【摘 要】
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生物质是一种可再生能源，将其作为固体燃料甲烷化，可以减少对煤炭等化石燃料的依赖，也成为能源消费结构调整中天然气生成的重要途径。生物质固废甲烷化主要有三种途径：生物化学转化途径（厌氧消化）、热化学转化途径甲烷化以及结合化学链气化技术的化学链甲烷化。厌氧消化工艺使用微生物细菌将生物质固废转为小分子生物，过程中可产生沼气，沼气主要由50%～70%的甲烷和30%～50%的二氧化碳组成，目前从单段消化池发展
【机 构】
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东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室
【基金项目】
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国家重点研发计划（2019YFC1906802）；
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生物质是一种可再生能源，将其作为固体燃料甲烷化，可以减少对煤炭等化石燃料的依赖，也成为能源消费结构调整中天然气生成的重要途径。生物质固废甲烷化主要有三种途径：生物化学转化途径（厌氧消化）、热化学转化途径甲烷化以及结合化学链气化技术的化学链甲烷化。厌氧消化工艺使用微生物细菌将生物质固废转为小分子生物，过程中可产生沼气，沼气主要由50%～70%的甲烷和30%～50%的二氧化碳组成，目前从单段消化池发展到多段多批次消化系统。重点介绍了7种工艺流程，包括Waasa工艺、Dranco工艺、Valorga工艺、Kompogas工艺、顺序分批厌氧堆肥（SEBAC）工艺、厌氧相态固体（APS）消化工艺及久保田一体式厌氧膜生物反应器（KSAMBR）工艺，其中KSAMBR是近十年来发展起来的一种新型工艺，其浸没式膜可保留产甲烷菌，过滤可溶解的甲烷发酵抑制剂，工艺过程稳定、蒸煮器的容积小。气化结合甲烷化工艺将气化炉和甲烷化反应器前后连接，结合去除硫化物、氯化物、焦油和固体灰等净化过程，最终获得合成天然气。介绍了荷兰能源技术中心（ECN）生物质制天然气工艺、德国太阳能氢气研究中心（ZSW）工艺、瑞士保罗谢勒研究所（PSI）工艺等3种工艺流程。其中，ECN生物质制天然气工艺800kW的中试规模装置，处理量约160kg/h; ZSW工艺多管式反应器采用镍基催化剂，通过熔盐多管热交换手段保持反应器整体温度在500℃左右，可获得含量为81.9%的甲烷气体；PSI工艺采用快速内循环流化床，气化反应温度为850℃,出口气体中CH4含量以干气体计约为9%。化学链甲烷化工艺将CaO吸附CO2的过程加入到气化过程中，免去后续去除CO2工艺，提高了H/C比，从而简化甲烷化的后处理过程。基于CaO循环的化学链甲烷化不仅可以吸收甲烷化反应中的热量，同时对生产过程的CO2进行封存，将实现碳的负平衡。该技术有望在资源化利用生物质固废方面实现大规模应用。研究成果为生物质固废甲烷化技术的工艺选择和设计提供参考。
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