1 引言

1.1 经济政治背景

随着世界经济的发展和能耗的增加，能源与环境问题已经成为全世界共同关注的热点问题。为此，国家”十二五”规划纲要^[1]明确”绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”的发展主题，深化产业结构调整，构建现代产业发展新体系势在必行。研究可再生能源相关理论并推动其产业化应用，实施以低能耗、低污染和低排放为特征的”低碳经济”模式^[2]，是实现环境、资源和能源可持续发展的必由之路。

1.2 生物质能应运而生

生物质能是唯一可贮存和运输的可再生能源，也是唯一能替代化石资源转化为燃料和基础化工原料，可实现碳资源循环利用的可再生资源^[3-5] 。生物质能的利用，气化是第一步，我国在生物质气化方面以中科院广州能源所领衔，建立了MW级的分布式供气和发电等示范系统^[5]，目前来看，由于还有一些技术方面的原因，生物质气化过程正处于产品化向商品化转型阶段，尚没有大规模工业化，其中有一个重要的原因是焦油的存在。

2 焦油的特征和分类

生物质焦油是由芳烃及其衍生物组成的复杂混合物，可检测到的组分即达100多种。其中，质量分数大于5％的约有7种，分别是苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。生物质焦油在300 ℃以上呈气态，200 ℃以下逐步凝结为液体。ECN（Energy research Center of The Netherlands，荷兰能源研究中心）的Bergman等[10]提出根据分子量和沸程，将焦油分为五类：（1）GC（Gas Chromatography，气相色谱）无法检测到的成分；（2）杂环芳烃：含有N和O等杂原子；高水溶性；主要成分为吡啶、酚、甲酚、喹啉和异喹啉等；（3）轻芳香烃（1环）：通常为单环轻碳氢化合物，主要成分为甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等；（4）轻多环芳烃（2~3环）：在非常低的浓度也会凝聚，主要成分为茚、萘、甲基萘、联苯、苊烯、芴、菲和蒽等；（5）重多环芳烃（4~7环）：在低浓度和高温条件下凝聚。第一类、部分第二类以及第五类焦油属于重焦油，通过冷却即可脱除；部分第二类和第四类焦油属于中等沸点的焦油，不易通过冷却的方法脱除；第三类焦油属于轻焦油，须通过吸附或吸收方法深度脱除。

3 焦油的危害

焦油是生物质气化过程不可避免的副产物，主要成分为苯、萘和酚等芳香烃^[6-8]。焦油易与水、灰和炭颗粒等杂质结合，堵塞输气管和阀门，腐蚀金属；难以完全燃烧，产生炭黑等颗粒，对内燃机和燃气轮机叶轮损害严重；其能量一般占燃气总能量的5~15%，难以与燃气一起燃烧，降低了气化效率^[6-9]。焦油不仅是气化技术应用的瓶颈^[7]，而且对人体健康也会造成严重危害^[10]，例如，焦油中的苯族烃泄漏于空气中很容易扩散。人和动物吸入或皮肤接触大量苯进入体内, 会引起急性和慢性苯中毒。长期接触苯会对血液造成极大伤害, 引起慢性中毒、神经衰弱综合症。苯可以损害骨髓, 使红血球、白细胞、血小板数量减少, 并使染色体畸变, 从而导致白血病, 甚至出现再生障碍性贫血。苯可以导致大量出血, 从而抑制免疫系统的功用, 使疾病有机可乘。有研究报告指出, 苯在体内的潜伏期可长达12-15 年。吸入20000ppm 的苯蒸气5- 10 分钟便会有致命危险。

4 生物质燃气焦油脱除方法研究进展