学术报告-生物质能源的应用研究与发展.ppt

各位领导、专家、与会代表 上午好！,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国林业生物质能源 转化技术产业化趋势,报告的题目：,作者：蒋剑春 报告人：刘军利,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,报告的内容： 1、生物质能源的概念与资源潜力 2、生物质能源的地位 3、生物质能源技术研究开发现状 4、国外研究概况 5、国内生物质能源转化利用技术研究现状 6、我国生物质能源的发展趋势,一、生物质能源的概念与资源潜力,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而蕴藏在生物质内部的一种能量形式，是一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用而产生的各种有机体。 生物质能是可再生而不会枯竭的能源，又是绿色能源，是理想的可再生能源之一。 。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质包括以下几个方面： 各种速生的能源林、薪炭林、经济林、用材林、灌木林，木材及森林工业废弃物； 农业废弃物,如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、蔗渣等； 水生植物； 油料植物； 城市和工业有机废弃物； 动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国生物质资源的特点,中国生物质资源的构成及其能源潜力,每年的生物质能源总量达4.87亿吨油当量，其中有约3.7亿吨可用于发电和供热，占总量的76%，其余的1.17亿吨在农村地区则用作饲料、粪肥等其他用途。,农业废弃物,（稻谷、麦子和玉米三大粮食作物的生物质比例占70%）,农业废弃物产量及能源潜力（百万吨油当量）,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,林业生物质资源潜力,林区主要分布在东北、西南、西北和南部丘陵地区。 据2004年完成的第六次国家森林资源调查（19992003），林木生物质总资源量近200亿吨 。 可获得的林木质资源种类为：薪炭林、林业三剩物（采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物）、森林抚育间伐、灌木林平茬复壮、苗木截杆、经济林和城市绿化修枝，总量约 8-10 亿吨 。 木材的消耗主要为三部分：44.2%用于制造木制品，32.1%由木材厂和农场自身消耗，其余用于生活燃料。 薪柴及木材废弃物估计约2亿多吨吨，合1亿吨油当量。然而，由于过度采伐，实际消费量要大得多。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国森林资源类型以及生物量测算表,禽畜排泄物,2000年，中国禽畜的组成为：1.515亿头大型动物如马、牛、驴、骡和骆驼等，4.47亿头猪，2.9亿头羊，52.8亿头家禽。由此产生的排泄物总量干重达3.2亿吨，合1.1亿吨油当量。,禽畜排泄物生物质能量增长趋势,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,城市生活垃圾,年产出量约1.5亿吨，约合1500万吨油当量，并以10%左右的增长率递增% 垃圾成分和产量受很多因素的影响：城市人口、居民收入、燃料结构、饮食习惯、城市建设以及季节变化等。 有机成分的含量：发达城市的垃圾有机成分高，南方城市的垃圾有机成分普遍高于北方城市。 城市生活垃圾热值：北京、广州、上海、深圳等发达城市为4500 kj/kg以上，其他多数地区为3400kj/kg左右。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,工业废弃物,粮食加工厂、造纸厂、木材厂、酿酒厂、糖厂和食品厂等的工业生产过程中产生的固体废弃物。每年估计达4800万吨油当量。,农作物谷壳 大米和小麦加工中大约可产生8100万吨谷壳。其中有30%左右的谷壳被用作生活燃料、乙醇发酵和动物饲料，可作为能源利用的约5500万吨，相当于1800万吨油当量。 造纸废弃物 造纸厂约10000家，多数规模较小。产生的生物质估计为320万吨，合110万吨油当量（其中有103万吨生物质由木材纸浆产生，合30万吨油当量）。 木材废弃物 1999年木材厂废弃物产量为0.37亿立方米，合600万吨油当量。据估算，中国木材年需求量超过3亿立方米，国内供应量只能满足需求的50%，其余则需从国外进口，木材需求量不断增加。