生物質轉化技術的應用

　　

　　生物質發電

　　

　　生物質氣化發電

　　

　　生物質氣化技術是利用生物質作為高品位能源的一種新技術，近年來歐洲很多研究人員對生物質氣化發電技術進行了大量的研究，并取得了相當的成果。生物質氣化發電技術的基本原理是把生物質轉化為可燃氣，再利用可燃氣推動燃氣發電設備進行發電。它既能解決生物質難于燃用，而且分布分散的缺點，又可以充分發揮燃氣發電設備緊湊而且污染少的優點。所以，氣化發電是生物質能最有效、最潔凈的利用方法之一。

　　

　　氣化發電過程主要包括3個方面：一是生物質氣化，在氣化爐中把固體生物質轉化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質，包括灰分、焦炭和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證燃氣發電設備的正常運行；三是燃氣發電，利用燃氣輪機或燃氣內燃機進行發電，有的工藝為了提高發電效率，發電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。

 

生物質氣化發電技術在發達國家已受到廣泛重視，如奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典和美國等國家生物質能在總能源消耗中所占的比例增加相當迅速。奧地利成功地推行了建立燃燒木材剩余物的區域供電站的計劃，生物質能在總能耗中的比例由原來的3%增到目前的25%，已擁有裝機容量為1～2MW的區域供熱站90座。瑞典和丹麥正在實施利用生物質進行熱電聯產的計劃，使生物質能在轉換為高品位電能的同時滿足供熱的需求，以大大提高其轉換效率。一些發展中國家，隨著經濟發展也逐步重視生物質的開發利用，增加生物質能的生產，擴大其應用范圍，提高其利用效率。菲律賓、馬來西亞以及非洲的一些國家，都先后開展了生物質能的氣化、成型固化、熱解等技術的研究開發，并形成了工業化生產。

　　

　　美國在利用生物質氣化發電方面處于世界領先地位。美國建立的Battelle生物質氣化發電示范工程代表生物質能利用的世界先進水平，可生產中熱值氣體。這種大型生物質氣化循環發電系統包括原料預處理、循環流化床氣化、催化裂解凈化、燃氣輪機發電、蒸汽輪機發電等設備，適合于大規模處理農林廢物。國內很多單位也進行了此方面的研究，如中國科學院廣州能源研究所，成功地把流化床技術應用到生物質氣化發電方面，使用木屑或稻殼的1MW流化床發電系統已經投入商業運行，取得了良好的經濟和社會效益。

　　

　　沼氣發電

　　

　　世界各發達國家都對利用沼氣發電十分重視。為了減少20%溫室氣體排放，德國充分利用垃圾填埋場的沼氣發電。日本還通過食品廢棄物再生法的實施，促進了食品廢棄物發酵堆肥技術的推廣，并研究從沼氣中提取氫氣供燃料電池熱電聯供作燃料。朝日、麒麟等幾個大啤酒廠都配套建成了200kW的燃料電池發電機組；東芝公司與中國廣東省番禺縣豬場聯合建設的200kW燃料電池項目已于2001年投產。

　　

　　日本政府已規定電力公司必須給用生物質能發的電優惠上網，并在研究其他鼓勵政策。沼氣發電從1990年的5000GW·h增長到2000年的12048GW·h.雖然在20世紀90年代早期，幾乎所有的沼氣發電都是由美國提供的，然而，現在最大的沼氣發電國家已經轉移到了OECD(經濟合作與發展組織)國家，它們占沼氣發電總量的54.5%。英國在2000年的沼氣發電量為2556GW·h，在OECD國家中位居第二。

　　

　　雖然美國以4984GW·h的發電量保持著第一的位置，它的增長速度卻僅為年均6.4%，明顯低于許多歐盟國家的增長速度。德國的年均增長速度為23.4%(2000年達到1683GW·h)，意大利增長速度為60.3%(566GW·h)，法國為14.4%(346GW·h)。可以預見到在不久的將來，利用沼氣發電的較快增長將會出現在歐盟成員國家。

