生物質(zhì)利用技術(shù)研究進(jìn)展

株洲帥范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報Vol. II2006年4月JOURNAL OF ZHUZHOU TEACHERS COLLEGE生物質(zhì)利用技術(shù)研究進(jìn)展羅婕,劉志國(株洲師范高等專(zhuān)科學(xué)?；瘜W(xué)化工系,湖南,株洲,412007)摘要:生物殮是一種可再生的清潔能源,高效開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)對緩解全球能源危機、生態(tài)環(huán)境惡化等熱點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題必騎發(fā)揮重要作用.為此,介紹了生物質(zhì)能資源的特點(diǎn)和利用現狀,并概述了國內外生物質(zhì)利用技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)進(jìn)展關(guān)鍵詞:生物質(zhì);利用;物化轉換;氣化;液化中圖分類(lèi)號:X705文讞標識碼:A文章編號:1009-1432(2006)02-0048-04Development of Study on Biomass UtilizationLUO Jie, LIU Zhi-guo(Zhuzhou Teacher,College, Zhuzhou, Hunan 412007, China)Abstract: The biomass is a kind of renewable clean energy. High effective utilization of biomass has postive effects on sol-ving energy and environment problems. This paper introduces the features and present utilization situation of biomass andbioenergy and the development of biomass utilization technology at home and abroadKey word: biomass: utilization; chemicophysical switch i gasification: liqueficaction礦物能源推動(dòng)了社會(huì )的發(fā)展,但卻存在難以克服的弊從環(huán)境的角度看,生物質(zhì)能是構成地球生態(tài)系統的一端生物質(zhì)能作為一種可再生的清潔能源,其開(kāi)發(fā)利用不個(gè)非?；钴S的基本元素,在能量轉化利用,特別是大規模但可以解決能源匱乏的問(wèn)題,還能帶來(lái)顯著(zhù)的環(huán)保效應、利用的過(guò)程中,對自然界各系統之間的平衡觸動(dòng)較小,這經(jīng)濟和社會(huì )效益在人類(lèi)社會(huì )普遍強調可持續發(fā)展,用科學(xué)發(fā)展觀(guān)統領(lǐng)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展全局,追求與自然和諧相處的今天顯得尤為重1生物質(zhì)能的特點(diǎn)及利用現狀要.3生物質(zhì)在生長(cháng)過(guò)程中通過(guò)光合作用吸收CO2其產(chǎn)生和利用過(guò)程構成了一個(gè)CO2的封閉循環(huán),也就是說(shuō),生1.1生物質(zhì)能資源的特點(diǎn)物質(zhì)能源是一種CO2零排放能源,不會(huì )干擾自然界自身的植物利用光合作用捕獲太陽(yáng)能將其轉化為化學(xué)能存碳循環(huán).“與煤炭等化石燃料相比生物質(zhì)能源還具有儲在有機體中并通過(guò)各種不同的轉化途徑將這些取之硫、氮含量低、灰分小等特點(diǎn)利用生物質(zhì)過(guò)程中的SO4不盡、用之不竭能量轉化為電、熱以及其它各種形式的能NO4、粉塵等污染物的排放水平遠遠低于煤炭.因此,生源,這種可用于產(chǎn)生能源的有機物資源被統稱(chēng)為生物物質(zhì)是一種理想的清潔能源,-開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能對轉質(zhì)利用陽(yáng)光,地球上的植物每年合成大約100~變能源結構及環(huán)境保護都有巨大的現實(shí)和深遠的社會(huì )意180G的干生物質(zhì),其中蘊含的能量可達目前全球每年義價(jià)值總能耗的10倍,目前這些生物質(zhì)中用于能源目的的雖1.2生物質(zhì)能資源的利用現狀然不到1.5%而它卻已為全世界提供了14%的能源中國煤化工和裝置多已達到商業(yè)CNMHG收稿日期:2005-09-22作者簡(jiǎn)介:羅婕(1980—)女湖南株洲人,株洲師專(zhuān)教師,工學(xué)碩士,主要從事生物質(zhì)能源的研究.E-mail:511@163.com;劉志國(1958-),男,湖南南縣人,株洲師專(zhuān)教授,研究方向:物理化學(xué)教學(xué)與研究婕,劉志國:生物質(zhì)利用技術(shù)研究進(jìn)展化應用程度,實(shí)現了規?