生物质能应用技术的展望

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 生物质能应用技术的展望 摘 要：本文概述国内外生物质 能应用技术的研究开发现状，并从我国 实际情况出发，提出了研究开发的前景， 以及在今后的工作中应重视的几个问题。 中国论文网 /2/view-12795127.htm 关键词：生物质、能源、气化、 液化、成型、燃料 中图分类号：P754.1 文献标识码： A 文章编号： 1、前言 生物质能是人类用火以来，最早 直接应用的能源。随着人类文明的发展， 生物质能的应用研究开发几经波折，最 终人们深刻认识到，石油、煤、天然气 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 等化石能源的有限性，同时无节制地使 用化石能源，大量增加 CO2、粉尘、 SO2 等废弃物的排放，污染了环境，给 人类赖以生存的星球，造成十分严重的 后果。而使用大自然馈赠的生物质能源， 几乎不产生污染，资源可再生而不会枯 竭，同时起着保护和改善生态环境的重 要作用，是理想的可再生能源之一。生 物质能的应用技术开发，旨在把森林砍 伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如 秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工 的加工方法，使之成为高品位的能源， 提高使用热效率，减少化石能源使用量， 保护环境，走可持续发展的道路。 七十年代，由于中东战争引发的 能源危机以来，生物质的开发利用研究， 进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、 奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰 等发达国家，以及印度、菲律宾巴西等 发展国家都分别修定了各自的能源，投 入大量的人力和资金从事生物质能的研 究开发。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 我国生物质能研究开发工作，起 步较晚。随着经济的发展，开始重视生 物质能利用研究工作，从八十年代起， 将生物质能研究开发列入国家攻关计划， 并投入大量的财力和人力。已经建立起 一支专业研究开发队伍，并取得了一批 高水平的研究成果，初步形成了我国的 生物质能产业。 2、生物质能应用技术的研究开 发现状 2.1 国外研究开发简介 在发达国家中，生物质能研究开 发工作主要集中于气化、液化、热解、 固化和直接燃烧等方面。 生物质能气化是在高温条件下， 利用部份氧化法，使有机物转化成可燃 气体的过程。产生的气体可直接作为燃 料，用于发动机、锅炉、民用炉灶等场 合。气化技术应用在二战期间达到高峰。 随着人们对生物质能源开发利用的关注， 对气化技术应用研究重又引起人们的重 视。目前研究主要用途是利用气化发电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功 地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电 计划，目前已有容量为 10002000kw 的 8090 个区域供热站，年供应 10109MJ 能量。加拿大有 12 个实验室 和大学开展了生物质的气化技术研究。 1998 年 8 月发布了由 Freel, Barry A. 申 请的生物质循环流化床快速热解技术和 设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质 进行热电联产的计划，使生物质能在提 供高品位电能的同时满足供热的要求。 1999 年，瑞典地区供热和热电联产所消 耗的能源中，26%是生物质。 美国在利用生物质能方面，处于 世界领先地位，据报道，目前美国有 350 多座生物质发电站，主要分布在纸 浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂， 这些工厂大都位于郊区。装机容量达 7000MW，提供了大约 66000 个工作岗 位，根据有关科学家预测，到 2010 年， 生物质发电将达到 13000MW 装机容量， 届时有 4000000 英亩的能源农作物和生 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 物质剩余物用作气化发电的原料，同时， 可按排 170000 个以上的就业人员，对 繁荣乡村经济起到积极的推动作用。 流化床气化技术由于具有床内气 固接触均匀、反应面积大、反应温度均 匀、单位截面积气化强度大。反应温度 较固定床低等优点，从 1975 年以来一 直是科学家们关注的热点。包括循环流 化床、加压流化床和常规流化床。印度 Anna 大学新能源和可再生能源中心最 近开发研究用流化床气化农业剩余物如 稻壳、甘蔗渣等，建立了一个中试规模 的流化床系统，气体用于柴油发电机发 电。1995 年美国 Hawaii 大学和 Vermont 大学在国家能源部的资助下开 展了流化床气化发电的工作。Hawaii 大 学建立了处理生物质量为 100T/d 的工 化压力气化系统，1997 年已经完成了设 计，建造和试运行达到预定生产能力。 Vermont 大学建立了气化工业装置，其 生产能力达 200T/d，发电能力为 50MW。目前已进入正常运行阶段。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 生物质的直接燃烧和固化成型技 术的研究开发，主要着重于专用燃烧设 备的设计和生物质成型物的应用。