research status of the preparation of activated carbon by using biomass gasification steam method， and explored the prospects， so as to alleviate the problem of energy shortage and provide ideas and references for the sustainable development of society and economy.

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；氣化技術(shù)；蒸汽法；活性炭；制備

Key words： biomass；gasification technology；steam method；activated carbon；preparation

中圖分類號：TQ424.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0112-02

0 引言

為了緩解我國日益緊張的能源狀況，國家科研部門不斷探索新能源，其中，生物質(zhì)活性炭就是其中的新能源類型之一。利用蒸汽法進行生物質(zhì)氣化活性炭制備需要經(jīng)過相當嚴格的制備工藝和一系列復(fù)雜環(huán)節(jié)，當前我國的生物質(zhì)氣化技術(shù)已經(jīng)取得一定成效，只要做好生物質(zhì)氣化所產(chǎn)木炭蒸汽法制備活性炭的注意事項，嚴格執(zhí)行活性炭氣化制備標準和規(guī)范，就能實現(xiàn)有效的制備目標。

1 利用生物質(zhì)氣化技術(shù)進行活性炭制備的積極意義

生物質(zhì)是一種典型的可再生能源，地球上每年通過植物光合作用固定的碳元素達2000億噸。據(jù)估算，中國生物質(zhì)資源生產(chǎn)潛力可達650億噸/年，折合33億噸標準煤，相當于每年化石資源消耗總量的3倍以上。國內(nèi)大部分生物質(zhì)資源（農(nóng)作物秸稈等）被直接焚燒，造成資源的大量浪費，同時也造成環(huán)境的嚴重污染。

利用生物質(zhì)氣化技術(shù)進行活性炭制備，不僅能夠有效緩解我國能源緊張問題。從環(huán)境效益上看，采用生物氣化技術(shù)進行活性炭制備，開發(fā)新能源形式，對于減少因為能源消耗而造成的環(huán)境污染具有積極作用，能夠減少城市二氧化碳污染，緩解溫室效應(yīng)，對于環(huán)境改善具有一定的效用。

2 生物質(zhì)氣化技術(shù)概述和原理

生物質(zhì)，即植物或動物應(yīng)該光合作用原理儲存的有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)主要包含動植物的排泄物、有機廢水、垃圾等。而真正適用于生物氣化活性炭制備的生物質(zhì)主要包括農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的廢棄物，諸如農(nóng)作物的秸稈、林木枝干、果殼、稻草等，都可以作為生物質(zhì)氣化活性炭的制備原料。生物質(zhì)的氣化處理需要用到氣化爐，相關(guān)的活性炭制備原料在被粗略的進行破碎處理后，進入氣化爐中，氣化爐中一般呈現(xiàn)乏氧狀態(tài)，在氣化劑（氣化爐中的氣化劑包括二氧化碳氣化劑、水蒸氣或空氣）的作用下，把組成生物質(zhì)的碳水化合物轉(zhuǎn)化成一氧化碳（CO）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等無污染或是污染少的可燃氣體，這一過程即為生物質(zhì)技術(shù)。這種采用水蒸氣活化法進行活性炭的制備，其活性炭制備的質(zhì)量主要會受到炭化溫度、活化時間、水蒸氣用量、活化溫度等影響，要想獲取高質(zhì)量的生物質(zhì)氣化活性炭，必須嚴格掌握時間和溫度。文主要探究生物質(zhì)蒸汽法制備活性炭工藝，生物質(zhì)氣化技術(shù)過程按照過程來劃分，可以分為四個步驟，即從干燥——熱解——氧化——還原的過程。

2.1 干燥

利用生物質(zhì)技術(shù)進行活性炭的干燥處理是生物質(zhì)氣化處理的第一步，即將活性炭氣化制備原料放入氣化爐，與爐中的熱量進行反應(yīng)，實現(xiàn)原料中水分的蒸發(fā)。對于原料的干燥處理一般在氣化爐頂部，干燥處理溫度正常應(yīng)控制在50至250℃。

2.2 熱解

活性炭氣化制備原料經(jīng)過氣化爐頂?shù)母稍锾幚砗螅龠M入熱解區(qū)，熱解區(qū)的熱量對于原料持續(xù)加溫，當原料的穩(wěn)定等于或大于160℃的情況下，這時爐中的生物質(zhì)產(chǎn)生熱解反應(yīng)，產(chǎn)生一些揮發(fā)物，這些揮發(fā)物主要包括水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、碳、焦油等等低分子烴類可燃氣體。

2.3 氧化

經(jīng)過熱解處理的原料產(chǎn)生的一系列可燃氣體在爐中經(jīng)過氣化劑的作用，溫度持續(xù)上升，到這些氣體溫度達到熱解氣體的最低著火點，即≥250℃時，氣體會被點燃，發(fā)生燃燒，使得高溫下的炭原料也發(fā)生燃燒效應(yīng)，炭原料在燃燒過程中會產(chǎn)生水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體，并伴隨著大量的熱量產(chǎn)生，這些熱量就是氣化爐中為干燥和熱解階段熱量的主要來源。此時爐內(nèi)氧化區(qū)的溫度不斷上升，將會高達600至1200℃。

2.4 還原

經(jīng)過一系列的加熱升溫處理后，原料到打還原區(qū)時已經(jīng)沒有了氧氣，而氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的高溫水蒸氣和二氧化碳等氣體與爐內(nèi)的炭原理會發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和一氧化碳。經(jīng)過還原反應(yīng)后，爐中的高溫逐漸被吸收降低到400至600℃。