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng),生物質(zhì)發(fā)電已占發(fā)把生物質(zhì)制成油品燃料以替代石油產(chǎn)品.但技術(shù)復雜,目達國家可再生能源發(fā)電量的70%.5以美國、瑞典和奧地前成本仍然太高利三國為例將生物質(zhì)轉化為高品位能源利用已具有相當2.3生化轉換技術(shù)可觀(guān)的規模,分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和生化轉換技術(shù)利用生物化學(xué)過(guò)程將生物質(zhì)原料轉變10%有許多國家都制定了相應的開(kāi)發(fā)研究規劃,例如,日為優(yōu)質(zhì)氣態(tài)或液態(tài)燃料根據工藝過(guò)程主要可分為兩類(lèi)本的新陽(yáng)光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場(chǎng)是厭氧發(fā)酵,生物質(zhì)在厭氧條件下經(jīng)過(guò)多種厭氧和兼和巴西的酒精能源計劃等.01有關(guān)專(zhuān)家估計,生物質(zhì)能性厭氧的微生物的協(xié)同作用生成沼氣、消化液和消化污極有可能成為未來(lái)可持續能源系統的組成部分,到本世紀泥該過(guò)程就被稱(chēng)為厭氧發(fā)酵或沼氣發(fā)酵,它提供的能源中葉,采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總形式是沼氣,非常潔凈,具有顯蓄環(huán)保效益,但此法投資能耗的40%以上大、能源產(chǎn)出低在我國生物質(zhì)是僅次于煤的第二大能源,占全部能源二是特種酶技術(shù).利用生物技術(shù)把生物質(zhì)發(fā)酵轉化為消耗總量的20%但長(cháng)期以來(lái),生物質(zhì)能在我國商業(yè)用能乙醇,以制取液體燃料.利用這種技術(shù)可以使生物質(zhì)轉化結構中的比率極小,其主要是作為一次能源在農村利用,為清潔燃料,其用途大為拓寬效率明顯提高,但轉換速度約占農村總能耗的70%左右而我國目前生物質(zhì)能利用太慢,投資較大,成本相對較高,加拿大用木質(zhì)原料生產(chǎn)的主要方法是傳統的爐灶直接燃燒,其轉換效率僅為的乙醇產(chǎn)量為每年170000,比利時(shí)每年以甘蔗渣為原料10%-20%浪費嚴重,且造成環(huán)境污染.4制取的乙醇量達32000t以上,美國每年以農村生物質(zhì)和玉米為原料生產(chǎn)乙醇約4.5Mt,計劃到2010年,可再生的2生物質(zhì)能資源的利用途徑生物質(zhì)可提供約53Mt乙醇.[巴西實(shí)施了世界上規模最大的乙醇開(kāi)發(fā)計劃,目前乙醇燃料已占該國汽車(chē)燃料消費目前生物質(zhì)能利用技術(shù)有三種途徑:直接燃燒技術(shù),量的50%以上.Z0物化轉換技術(shù),生化轉換技術(shù)[132.1直接燃燒技術(shù)3國內外生物質(zhì)物化轉換技術(shù)研究直樓燃燒大數可分為爐址燃燒鋼爐燃燒拉投燒現狀的利用方法,也是我國目前生物質(zhì)能利用的主要方法,效率很低,利用率只有10%~15%左右;鍋爐燃燒采用現代生物質(zhì)物化轉換技術(shù)與直接燃燒相比,可以大大提高化鍋爐技術(shù)效率高且可實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn);垃圾焚燒就是生物質(zhì)的利用效率拓寬生物質(zhì)燃料的用途;與生化轉換采用鍋爐技術(shù)處理垃圾早在1979年,美國就開(kāi)始采用垃技術(shù)相比,具有高效率低成本和易于大規模生產(chǎn)的優(yōu)勢圾直接燃燒發(fā)電,發(fā)電的總裝機容量超過(guò)10單機因此,物化轉換技術(shù)是生物質(zhì)轉化利用技術(shù)研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域容量達10-25Mw;固型燃料燃燒是把生物質(zhì)固化成內備受各國關(guān)注的重點(diǎn)而熱解液化技術(shù)和熱解氣化技術(shù)型后再采用傳統的燃煤設備燃用此法可縮小生物質(zhì)原料是研究的重中之重研究項目最多體積大大增加燃料的能量密度,以提高利用效率,近3.1生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展狀況年來(lái),我國生物質(zhì)的成型技術(shù)得到一定發(fā)展淅江大學(xué)、遼生物質(zhì)原料通常含70%—90%的揮發(fā)分氣化技術(shù)省能源研究所、西北農業(yè)大學(xué)等10余家高校、科研院所可以將體積龐大、不易燃燒或燃燒效率低的生物質(zhì)原料轉均研究和開(kāi)發(fā)出生物質(zhì)成型燃料技術(shù)和設備化為氣體燃料極大地提高能源品位,實(shí)現生物質(zhì)的高效2.2物化轉換技術(shù)清潔利用物化轉換又稱(chēng)熱化學(xué)轉化包括三種技術(shù),1一是干生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率可達40%,有可能成餾;二是氣化制生物質(zhì)燃氣;三是生物質(zhì)液化.