作物秸秆快速热解新技术及其热解产品的应用-

1、- 84 -作物秸秆快速热解新技术及其热解产品的应用陈 杰 杨学军 (同济大学现代农业科学与工程研究院 200092黄 鹏 吴新成 (上海绿宜新能源科技有限公司 201203随着工业化发展和人口增长,人类对能源的巨大需求和对化石能源的大规模开采、消耗已导致化石能源严重短缺,而且在化石能源的利用过程中产生了严重的环境污染和温室效应,因此,寻求和开发可再生能源已成为解决能源问题和环境问题的有效途径。据统计,世界上种植的农作物每年可提供各类秸秆约20亿t ,我国农作物秸秆年产量为7亿t 左右,列世界之首,折合标准煤量3.53亿t,占全世界秸秆总量的30%左右。农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源,我国每

2、年农作物秸秆资源量约占生物质资源量的50%1,但由于秸秆资源利用率低下,相当多的农作物秸秆被弃置或焚烧,没有得到合理开发利用。据调查,目前我国秸秆利用率约为33%,其中大部分未被处理,经技术处理后可利用的仅占2.6%1,由于大多数秸秆含碳量在40%以上2,如果能结合秸秆处理新技术,不仅能解决秸秆随意废弃造成的农业面源污染,而且能为可再生能源的开发利用提供一条新的途径。1生物质快速热解液化技术的研究进展生物质,从广义上讲是指有机物中除石化燃料以外的所有来源于动植物可再生的物质,生物质能是直接或间接通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和储藏在生物体内的能量3。秸秆是一类最为主要的生物

3、质物资,占世界总能源的14%。联合国环境与发展委员会预测,到2050年,生物质能的利用可望达到世界能源消耗的50%4。对生物质的有效利用,不仅能解决能源问题,而且可解决环境问题,在节能减排、降低碳排放、能源回收等方面有很好的效果。国外对生物质的应用主要有秸秆生物质能发电、秸秆生物质能制乙醇、秸秆生物质能制液化油等方面,且均已有规模化的应用。我国在秸秆生物质应用方面的研究起步较晚,应用主要体现在秸秆生物质气化技术、秸秆生物质固化技术、秸秆生物质热解技术、秸秆生物质产乙醇技术等方面4,与发达国家相比还有一定的差距,不过,我国在秸秆生物质能转换技术的研究开发和政策方面进行了许多工作,目前已取得了明显

4、进步。生物质热解技术是近几年发展较快、应用较广的技术,秸秆生物质热解是指生物质在隔绝空气的条件下进行热分解(即生物质的干馏,产生多种极具经济效益的热解产品,包括可燃性气体、木醋液、木焦油、固体碳等,其中可燃性气体可直接作为民用煤气和发电使用;木焦油经加工可作为生物柴油;固体碳可用作吸附剂、还原剂,也是一种农业土壤改良剂;木醋液可用作医药原料、食品添加剂、土壤改良剂、融雪剂等方面5。生物质快速热裂解液化技术是可再生能源发展领域中的前沿技术,该技术最大的优点在于最大限度地增加了液态产物(油和酸,且采用生物质快速热解技术可有效处理农业和林业废弃物,处理过程几乎无污染,因而得到了国内外的广泛关注。快速

5、热解是一个高温过程,在此高温过程中,生物质在缺氧条件下快速加热,采用超高加热速率(102104K/s ,极短产物停留时间(0.23S 以及适中的裂解温度,将生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子,使焦炭和产物气降到最低限度,从而最大限度获得液体产品6。对于生物质的快速热解液化,国外做了大量工作,特别是欧、美等发达国家,在进行全面的理论研究的基础上,已建立了相应的实验装置。近几年在日本等发达国家木醋酸应用发展迅速,已成为一种主要的绿色环保产品。我国关于生物质快速热解研究较为薄弱,但近几年已有不少科研院所在这方面开展了研究工作。2热解产品的应用2.1 木醋酸收稿日期:2010

6、-11-22项目基金:上海市科技支撑计划,编号:08DZ1206200。摘要:为寻求和开发可再生能源,合理处理农作物秸秆,笔者介绍了以秸秆为主要原料的生物质热解新技术及热解产品的应用,通过秸秆热解,合理利用热解形成的产品,对减缓能源危机和促进农业生产都有重大意义。关键词:秸秆;热解;木醋液;木炭粉泛的应用,可用来防治作物或果树病害,促进作物生长及减少农药用量。木醋液作为一种天然农业生产资料,其优点是不污染环境,对人体无毒副作用,效果显著,可利用价值高。木醋液还是一种理想的化学肥料替代物;木醋酸还可应用在畜牧养殖上,在畜牧业中用作饲料或饮水的添加剂,可改善肉蛋品质;木醋酸还能降低粪便的嗅味,改善