　　

　　生物質制取燃料

　　

　　生物質制取液體燃料

　　

　　生物質是惟一可以直接轉化為液體燃料的可再生能源。由于生物質的多樣性和轉化技術的多樣性，生物液體燃料種類也各種各樣。目前技術較成熟、開發利用達到一定規模的生物液體燃料主要是燃料乙醇和生物油。燃料乙醇的應用由來已久，早在1908年，美國福特公司就研制出既能燒汽油，又能燒純乙醇的汽車。但隨著廉價石油的大量開采和應用，這些車輛逐漸消失了。20世紀70年代石油危機后，很多國家重新加強了乙醇燃料的開發和利用。巴西是世界上最早實施乙醇燃料計劃的國家。

　　

　　巴西乙醇燃料的生產以甘蔗、砂糖為原料。目前巴西年產乙醇燃料近800萬t，約占汽油總耗量的1/3，使用乙醇燃料的車輛達370多萬輛，成為世界上最大的乙醇燃料消費國。美國是世界上另一個大量生產使用乙醇燃料的國家。與巴西不同的是，美國主要用玉米為原料生產乙醇，所耗玉米占全國玉米總產量的7%～8%。1990年美國乙醇燃料銷售量為265萬t，到2000年達到559萬t，年均增產率達8%。

　　

　　除此之外，歐共體和日本等國家也有開發利用乙醇燃料的計劃。1993年歐共體建議提高燃料級乙醇生產量，要求汽油摻混乙醇燃料不低于5%，并將生物乙醇燃料的稅率降低到相當干礦物燃料稅率的水平。日本從l983年開始實施燃料乙醇開發計劃，重點開發以農村廢棄物為原料直接生產乙醇的技術。20世紀90年代，用可再生資源替代石油資源，并用生物技術取代化工制備生物燃料已成為世界各大化學公司發展戰略的熱點。中國政府一直重視乙醇燃料的研究與開發，特別是利用非糧食原料生產乙醇燃料的戰略

　　

　　儲備性研究與開發，一直被科技部列為國家重點科技攻關課題和“863”計劃。20世紀80年代以來，“甜高粱”的育種技術和乙醇燃料的生產技術得到一定發展，到2001年其試產規模達到5000t·a-1。近幾年，隨著石油進口壓力的增加，以糧食(主要是玉米)為原料的乙醇燃料生產也提到了日程上。經國務院批準，投資29億元在吉林省新建60萬t燃料乙醇項目，河南年產20萬t、黑龍江年產10萬t2個變性燃料乙醇項目也相繼投產。

　　

　　生物柴油是一種潔凈的生物燃料。借助酶法即脂酶進行酯交換反應，可將廢食用油轉變為生物柴油，混在反應物中的游離脂肪酸和水對酶的催化效應無影響。反應液靜置后，脂肪酸甲脂即可與甘油分離，從而可獲得較為純凈的柴油。為提高柴油生產效率，采用酶固定化技術，并在反應過程中分段添加甲醇，更有利于提高柴油的生產效率。生物柴油于1988年誕生，由德國聶爾公司發明。生物柴油主要是把植物和動物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇用酸性或堿性催化劑在230～250℃下進行脂化反應，生成以脂肪酸甲脂或乙脂為主要成分的生物柴油。生物柴油有良好的環保性(含硫量低)，較好的發動機低溫啟動性(無添加劑時冷凝點達-20℃)，較好的安全性(閃點高)，良好的燃料性能(十六烷值高，燃燒性能優于普通柴油)，最重要的是它是一種可再生能源�；谝陨蟽烖c。生物柴油具有廣闊的發展前景。

　　