3 生物質(zhì)氣化所產(chǎn)木炭蒸汽法制備活性炭研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景

3.1 生物質(zhì)氣化所產(chǎn)木炭蒸汽法制備活性炭研究現(xiàn)狀

以往我國的活性炭制備原料多是采用木材，但是隨著國家對于森林保護政策的不斷加強，也是為了實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，將木材作為主要的生物質(zhì)氣化活性炭制備原料的發(fā)展受到越來越多的限制，成本也在呈現(xiàn)上升趨勢。因此，我國開始探究更多的活性炭制備原料來源，這也是現(xiàn)階段我國相關(guān)學者和專家們正在研究的生物質(zhì)氣化制備活性炭的重點方向。

學者們探究了利用桑木枝、食物果殼（包括稻殼、花生殼、核桃殼等）作為原料進行生物質(zhì)氣化制炭技術(shù)，這些果殼制作的活性炭功用比較多，例如，采用優(yōu)質(zhì)椰殼（果殼）為原料，以先進的工藝設(shè)備精制而成，其外觀為黑色不定型顆粒，具有比表面積大、間隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、吸附能力強、機械強度高、易再生等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飲用水的提純凈化，及工業(yè)廢水、污水、江河水質(zhì)的除臭凈化，深度改良，去除有害物質(zhì)。凈化室內(nèi)空氣，吸附有害氣體及防毒面具，濾毒器材的充填。此外，相關(guān)學者和專家也在積極探索更廣泛的生物質(zhì)活性炭可使用的原料素材，以循環(huán)發(fā)展、綠色經(jīng)濟理念等開發(fā)新工藝，例如，研究在傳統(tǒng)污泥處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出新型的污泥熱解綠色處理技術(shù)，并開發(fā)與之相關(guān)的其他技術(shù)共同形成循環(huán)經(jīng)濟商業(yè)模式。該項目技術(shù)成本低廉、零污染排放，在熱解污泥的同時能夠產(chǎn)生大量性能優(yōu)越的生物活性炭。生物活性炭可進一步用于廢水、廢氣等高排放工業(yè)企業(yè)，有效吸附廢水廢氣中的有害物質(zhì)。

通過為客戶處理污泥、提供生物活性炭、并將失活的生物活性炭再生使其可重復(fù)利用，項目能夠以技術(shù)服務(wù)的形式、有競爭力的價格，與客戶建立長期的合作關(guān)系。未來，生物質(zhì)氣化在制備活性炭方面將取得更大的進展，更多的生物質(zhì)原料可以通過技術(shù)研究成為新的活性炭制備原料。

3.2 生物質(zhì)氣化所產(chǎn)木炭蒸汽法制備活性炭發(fā)展前景展望

立足北方果殼活性炭產(chǎn)業(yè)集群生產(chǎn)和擁有豐富的果殼生物質(zhì)資源現(xiàn)狀，針對國內(nèi)果殼活性炭存在消耗大、得率低、勞動強度大、環(huán)境污染嚴重及企業(yè)效益低等一系列突出問題，進行活性炭生物質(zhì)氣化發(fā)電、炭電聯(lián)產(chǎn)是活性炭產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的必然需求。

目前，一些地區(qū)已經(jīng)開始成功進行了稻殼發(fā)電，建設(shè)生物質(zhì)氣化發(fā)電站，對果殼生物質(zhì)氣化聯(lián)產(chǎn)炭電熱肥項目進行了深入的研究。經(jīng)過近年來的研究與試驗，2014年9月18日1MW承德華凈活性炭有限公司的杏殼氣化發(fā)電中試項目投入運營，杏殼氣化產(chǎn)生的可燃氣用于發(fā)電，還能產(chǎn)生熱能供暖、生產(chǎn)活性炭及炭有機肥四種產(chǎn)品。預(yù)計明年公司將建成“5MW杏殼氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)活性炭關(guān)鍵技術(shù)集成與示范”項目，實現(xiàn)年發(fā)電3600萬度并網(wǎng)，同時得到杏殼炭化料1.70萬噸，活性炭0.9萬噸，實現(xiàn)產(chǎn)值1.08億元。

該項技術(shù)具有世界領(lǐng)先水平，為世界首家大型活性炭發(fā)電項目，項目的實施除了得到綠色能源外，還能實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電與活性炭清潔生產(chǎn)的高效結(jié)合，對提高活性炭的品質(zhì)，減少環(huán)境污染，減少溫室氣體與PM2.5的排放具有良好的效果，將促進果殼活性炭特色產(chǎn)業(yè)盡早形成一個清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗、資源循環(huán)利用的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，將極大地促進活性炭產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步。

4 結(jié)論

隨著我國工業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，未來使用活性炭的方面會越來越多，實驗證明，生物質(zhì)氣化制備的活性炭工藝具有一定的可行性，能夠滿足我國經(jīng)濟發(fā)展對于活性炭的需求，還能變廢為寶，節(jié)約資源，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟發(fā)展目標。生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展對于緩解我國能源緊張問題、改善生態(tài)環(huán)境具有積極作用，利用這一技術(shù)工藝進行蒸汽法活性炭制備能夠帶來客觀的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，是一項惠及多方的可持續(xù)發(fā)展路徑。

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