目前， 已开发的技术有：林产品加工厂的废料 （如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等） 的专用燃烧蒸汽锅炉，国外造纸厂几乎 都有专门的设备，用来处理废弃物。由 于生物质形状各异，堆积密度小较松散， 给运输和贮存以及使用带来了较大困难， 影响生物质的使用。因此，从四十年代 开始了生物质的成型技术研究开发。现 已成功开发的成型技术按成型物形状分 主要有三大类：以日本为代表开发的螺 旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国 开发的活塞式挤压制得园柱块状成型技 术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒 状成型技术和设备。 美国颗粒成型燃 料年产量达 80 万吨。 成型燃料应用于二个方面：其一： 进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块， 作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料； 其次是作为燃料直接燃烧，用于家庭或 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大 等国家，开发了专用炉灶。在北美有 50 万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取 暧炉。 将生物质能进行正常化学加工， 制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等； 是一个热门的研究领域。利用生物发酵 或酸水解技术，在一定条件下，将生物 质转化加工成乙醇，供汽车和其它工业 使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上 产量为 17 万吨。比利时每年用甘蔗为 原料，制取乙醇量达 3.2 万吨以上，美 国每年用农林生物质和玉米为原料大约 生产 450 万吨乙醇，计划到 2010 年， 可再生的生物质可提供约 5300 万吨乙 醇。 生物质能的另一种液化转换技术， 是将生物质经粉碎预处理后在反应设备 中，添加催化剂或无催化剂，经化学反 应转化成液化油。美国、新西兰、日本、 德国、加拿大国家都先后开展了研究开 发工作，液化油的发热量达 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 3.5104KJ/kg 左右，用木质原料液化的 得率为绝干原料的 50%以上。欧盟组织 资助了三个项目，以生物质为原料，利 用快速热解技术制取液化油，已经完成 100kg/hr 的试验规模，并拟进一步扩大 至生产应用。该技术制得的液化油得率 达 70%，液化油低热值为 1.7104KJ/kg。 生物质能催化气化研究，旨在降 低气化反应活化能，改变生物质热处理 过程，分解气化副产物焦油成为小分子 的可燃气体，增加煤气产量，提高气体 热解；同时降低气化温度，提高气化速 度和调整生物质气体组成，以便进一步 加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国 家科研人员在催化气化方面已经作了大 量的研究开发，研究范围涉及到催化剂 的选择，气化条件的优化和气化反应装 置的适应性等方面，并且已经在工业生 产装置中得到了应用。 2.2 国内研究开发 我国生物质能的应用技术研究， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 从八十年代以来一直受到政府和科技人 员的重视。主要在气化、固化、热解和 液化开展研究开发工作。 生物质气化技术的研究在我国发 展较快，应用于集中供气、供热、发电 方面。中国林科院林产化学工业研究所， 从八十年代开始研究开发了集中供热、 供气的上吸式气化炉，并且先后在黑龙 江、福建得到工业化应用，气化炉的最 大生产能力达 6.3106kJ/hr。建成了用 枝桠材削片处理，气化制取民用煤气， 供居民使用的气化系统。最近在江苏省 又研究开发以稻草、麦草为原料，应用 内循环流化床气化系统，产生接近中热 值的煤气，供乡镇居民使用的集中供气 系统，气体热值约 8000KJ/NM3。气化 热效率达 70/%以上。山东省能源研究 所研究开发了下吸式气化炉。主要用于 秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民 集中居住地区得到较好的推广应用，并 已形成产业化规模。广州能源所开发的 以木屑和木粉为原料，应用外循环流化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 床气化技术，制取木煤气作为干燥热源 和发电，并已完成发电能力为 180KW 的气化发电系统。另外北京农机院、浙 江大学等单位也先后开展了生物质气化 技术的研究开发工作。 我国生物质的固化技术在八 十年代中期开始，现已达到工业化规模 生产。目前国内有数十家工厂，用木屑 为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压 成型机有单头和双头二种，单头机生产 能力为 120Kg/hr，双头机生产能力达 200Kg/hr。