干餾、氣化為將來(lái)生物質(zhì)能轉化的主導技術(shù)之一1992年,美國已經(jīng)和液化三種工藝分別以生產(chǎn)木炭生產(chǎn)燃氣和生產(chǎn)熱解油約有100個(gè)利用木材氣化的發(fā)電廠(chǎng),運行裝機650kW,年為目的發(fā)電4200MkW·h,發(fā)電成本4~6美分/kW·h,加州電干餾技術(shù)同時(shí)生產(chǎn)生物質(zhì)炭和燃氣,可以把能量密度力供應40%來(lái)源于生物質(zhì)發(fā)電,生物質(zhì)動(dòng)力工業(yè)在美國低的生物質(zhì)轉化為熱值較高的固定炭和氣但其利用率較已成為僅次于水電的第二可再生能源工業(yè)()夏威夷15低,且只適用于木質(zhì)生物質(zhì)的特殊利用;生物質(zhì)熱解氣化家糖做了10%的電力供應是通過(guò)生物質(zhì)機體中的大分子結構在高溫下分解、斷裂或全球中國煤化工實(shí)施一個(gè)示范性的重整產(chǎn)生輕質(zhì)可燃氣體燃料,不僅有效提高了利用效率,30MCNMHG目英國、美國有3個(gè)而且用途廣泛,但氣化系統復雜,生成的燃氣必須有配套示范項目,裝機容量6-10MW.③3我國生物質(zhì)發(fā)電已有的利用設施;生物質(zhì)液化是將固體生物質(zhì)轉化為液體燃40年的歷史,主要原料是稻草和谷殼,多用于大米加工料,分為直接液化、間接液化和熱裂解三種液化技術(shù)可以廠(chǎng),但發(fā)電規模小,經(jīng)濟效益差,發(fā)展緩慢.近年來(lái)廣州能枺洲師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報206年第2期(總第:9期)源所進(jìn)行了兆瓦級生物質(zhì)氣化發(fā)電系統研究,開(kāi)發(fā)的生物于美國的渦旋式反應器東北林業(yè)大學(xué)也開(kāi)展了轉錐反應質(zhì)氣化發(fā)電示范系統于1998年10月建成并投入使用并器的熱解研究推廣應用20余套在氣化工藝和設備研究方面,流化床技還有人研究了超臨界液化技術(shù),用超臨界流體萃取生術(shù)是科學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)之一.印度Ana大學(xué)新能源和物質(zhì),使其液化而成燃料.實(shí)驗證明,使用超臨界水液化可再生能源中心研究用流化床氣化農林剩余物和稻殼、木技術(shù)比使用裂解技術(shù)能得到更高產(chǎn)率的液體產(chǎn)品.)目屑、甘蔗渣等,建立了一個(gè)中試規模的流化床系統氣體用前的研究集中在用超臨界水液化生物質(zhì),如用超臨界水液于柴油發(fā)電機發(fā)電.1995年美國 Hawaii大學(xué)和 Vermont化纖維生物質(zhì)用超臨界水和超臨界甲醇液化木質(zhì)素生物大學(xué)開(kāi)展了流化床氣化發(fā)電工作, Hawaii大學(xué)建立了日質(zhì)和鋸末等.0處理生物質(zhì)量為100t的工業(yè)化壓力氣化系統, Vermont大學(xué)建立了氣化工業(yè)裝置其生產(chǎn)能力達到200Vd電4生物質(zhì)利用技術(shù)發(fā)展面臨的主要能力為50MW我國也開(kāi)展了秸稈生物質(zhì)氣化與集中供氣的生物問(wèn)題及展望氣化技術(shù)的研究工作,并取得了一系列成果.特別是山東省科學(xué)院能源研究所研制開(kāi)發(fā)的秸稈生物質(zhì)氣化集中自20世紀70年代以來(lái),包括中國在內的許多國家為氣系統,在農村具有廣泛的開(kāi)發(fā)應用前景,集中供氣系推進(jìn)可再生能源的發(fā)展,采取了各種扶植政策,生物質(zhì)的每立方米燃氣成本低于0.15元.目前全國已經(jīng)推廣建成轉換及利用技術(shù)已得到較大幅度的發(fā)展但從目前國內外生物質(zhì)能利用現狀及發(fā)展情況來(lái)看,生物質(zhì)能利用商業(yè)化3.2生物質(zhì)液化技術(shù)發(fā)展狀況程度仍然很低生物質(zhì)能轉換技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展過(guò)程仍然面臨諸多障礙和問(wèn)題.