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,狭义生物质资源概念,中国的生物质能结构（%）,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,中国能源消耗结构,二、生物质能源的地位,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,是人类最早使用的能源,可再生性、资源丰富 世界上约有250000种生物，每秒钟获得太阳能量相当于万吨优质煤发出的能量每年经光合作用生成的生物质能总量约为亿亿吨，相当于31021kj的能量，大约等于现 在世界能源消耗总量的倍左右。地球上生物质的潜力可达到现实能源消费的180200倍,使用无污染与环境可协调发展,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,能源消耗排列第四位（仅次 于石油、煤炭、天然气）占 世界总能耗的14%，发展中国 家占50%，我国农村生活用能 中60%靠生物质能。,生物质能可以进一步加工成化工产品，替代石油、煤化工产品。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,国家对生物质能的开发利用十分重视（“十五”开始“863”立项，能源技术领域）；中长期发展规划生物质能源是一个重要的内容。 作为能源主要是：供气、发电、供热、液体燃料、固化成型等。,生物质是未来能源。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,世界各国在调整本国能源发展战略中，已 把高效利用生物质能摆在技术开发的一个 重要地位； 日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、 美国的能源农场和巴西的酒精能源计划； 本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物 质替代燃料将占全球总能耗的40以上。 欧盟制定计划要求到2020年生物质燃料代 替20%的化学燃料，2010年可再生能源比达 12%，每年可代2000万吨石油，80%为成本 低的生物质能。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,发展生物质能源是我国能源和社会发展的战略需求,石油资源严重匮乏（2003年进口9000万吨；2004年进口达1.2亿吨“40%”；2020年预计达2亿吨）； 电力供应方面存在较大的缺口（韩国的1/5）； 农林废弃物资源十分丰富（近7亿吨农业、2000万吨林业等加工剩余物、2亿吨。农林废弃物的50 %作为电站燃料，可达我国总耗电量的30%左右； 可增加农村居民收入和就业机会 。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,全球生物质能源消耗,全球能源需求,三、生物质能应用技术 研究开发现状,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,1.研究开发的技术概况,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质能转换技术和产品图,产品目标：气体（木煤气） 用 途：发电、民用煤气、合成 甲醇、合成 氨等原料 气 化 剂：空气、氧气、水蒸汽 气化发电工艺: 生物质锅炉直接燃烧发电、生物质煤混合燃烧发电和生物质气化发电。,气化技术,流化床气化炉,鼓泡流化床,外循环流化床,上吸式气化炉,下吸式气化炉,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,产品目标：乙醇、酚类化工产品、 液化油 用 途：液体燃料、化工产品 方 法：直接加压或添加催化剂、水解、发酵、生物酶法,液 化,产品目标：液体产品、炭、液 化油 用 途：化工产品、液体燃料 方 法：常压加热分解、快速 热分解,热 解,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,产品目标：颗粒、棒状、块状 成型物 用 途：燃料（工业或民用） 方 法：高压挤压成型，一 般不添加粘接剂,固 化,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,目 的：提高燃烧热效率 用 途：民用炉灶、锅炉 方 法：直接使用,直接燃烧,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,四、国外研究概况,1. 主要研究开发工作的目标,发电,集中供热,液体燃料：燃料乙醇、生物柴油,化工产品（如乙醇、甲醇、 合成氨等）,2. 美国生物质利用, 生物质和玉米生产乙醇450万吨/年 计划10年内达到乙醇5300万吨/年, 颗粒成型燃料80万吨/年,美国在生物质利用方面，处于世界领先地位，已建立发电站多座，装机总容量700mw大约66000个350工作岗位，计划2010年达到13000mw装机容量。主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂。有40万英亩的能源农作物和生物质剩余物作为气化发电的原料，按排170000个以上的就业人员。能源的4%生物质提供；2020年将达17%以上。