　　生物柴油使用最多的是歐洲，份額已占到成品油市場的5%。德國現有8家生物柴油生產廠，生產能力為25萬t·a-1，擁有300多個生物柴油加油站，并制定了生物柴油標準DINV51606，對生物柴油免稅。法國有7家生物柴油生產廠�？偵a能力為40萬t·a-1。意大利有9個生物柴油生產廠，總生產能力為33萬t·a-1。奧地利有3個生物柴油生產廠，總生產能力為5.5萬t·a-1。比利時有2個生物柴油生產廠，總生產能力為24萬t·a-1。歐盟確定了較高的生產目標，2010年達830萬t。美國從20世紀90年代初就開始將生物柴油投入商業性應用，生物柴油已成為其產量增長最快的替代燃油。另外，日本、巴西、泰國、韓國等國家也積極推廣和使用生物柴油。目前中國生物柴油研究開發尚處于起步階段。先后由上海內燃機研究所、中國農業工程研究設計院、遼寧省能源研究所、中國科技大學、云南師范大學等單位都對生物柴油作了不同程度的研究。并取得了可喜的成績。生物柴油在今后幾十年中會迅速發展起來，形成生物柴油產業。

　　

　　生物質快速裂解生產生物油被認為是最經濟的生物質生產液體燃料的路線。快速裂解技術自20世紀80年代提出以來，得到了迅速的發展。現已發展了多種工藝，加拿大Watedoo大學流化床反應器、荷蘭Twente大學旋轉錐反應器、瑞士自由降落反應器等均達到最大限度地增加液體產品收率的目的。生物質快速裂解液體產率可高達70%～80%�？焖倭呀鈼l件比較難控制，條件控制不好。

　　

　　對產率影響較大。生物油是一種液體含氧混合物，主要包括羧酸、酚和醛酮等含氧化合物。由于生物質油的獨特性質，導致其不穩定。尤其是它的熱不穩定性，限制了其直接應用的范圍。同時也正因為此，生物質油的精制比較困難。不同于原油餾分及煤液化組分的精制。所以，為了提高其使用性能，生物質油精制方法的研究開發仍然是一個亟待解決課題之一。王樹榮等進行了快速熱裂解制取生物油的試驗，生物油產率高達60%。美國喬治亞技術研究所生物油的產率已達到70.6%，生產規模達到日產200t。加拿大CastleCapital公司生產的成套生物油設備已投放市場。近年來，國際上提出了生物油精制的可能處理方法包括催化裂化和催化加氫。

 

生物質氣化發電技術在發達國家已受到廣泛重視，如奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典和美國等國家生物質能在總能源消耗中所占的比例增加相當迅速。奧地利成功地推行了建立燃燒木材剩余物的區域供電站的計劃，生物質能在總能耗中的比例由原來的3%增到目前的25%，已擁有裝機容量為1～2MW的區域供熱站90座。瑞典和丹麥正在實施利用生物質進行熱電聯產的計劃，使生物質能在轉換為高品位電能的同時滿足供熱的需求，以大大提高其轉換效率。一些發展中國家，隨著經濟發展也逐步重視生物質的開發利用，增加生物質能的生產，擴大其應用范圍，提高其利用效率。菲律賓、馬來西亞以及非洲的一些國家，都先后開展了生物質能的氣化、成型固化、熱解等技術的研究開發，并形成了工業化生產。

　　

　　美國在利用生物質氣化發電方面處于世界領先地位。美國建立的Battelle生物質氣化發電示范工程代表生物質能利用的世界先進水平，可生產中熱值氣體。這種大型生物質氣化循環發電系統包括原料預處理、循環流化床氣化、催化裂解凈化、燃氣輪機發電、蒸汽輪機發電等設備，適合于大規模處理農林廢物。國內很多單位也進行了此方面的研究，如中國科學院廣州能源研究所，成功地把流化床技術應用到生物質氣化發電方面，使用木屑或稻殼的1MW流化床發電系統已經投入商業運行，取得了良好的經濟和社會效益。

