全球低碳發(fā)展正迫使能源結(jié)構(gòu)從化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)變，期望在減少對化石能源依賴的同時，減少二氧化碳的排放。生物質(zhì)作為自然界最大的有機群體，是唯一具有類化石燃料特性的固體資源。生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)可以將低階生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高能量密度的燃油和燃?xì)猓涮娲加图叭細(xì)?，本質(zhì)加快了二氧化碳在植物生長周期中的循環(huán)速度，不額外產(chǎn)生二氧化碳，是具有碳中和屬性的過程。利用基于光伏電解水制備的綠氫可進(jìn)一步調(diào)節(jié)生物質(zhì)合成氣氫碳比，成為甲醇合成、綠色航煤合成、氫甲酰化等的原料氣，也可將二氧化碳循環(huán)到化工產(chǎn)品生產(chǎn)及使用過程，不僅延長二氧化碳循環(huán)周期，而且可大幅度提高“綠碳”使用率，降低生物質(zhì)原料消耗量，以新質(zhì)生產(chǎn)力有效貢獻(xiàn)國家碳中和目標(biāo)。

——傳統(tǒng)氣化技術(shù)不能滿足綠色甲醇/航油合成產(chǎn)業(yè)的技術(shù)需求

利用生物質(zhì)作為綠色“碳”源，氣化成為可將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為合成氣的唯一技術(shù)路徑選擇。大規(guī)模氣化可以考慮借鑒具有很好工業(yè)實踐的煤氣化技術(shù)。但是，由于生物質(zhì)自身能量密度低、揮發(fā)分含量高、氧含量高、堿金屬含量高、含灰以SiO2為主，作為燃料在性質(zhì)上與煤比較的相異性大，致使煤氣化技術(shù)往往不能適應(yīng)大規(guī)模生物質(zhì)氣化的需要，具體表現(xiàn)為：（1）魯奇氣化爐式的固定床氣化技術(shù)對原料的強度和熱穩(wěn)定性要求高，生物質(zhì)難以滿足要求；（2）循環(huán)流化床氣化技術(shù)產(chǎn)生的合成氣中焦油含量高，需配置二段裂解爐脫除生物質(zhì)焦油，裂解爐需要升溫至1100℃以上，能耗高且對低灰熔點的生物質(zhì)原料適應(yīng)性不好；（3）氣流床技術(shù)要求的微米級磨粉不能直接適用生物質(zhì)，需將生物質(zhì)碳化成生物質(zhì)顆粒，預(yù)處理過程復(fù)雜、難度大，同時灰渣的硅鋁比高，氣流床運行時實現(xiàn)“以渣抗渣”難度大。

——流態(tài)化兩段氣化技術(shù)創(chuàng)新破解生物質(zhì)氣化“焦油”難題

為了最大程度地使氣化爐吃“粗糧”，并從根源上破解生物質(zhì)氣化過程副產(chǎn)焦油的世界共性難題，沈陽化工大學(xué)許光文教授團隊，創(chuàng)新了流態(tài)化兩段氣化技術(shù)，利用流態(tài)化反應(yīng)器實現(xiàn)了低焦油兩段氣化工藝（如圖1所示），通過生物質(zhì)熱解和半焦氣化的反應(yīng)解耦，協(xié)同了生物質(zhì)預(yù)氧化降低焦油生成、生物質(zhì)焦油熱裂解和高溫半焦催化裂解深度脫除焦油的作用，并依據(jù)產(chǎn)品氣品質(zhì)分別優(yōu)化調(diào)控?zé)峤馀c氣化/焦油裂解的反應(yīng)溫度和條件，在易大規(guī)?；牧鲬B(tài)化反應(yīng)過程中有效實現(xiàn)中低溫氣化的超低焦油生成和釋放的技術(shù)優(yōu)勢。

流態(tài)化兩段氣化已在空氣氣化生產(chǎn)燃?xì)夥矫娉晒?yīng)用于中藥渣、白酒糟等輕工過程的生物質(zhì)廢物，在河南、四川、山東、安徽等地建成了年處理工業(yè)生物質(zhì)廢物1萬噸至5萬噸級的多套產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用工程（圖2為代表性應(yīng)用），有效實現(xiàn)了氣化燃?xì)饨褂秃康陀?0mg/Nm3的國際先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)。

——流態(tài)化兩段氣化技術(shù)在國內(nèi)外學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界獲得高度評價

流態(tài)化兩段氣化技術(shù)工藝及其實現(xiàn)低焦油的技術(shù)特色和優(yōu)勢，已獲得了國內(nèi)外學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界的高度認(rèn)可與肯定評價。例如，加拿大工程院院士、加拿大國家工程院原院長M.A.Rosen在其生物質(zhì)氣化技術(shù)綜述論文中將流態(tài)化兩段氣化列舉為世界上具有前景技術(shù)的第一個。2021年，加拿大西部經(jīng)濟發(fā)展部（WesternEconomicsDiversificationCanada）和加拿大自然資源部(NaturalResourcesCanada)等還為UBC和FPInnovations立項400余萬加元，支持開展流態(tài)化兩段富氧氣化制備生物質(zhì)合成氣的技術(shù)工藝和低焦油特性的評價和驗證研究。針對技術(shù)在多家制藥廠有效實現(xiàn)高含水中藥渣能源化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，中國輕工業(yè)聯(lián)合會鑒定技術(shù)“國際領(lǐng)先”，并獲得中國輕工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)獎一等獎。相關(guān)的技術(shù)發(fā)明成果和基礎(chǔ)研究成果還分別獲得了遼寧省技術(shù)發(fā)明獎一等獎和中國化工學(xué)會研究成果獎一等獎。