, 生产乙醇17万吨/年 液化油、流化床快速热解等 气化发电、催化气化,3. 加拿大生物质研究开发,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,棒状成型燃料25万吨/年 高压液化油和化学品（乙醇） 催化气化、液化 生物柴油,4.日本生物质研究开发,中国林业科学研究院林产化学工业研究所, 发电（瑞典16%，2010达26%) 液化油 热、电联产 催化气化,5. 德国、瑞典、新西兰、芬 兰、奥地利、印度等国,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,欧洲2% 2.5%，2020年达15%; 英国政府的计划，到2010年，英国的再生能源发电将占总发电量的10; 一些世界能源组织(iea)成员国,生物质能在总能耗中所占份额高达15 。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,五、国内生物能源转化利用技术 研究现状,1、从事研究开发的生物质概况 单位有40多家：清华大学、中国科技大学、浙江大学、中国科学院、山东大学、山东理工大学、华东理工大学、上海理工大学、东北林业大学、哈尔滨工业大学、东南大学、沈阳农业大学、北京工业大学、南京工业大学、首都师范大学、山东、辽宁、河南等省的能源研究所、大连环科院、农业部农工院、农机院、成都沼科所、上海沼科所、杭州沼科所、长沙新技术研究所、湖南省林科院、林化所等单位。 近4年发表的论文 1994年目前有关生物质能源的文章有648篇，其中2000年以来近4年发表的有476篇。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2、我国生物质能源利用的研究现状,1)生物质气化技术研究 气化供气，农村小村镇（已经建立400余套装置） 气化发电，最大的达兆瓦（500，200，160，30，80，60kw） 生物质能发电装机容量约为200万kw，其中蔗渣发电170万kw，其余为稻壳等农业废弃物、林业废弃物、沼气和垃圾发电等。 研究开发的气化设备主要是下吸式、上吸式、流态化。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2、我国生物质能源利用的研究现状,2)生物质生产燃料酒精技术 酒精（化学法、生物法） 先后开展了稀酸常压、稀酸加压、浓酸大液比水解，纤维素酶水解法的研究 ；研究生物质原料的高压蒸汽爆破预处理技术、纤维素酶制备技术、大规模酶降解技术、戊糖己糖同步乙醇发酵技术、微生物细胞固定化技术、在线杂菌防治技术、以及副产品木质素的深度加工利用技术等,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2、我国生物质能源利用的研究现状,3）生物柴油制备技术研究 生物柴油（酯化、生物酶、醇解） 国内正在开发的制备生物柴油的技术包括超临界甲醇醇解工艺、近临界有机碱催化工艺、固体碱催化酯交换工艺、生物酶催化酯交换工艺、超声波辐射强化工艺等 。 福建卓越、河北正和、四川古杉、湖南天源四家公司，生产能力均在1万吨/年左右 。所采用的工艺化学法间歇生产工艺。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2、我国生物质能源利用的研究现状,4)生物质成型技术的研究与开发 国内已经开发成功有棒状和颗粒状成型燃料生产技术。主要是利用木材加工剩余物木屑为原料，棒状成型燃料已经建立有数十家生产企业。颗粒成型燃料的研究开发也取得较好的进展。 5）沼气技术 基本分为小型能源生态组合技术和大中型沼气工程技术 。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2、我国生物质能源利用的研究现状,6)生物质快速热解技术 目前研究的生物质液体转化率只有50%左右。快速热解温度600，液体油的热值为22000kj/kg左右，产品拟作为柴油的替代品气化（合成甲醇、二甲醚等）实验研究 7)能源植物 以制酒精为目的作物，如玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、以及纤维原料等；以生产燃料油为目的的作物，如麻风树、油桐、乌桕、绿玉树、油菜、棉籽等；用于直接燃烧或气化的作物，如桉树、柳树、速生杨树、芒属植物、秸秆、农林剩余物等；可供厌氧发酵的作物。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,3.