　　

　　沼氣發電

　　

　　世界各發達國家都對利用沼氣發電十分重視。為了減少20%溫室氣體排放，德國充分利用垃圾填埋場的沼氣發電。日本還通過食品廢棄物再生法的實施，促進了食品廢棄物發酵堆肥技術的推廣，并研究從沼氣中提取氫氣供燃料電池熱電聯供作燃料。朝日、麒麟等幾個大啤酒廠都配套建成了200kW的燃料電池發電機組；東芝公司與中國廣東省番禺縣豬場聯合建設的200kW燃料電池項目已于2001年投產。

　　

　　日本政府已規定電力公司必須給用生物質能發的電優惠上網，并在研究其他鼓勵政策。沼氣發電從1990年的5000GW·h增長到2000年的12048GW·h.雖然在20世紀90年代早期，幾乎所有的沼氣發電都是由美國提供的，然而，現在最大的沼氣發電國家已經轉移到了OECD(經濟合作與發展組織)國家，它們占沼氣發電總量的54.5%。英國在2000年的沼氣發電量為2556GW·h，在OECD國家中位居第二。

　　

　　雖然美國以4984GW·h的發電量保持著第一的位置，它的增長速度卻僅為年均6.4%，明顯低于許多歐盟國家的增長速度。德國的年均增長速度為23.4%(2000年達到1683GW·h)，意大利增長速度為60.3%(566GW·h)，法國為14.4%(346GW·h)�？梢灶A見到在不久的將來，利用沼氣發電的較快增長將會出現在歐盟成員國家。

　　

　　生物質制取燃料

　　

　　生物質制取液體燃料

　　

　　生物質是惟一可以直接轉化為液體燃料的可再生能源。由于生物質的多樣性和轉化技術的多樣性，生物液體燃料種類也各種各樣。目前技術較成熟、開發利用達到一定規模的生物液體燃料主要是燃料乙醇和生物油。燃料乙醇的應用由來已久，早在1908年，美國福特公司就研制出既能燒汽油，又能燒純乙醇的汽車。但隨著廉價石油的大量開采和應用，這些車輛逐漸消失了。20世紀70年代石油危機后，很多國家重新加強了乙醇燃料的開發和利用。巴西是世界上最早實施乙醇燃料計劃的國家。

　　

　　巴西乙醇燃料的生產以甘蔗、砂糖為原料。目前巴西年產乙醇燃料近800萬t，約占汽油總耗量的1/3，使用乙醇燃料的車輛達370多萬輛，成為世界上最大的乙醇燃料消費國。美國是世界上另一個大量生產使用乙醇燃料的國家。與巴西不同的是，美國主要用玉米為原料生產乙醇，所耗玉米占全國玉米總產量的7%～8%。1990年美國乙醇燃料銷售量為265萬t，到2000年達到559萬t，年均增產率達8%。

　　

　　除此之外，歐共體和日本等國家也有開發利用乙醇燃料的計劃。1993年歐共體建議提高燃料級乙醇生產量，要求汽油摻混乙醇燃料不低于5%，并將生物乙醇燃料的稅率降低到相當干礦物燃料稅率的水平。日本從l983年開始實施燃料乙醇開發計劃，重點開發以農村廢棄物為原料直接生產乙醇的技術。20世紀90年代，用可再生資源替代石油資源，并用生物技術取代化工制備生物燃料已成為世界各大化學公司發展戰略的熱點。中國政府一直重視乙醇燃料的研究與開發，特別是利用非糧食原料生產乙醇燃料的戰略

　　

　　儲備性研究與開發，一直被科技部列為國家重點科技攻關課題和“863”計劃。20世紀80年代以來，“甜高粱”的育種技術和乙醇燃料的生產技術得到一定發展，到2001年其試產規模達到5000t·a-1。近幾年，隨著石油進口壓力的增加，以糧食(主要是玉米)為原料的乙醇燃料生產也提到了日程上。經國務院批準，投資29億元在吉林省新建60萬t燃料乙醇項目，河南年產20萬t、黑龍江年產10萬t2個變性燃料乙醇項目也相繼投產。