7、饲养环境。另外,用木醋液制备醋酸钙镁盐类环保型融雪剂是一个很好的发展方向。以木醋液与白云石粉为原料,通过转化、脱色、蒸发结晶等过程,可制备出白色、低成本的醋酸钙镁盐(CMA类环保型融雪剂。实验表明,由木醋液制备CMA类环保型融雪剂的方法,不仅可为道路清除冰雪提供一种低成本的生产路线,同时可为生物质废液的治理提供一个变废为宝的新途径,对生物质资源的有效利用具有重要意义5。2.2 木炭粉木炭粉是热解过程中产生的一种固体物质、质地疏松、热性速效肥,除富含速效钾外,还含有磷、钙、铁、镁、硫等有效养分,能促进植物生长。木炭粉疏松、多孔,具有很好的吸附作用,可应用在有机肥生产中,能减轻有机肥生产场地的臭味

8、。木炭粉还能和木醋酸以及有机肥混合配制成炭醋肥,应用于农业生产上,是一种十分有效的新型有机肥料8。参考文献1 任仲杰, 顾孟迪.我国农作物秸秆综合利用与循环经济J.安徽农业科学,2005,33 (11:21052106.2 雷延武.作物秸秆综合利用的创新技术J.农业工程学报,2000,16(1:1417.3 郭艳,魏飞等.生物质快速裂解液化技术的研究进展J.化工进展,2001,20(8:1317.4 刘立华.生物质能源的开发利用与前景J.唐山师范学院学报,2002,24(2:3638.5 张秋民,许英梅等.木醋液利用技术M.北京:化学工业出版社,2008.6 吴创之,马隆龙.生物质能现代化利用

9、技术M.北京:化学工业出版社,2003.7 严希康.生化分离工程M.北京:国防工业出版社,2008.8 郭亚芬,张忠学,栾非时.炭醋肥对蔬菜产量与品质的影响J.北方园艺,1999,(5:12.准中,优质栽培与高产栽培既密切相关又有明显区别,优质栽培是在应用优质品种的基础上,重视施肥数量和肥料结构,不仅注重产量,更注重品质;而高产栽培往往只注重最终的实际产量。因此,要改变传统栽培观念,由“数量”型栽培向“质量”型栽培转变,优质栽培要求控氮、增磷、补钾,配施硅、锌、铁、微肥,增施有机肥,适当控制或减少作物后期用肥量,提高肥料的使用利用率。2.4 减少无机化学肥料的使用、强化高新有机肥料的开发利用研

10、究结果表明:增施有机肥,实行有机肥与无机肥配合施用,有利于降低农产品中有害物质的含量,实现无公害生产。应大力开展科技创新,加速开发具有高新科技含量的有机肥料、生物肥料和有机无机复合肥料,改进施肥结构和施肥方法,既为农产品标准化优质栽培提供科学施肥条件,也给无公害农产品生产和农业标准化实施奠定科学施肥的物质基础。参考文献1 胡曙均,徐大勇,杜永,等.施氮量与栽插密度对粳稻品种品质的影响J.耕作与栽培,2004,(1:2930.2 李军,顾德法.环境和栽培因子对稻米品质影响的研究进展J.上海农业学报,1997,13(1:9497.3 张道勇,王鹤平.中国实用肥料学M.上海:上海科学技术出版,199

11、7.4 蔡良.钙肥综述J.磷肥与复肥,2000,(11:6971.初增加600700kg/667m2,使有机质含量大幅上升,其阳子交换量高,保肥力强,从而土壤碱解氮、速效磷、速效钾等也有所提高。参考文献1 于天仁, 王振权.土壤分析化学M.北京: 科学出版社,1988.2 黄昌勇.土壤学M.北京:中国农业出版社, 2000.3 郭宗祥,左其东,李梅,等.江苏省太仓市耕地地力调查与质量评价土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾和CEC的变化J.土壤(Soils,2007,39(2:318321.中国农业出版社,2005.5 刘永菊,曹一平,张福锁.北京郊区蔬菜地长期施用粪肥对土壤环境质量的影响A.见:李晓林.平衡施肥与可持续优质蔬菜生产C.北京:中国农业大学出版社,2000,3240.6 KingeryW. L,C. W. Wo