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所 从八十年代初期开始先后承担了国家攻关、部省级重点、国际合作、863等近十项研究项目,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,主要已经完成和正在开展的研究工作,成型燃料技术的研究 颗粒成型燃料技术研究和开发 上吸式固定床气化技术的研究开发 流态化气化技术的研究 木材热解技术的研究 气化发电技术研究开发 成型物炭化技术的开发 生物质流态化快速热解技术的研究 高压液化制取液化油技术的研究 木素制取活性炭和泡孔树脂的研究,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,*成型 开发了棒状成型机、颗粒成型机,*热解、水解发酵 产品：木炭、活性炭、木醋液、乙醇、酵母,*气化 先后进行了农林剩余物如木片、稻草、 麦草、稻壳、木屑等气化试验，木煤气作为民用煤气、锅炉、发电等,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,1.气体处理装置；2.分气缸；3.气化炉；4.贮灰槽（11）；5.沉降槽；6.洗涤塔（1）；7.洗涤塔（11）；8.过滤器；9.罗茨风仪；10.水封；11.气柜；12.螺旋选料器；13.料合；14.旋风分离器；15.上吸式气化炉,生物质气化工艺流程图,流化床气化发电系统,固定床气化供气系统,气化炉,煤气柜,流化床气化发电系统（稻糠和稻草）,煤 气 柜,2. 广州能源研究所,主要开展了生物质外循环流化等气化发电，已研究开发（1-2000）kw的气化发电系统。同时也开展了催化气化试验研究工作。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,3. 山东省能源研究所等,主要进行了秸杆类生物质的下吸式气化炉开发工作。气化产物木煤气供居民家庭使用，同时开展该研究开发的有山东大学、河南农大、北京农机院及有关公司，已在国内应用300余套。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,4. 辽宁能源研究所,主要从事生物质的固定床下吸式气化炉 系统研究，已在大连建立了一套生产能力100kg/hr的气化系统，同时开展了棒状成型机的研发工作。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,*乙醇、燃料油 *热解制民用煤气、木炭,5. 华东理工大学、中科院过程所、山东理工大学等单位也开展了生物质的应用开发工作,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,六、我国生物质能源 发展趋势,1、指导思想：,以生物质为研究对象，重大关键技术创新研究为突破口，综合利用为手段，技术集成为纽带，产业化为主攻方向，经济效益为核心，构建生物质能源生产一体化系统示范模式，建立起具有我国生物质能利用特色的体系。开发具有自主知识产权的生物质利用技术和产品。为经济发展和实现我国长期能源战略规划提供技术支撑。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,开展生物柴油、乙醇、能源植物、气化（发电、供热）方面的关键技术研究和开发，建设燃料乙醇/生物柴油/生物油的工业化示范生产线和能源植物的工业示范工程，完成运行考核。其技术经济指标达到同类的化石产品指标。形成现代生物质栽培、加工一体化系统，实现“林能”、“农能”体系。总体技术达到国外发达国家的先进水平，部分技术达到国际领先水平。,2、总体目标：,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2010年我国生物质气化发电、气化供热、生物柴油、生物质酒精的产业化技术实现；2020年预计生物质能源发电达到总电量的15%左右。,3、发展方向,我国的生物质能源的产业化，在高效综合开发和 利用高技术发展方向，需要开展两方面的研究： 加强基础和应用研究，研究生物质热解、快速热解、生物降解、高温裂解、催化气化、定向转化、气体合成等转化特性机理和反应动力学，探索其中热化学转化过程的理论和科学问题； 主要是生物质酒精、生物柴油、气化（供热、发电、供气）、生物质热解油、沼气和高产能源植物培育等方面。开发有我国自己知识产权的生物质能源应用技术和产品。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,*生物降解 *快速热解、定向气化 *催化转换 *植物基因 *热能工程理论,（1）、加强基础研究和应用研究,（2）、工业化技术的开发,、技术和产品方向,研究开发的直接应用农林生物质气化，作为锅炉的燃料替代煤炭的技术产业化，提高燃烧热利用效率达到60%以上。同时，在木材加工、粮食加工和造纸等行业建立大规模的示范工程，2010年内达到推广水平。大规模系统发电效率达到35%以上，小型气化发电达到20%。到2020年产业化的规模，达到我国发电量的5%左右。,中国林业科学研究院林产化学工业研究所,1)、生物质气化发电工程化技术 直接燃烧发电（大规模6mw以上） 混烧发电 气化发电（分布式、小型5mw以下） 热电联供系统,、技术和产品方向,2)生物酒精 研究生物质制乙醇过程提高水解得率，研究糖酸分离技术，选育适于高浓糖液的戊糖己糖同步乙醇发酵的酵母菌种及其木素利用技术，纤维素转化率65%以上，经济成本接近同类化石产品； 重点 解决木质纤维原料制取酒精关键技术 十一五期间产业化的重点在