1990 年中国林科院林化所与 江苏省东海粮机厂合作，研究开发生产 了单头和双头二种型号的棒状成型机， 1998 年又与江苏正昌集团合作，共同开 发了内压滚筒式颗粒成型机，机器生产 能力为 250300kg/hr，生产的颗粒成型 燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。 南京市平亚取暖器材有限公司，从美国 引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国 内消化吸收，现已形成生产规模。 生物发酵制气技术，在我国已经 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 形成工业化，技术亦趋成熟，利用的原 料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。 在上海亦已建成沼气集中供气系统。 沈阳农业大学从国外引进一套流 化床快速热解试验装置，研究开发液化 油的技术，和利用发酵技术制取乙醇试 验。另外，中国林科院林化所进行了生 物质催化气化技术研究。华东理工大学 还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验 研究，但尚未达到工业化生产。 3、我国生物质能应用技术的展 望 生物质能是一个重要的能源，预 计到下世纪，世界能源消费的 40%来自 生物质能，我国农村能源的 70%是生物 质，我国有丰富的生物质能资源，仅农 村秸杆每年总量达 6 亿多吨。随着经济 的发展，人们生活水平的提高，环境保 护意识的加强，对生物质能的合理、高 效开发利用，必然愈来愈受到人们的重 视。因此，科学地利用生物质能，加强 其应用技术的研究，具有十分重要的意 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 义。 目前，我国已有一批长期从事生 物质转换技术研究开发的科技人员，已 经初步形成具有中国特色的生物质能研 究开发体系，对生物质转化利用技术从 理论上和实践上进行了广泛的研究，完 成一批具有较高水平的研究成果，部分 技术已形成产业化，为今后进一步研究 开发，打下了良好的基础。 从国外生物质能利用技术的研究 开发现状结合我国现有技术水平和实际 情况来看，本人认为我国生物质能应用 技术将主要在以下几方面发展。 3.1 高效直接燃烧技术和设备 我国有 12 亿多人口，绝大多数 居住在广大的乡村和小城镇。其生活用 能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物 秸杆、稻草松散型物料，是农村居民的 主要能源，开发研究高效的燃烧炉，提 高使用热效率，仍将是应予解决的重要 问题。乡镇企业的快速兴起，不仅带动 农村经济的发展，而且加速化石能源， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 尤其是煤的消费，因此开发改造乡镇企 业用煤设备（如锅炉等） ，用生物质替 代燃煤在今后的研究开发中应占有一席 之地。 把松散的农林剩余物进行粉碎 分级处理后，加工成型为定型的燃料， 结合专用技术和设备的开发，在我国将 会有较大的市场前景，家庭和暧房取暧 用的颗粒成型燃料，推广应用工作，将 会是生物质成型燃料的研究开发之热点。 3.2 集约化综合开发利用 生物质能尤其是薪材不仅是很好 的能源，而且可以用来制造出木炭、活 性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪 炭材基地的建设，为工业化综合开发利 用木质能源提供了丰富的原料。由于我 国经济不断发展，促进了农村分散居民 逐步向城镇集中，为集中供气，提高用 能效率提供了现实的可能性。将来应根 据集中居住人口的多少，建立能源工厂， 把生物质能进行化学转换，产生的气体 收集净化后，输送到居民家中作燃料， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 提高使用热效率和居民生活水平。这种 生物质能的集约化综合开发利用，既可 以解决居民用能问题，又可通过工厂的 化工产品生产创造良好的经济效益，也 为农村剩余劳动力提供就业机会。因此， 从生态环境和能源利用角度出发，建立 能源材基地，实施“ 林能”结合工程，是 切实可行的发展方向。 农村有着丰富的秸杆资源，大量 秸杆被废弃和田间直接燃烧，既造成大 量的生物质能的浪费，也给大气带来了 严重的污染。因此，用可再生的生物质 能高效转化在将来会有较好的发展前景。 3.3 生物质能的创新高效开发利 用 随着科学技术的高速发展，生物 质能的发展将依赖创新技术来实现更大 的发展。生物质能新技术的研究开发如 生物技术高效低成本转化应用研究，常 压快速液化制取液化油，催化化学转化 技术的研究，以及生物质能转化设备如 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 流化床技术等是研究热点，一旦获得突 破性进展，将会大大促进生物质能开发 应用。 3.4 城市生活垃圾的开发利用 生活垃圾数量以每年 8%10%的 快速递增，工业化开发利用垃圾来发电， 焚烧集中供热或气化产生煤气供居民使 用，有很大的发展潜力。 3.5 能源植物的开发 大力发展能生产“ 绿色石油 ”的各 类植物，如油棕榈、木戟科植物等，为 生物质能利用提供丰富的优质资源。 4、建议 4.1 生物质能应用技术的研究开 发，在现阶段主要是从生态环境、环境 保护的角度出发，从中长期来看，将要 弥补资源有限性的不足。因此，生物质 能源的开发利用，其社会效益远远大于 经济效益。在目前发展阶段，需要国家 的政策扶持和财力支撑。应制订相关政 策，鼓励和支持，企业投资生物质能源 开发项目。 -精选财