——流態(tài)化兩段生物質(zhì)純氧（富氧）氣化實現(xiàn)技術(shù)驗證

一是運行穩(wěn)定性與合成氣品質(zhì)。流態(tài)化兩段氣化在易于工業(yè)放大的流態(tài)化反應(yīng)器系統(tǒng)中實現(xiàn)反應(yīng)分級的“兩段”超低焦油氣化原理，使其更加適合高含水的小顆粒燃料的氣化轉(zhuǎn)化，包括生物質(zhì)及低階煤。在成功實現(xiàn)空氣氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用基礎(chǔ)上，響應(yīng)“綠色合成”對生物質(zhì)氣化生產(chǎn)合成氣對大規(guī)模低焦油氣化技術(shù)的重大需求。近日沈陽化工大學(xué)的許光文團隊建成并運行了生物質(zhì)富氧氣化制備低焦油合成氣的實驗室規(guī)模流態(tài)化兩段氣化工藝裝置。針對高焦油產(chǎn)率的松木生物質(zhì)成型顆粒燃料開展系統(tǒng)實驗，并實現(xiàn)長時間連續(xù)穩(wěn)定運行，結(jié)果如圖3、圖4所示。采用O2/CO2的富氧氣化，系統(tǒng)穩(wěn)定操作近50小時（如圖3所示），產(chǎn)品氣中有效氣（H2+CO+CH4）含量達(dá)70%，但由于實驗室的長時間實驗過程中未使用蒸汽氣化劑，且提升管反應(yīng)器較短和采用電加熱，致使H2/CO偏低，甲烷含量偏高，在實際的工程規(guī)模的更高溫O2/CO2/蒸汽氣化時存有極大提升空間。

二是合成氣焦油含量極低。前述長時間實驗過程中，每間隔5小時通過三級丙酮液洗滌產(chǎn)品氣樣品流，測試氣體中的焦油含量。產(chǎn)品氣中的焦油含量隨運行時間逐漸降低，在28小時后的丙酮洗滌液已澄清透明（如圖4所示），很難測出含有焦油，表明實現(xiàn)了超低焦油氣化。同時，圖3的溫度曲線表明，電加熱的實驗裝置所形成的氣化反應(yīng)溫度并不高（大約800℃），在工業(yè)規(guī)模氣化爐中，該氣化反應(yīng)溫度將穩(wěn)定于900℃以上，并將適用一定配比的蒸汽氣化劑，因此更利于焦油在氣化反應(yīng)器中的熱裂解、催化裂解和催化重整，保障超低焦油合成氣的有效生產(chǎn)。

——生物質(zhì)富氧氣化生產(chǎn)超低焦油合成氣的技術(shù)發(fā)展

當(dāng)前，全球推進(jìn)碳中和目標(biāo)，提出了綠色甲醇、綠色航煤生產(chǎn)的緊迫要求，國內(nèi)外大型能源及化工企業(yè)都啟動了不少大型產(chǎn)業(yè)化項目，開展前期可行性的深入研究。結(jié)果表明：基于生物碳的綠色合成全技術(shù)鏈，在國內(nèi)外都缺乏能產(chǎn)業(yè)化的生物質(zhì)合成氣生產(chǎn)技術(shù)，即生物質(zhì)純氧（富氧）氣化技術(shù)。應(yīng)用于煤氣化的各種大型氣流床氣化技術(shù)由于在燃料品質(zhì)和含灰特性方面的差異，難以有效應(yīng)用于生物質(zhì)燃料?；诹骰驳臍饣诔蔀樯镔|(zhì)氣化實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模合成氣生產(chǎn)的優(yōu)選技術(shù)，但需要破解生物質(zhì)流態(tài)化氣化的“焦油”難題。

流態(tài)化兩段技術(shù)工藝，通過其空氣氣化制備燃?xì)獾墓I(yè)應(yīng)用實踐和上述實驗室裝置富氧氣化長時間運行對焦油深度脫除的驗證，充分證明和揭示了該工藝保障生物質(zhì)氣化低焦油技術(shù)特征的有效性和可行性。該工藝技術(shù)簡單，基于雙流化床反應(yīng)系統(tǒng)，國內(nèi)外具有很好的裝備與過程產(chǎn)業(yè)化實踐，因此具有很好的工業(yè)放大性能，是未來支撐“綠色甲醇/航油產(chǎn)業(yè)鏈”生物質(zhì)氣化技術(shù)的有力競爭者。

正由于認(rèn)識到技術(shù)的先進(jìn)性和產(chǎn)業(yè)化可能性，加拿大的政府部門設(shè)立了專項，與技術(shù)發(fā)明負(fù)責(zé)人許光文教授簽訂了技術(shù)來源聲明書和保密協(xié)定，定向經(jīng)費支持UBC和FPInnovations開展流態(tài)化兩段氣化生產(chǎn)生物質(zhì)低焦油合成氣的技術(shù)可行性驗證和實踐。許光文教授團隊將全力推進(jìn)與國內(nèi)外大型企業(yè)的合作，開展加壓流態(tài)化兩段氣化生產(chǎn)生物質(zhì)低焦油合成氣的工藝和裝備研究，以突破基于生物質(zhì)原料的綠色合成技術(shù)流程目前面臨的難題技術(shù)。