簡(jiǎn)而言之,這些障礙和問(wèn)題主要來(lái)生物質(zhì)裂解液化技術(shù)被認為是最具有發(fā)展潛力的生自經(jīng)濟因素,例如液體生物油,它具有可再生低污染等諸物質(zhì)利用技術(shù)之一生物質(zhì)液體燃料具有易加工處理貯多優(yōu)點(diǎn),但其成本通常比礦物油高10%-100%,而且同存、運輸,容易用于熱和電的場(chǎng)合等優(yōu)勢,已得到國際上的傳統燃料不相容,需要專(zhuān)用的燃料處理設備,這些因素在廣泛關(guān)注與認同,發(fā)達國家生物柴油正在形成產(chǎn)業(yè)目經(jīng)濟上的制約都阻礙了它的廣泛應用前,美國生物柴油年生產(chǎn)能力為1Mt以上;歐盟2001年當前生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)經(jīng)濟性已超過(guò)1Mr;德國2000年已達0.25M,并有300多個(gè)生合理的應用工藝,使生物質(zhì)這種清潔的可再生能源成為最物柴油加油站;意大利擁有9家生物柴油的生產(chǎn)廠(chǎng)·美國便宜最有競爭力的能源之能源署要求,到2010年美國要將生物柴油產(chǎn)量提高到12Mt2歐盟委員會(huì )計劃,在2020年使生物柴油的市場(chǎng)參考文獻:占有率達12%.C20[1]白軒,王罩艷,王水威,流化床生物質(zhì)氣化工藝研目前,生物質(zhì)熱解液化技術(shù)在美國、加拿大、意大利究[J].新能源,1998,20(5):19-24瑞士、英國、荷蘭等國的研究開(kāi)發(fā)居世界領(lǐng)先地位,已研究[2]昊創(chuàng )之,馬隆龍,生物質(zhì)能現代化利用技術(shù)[M].北出常規、快速、真空閃速、流化床、固定床等十幾種熱解裝京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.1-2置及相應的技術(shù),有一部分已經(jīng)達到商業(yè)化階段·荷蘭[3]郭新生。生物質(zhì)熱解制氣的試驗研究[D].浙江大Twente大學(xué)研究開(kāi)發(fā)了旋轉錐反應器,經(jīng)預處理的固體學(xué)碩士學(xué)位論文,1999生物質(zhì)混同預熱的熱載體(如砂)加人旋轉錐底部,當旋轉[4]賀亮,生物質(zhì)轉型優(yōu)化能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用錐在外部動(dòng)力下旋轉帶動(dòng)固體顆粒螺旋上升時(shí),生物質(zhì)發(fā)[J].新能源,1996,18(1):8-14.生快速熱分解,其熱解產(chǎn)物主要是不凝氣、油和碳,重量比[5] Wolfgang Palz.新能源和可再生能源在未來(lái)能源系為20:70:10并已建立起處理量為10kg/h的固體生物質(zhì)統中的地位[J].能源工程,1997,(1):35-38.小型聯(lián)合中試裝置(2)在連續流化床中木片瞬時(shí)裂解,[61 Bridgwater A.V. Renewable Fuels and Chemicals by475℃、氣體停留時(shí)間1.2s的條件下,得到氣液固產(chǎn)物比Thermal Process of Biomass[J3. Chemical Engineer為15:70:15,烴類(lèi)的分解導致了主要單體產(chǎn)物如下:乙酸ing,2003,(9):87-102酐11%,乙醇醛4.5%羥基丙酮3%.上世紀90年[7]魏學(xué)鋒,張小云,羅婕,田學(xué)達,生物質(zhì)燃料開(kāi)發(fā)利用代,比利時(shí)建造了200kg/h的夾帶流式中試設備在北美現狀與展望[冂].節能,2004,(8):14-1已有一些商業(yè)化和示范性的閃速熱解裝置投入運行,加[8 Vuthaluru h.B. Thermal Behaviour of Coal/ Biomass拿大 Ensyn技術(shù)公司已開(kāi)發(fā)出產(chǎn)量為1000kg/h的商業(yè)化中國煤化工[J]. Fule Process閃速熱解裝置,并已投入生產(chǎn),在美國威斯康星州由Ensyn技術(shù)公司設計的快速熱解裝置已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)性運行,[9CNMHGF.et al. Use of bio-加工能力達25t/d.國內,山東工程學(xué)院進(jìn)行的快速熱解mass for power and Heat Generation: Possibilities and研究獲得了“863”項目的資助,他們所研制的反應器類(lèi)似Limits [C]. Forests and Energy, lst Hanover EXPO羅婕,劉志國:生物質(zhì)利用技術(shù)研充進(jìn)展200 World Forest Forurn Selected papers, Ecological[22]夏朝鳳,張無(wú)敵.全球坡市固體廢棄物及其能源潛力Engineering,2000,16(1):41-49概述[J].云南師范大學(xué)學(xué)報,1998,18(2):32[10] Cook. J. Beyea. J. 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