　　

　　生物柴油是一種潔凈的生物燃料。借助酶法即脂酶進行酯交換反應，可將廢食用油轉變為生物柴油，混在反應物中的游離脂肪酸和水對酶的催化效應無影響。反應液靜置后，脂肪酸甲脂即可與甘油分離，從而可獲得較為純凈的柴油。為提高柴油生產效率，采用酶固定化技術，并在反應過程中分段添加甲醇，更有利于提高柴油的生產效率。生物柴油于1988年誕生，由德國聶爾公司發明。生物柴油主要是把植物和動物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇用酸性或堿性催化劑在230～250℃下進行脂化反應，生成以脂肪酸甲脂或乙脂為主要成分的生物柴油。生物柴油有良好的環保性(含硫量低)，較好的發動機低溫啟動性(無添加劑時冷凝點達-20℃)，較好的安全性(閃點高)，良好的燃料性能(十六烷值高，燃燒性能優于普通柴油)，最重要的是它是一種可再生能源。基于以上優點。生物柴油具有廣闊的發展前景。

　　

　　生物柴油使用最多的是歐洲，份額已占到成品油市場的5%。德國現有8家生物柴油生產廠，生產能力為25萬t·a-1，擁有300多個生物柴油加油站，并制定了生物柴油標準DINV51606，對生物柴油免稅。法國有7家生物柴油生產廠�？偵a能力為40萬t·a-1。意大利有9個生物柴油生產廠，總生產能力為33萬t·a-1。奧地利有3個生物柴油生產廠，總生產能力為5.5萬t·a-1。比利時有2個生物柴油生產廠，總生產能力為24萬t·a-1。歐盟確定了較高的生產目標，2010年達830萬t。美國從20世紀90年代初就開始將生物柴油投入商業性應用，生物柴油已成為其產量增長最快的替代燃油。另外，日本、巴西、泰國、韓國等國家也積極推廣和使用生物柴油。目前中國生物柴油研究開發尚處于起步階段。先后由上海內燃機研究所、中國農業工程研究設計院、遼寧省能源研究所、中國科技大學、云南師范大學等單位都對生物柴油作了不同程度的研究。并取得了可喜的成績。生物柴油在今后幾十年中會迅速發展起來，形成生物柴油產業。

　　

　　生物質快速裂解生產生物油被認為是最經濟的生物質生產液體燃料的路線�？焖倭呀饧夹g自20世紀80年代提出以來，得到了迅速的發展�，F已發展了多種工藝，加拿大Watedoo大學流化床反應器、荷蘭Twente大學旋轉錐反應器、瑞士自由降落反應器等均達到最大限度地增加液體產品收率的目的。生物質快速裂解液體產率可高達70%～80%。快速裂解條件比較難控制，條件控制不好。

　　

　　對產率影響較大。生物油是一種液體含氧混合物，主要包括羧酸、酚和醛酮等含氧化合物。由于生物質油的獨特性質，導致其不穩定。尤其是它的熱不穩定性，限制了其直接應用的范圍。同時也正因為此，生物質油的精制比較困難。不同于原油餾分及煤液化組分的精制。所以，為了提高其使用性能，生物質油精制方法的研究開發仍然是一個亟待解決課題之一。王樹榮等進行了快速熱裂解制取生物油的試驗，生物油產率高達60%。美國喬治亞技術研究所生物油的產率已達到70.6%，生產規模達到日產200t。加拿CastleCapital公司生產的成套生物油設備已投放市場。近年來，國際上提出了生物油精制的可能處理方法包括催化裂化和催化加氫。

 

聲明：轉載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯系，我們將及時更正、刪除，謝謝。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”