Environment北京國(guó)環(huán)新能低碳科技有限公司?2014

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專(zhuān)家國(guó)際花園1號(hào)樓2單元內(nèi)容生物質(zhì)能的重要性生物質(zhì)能的資源狀況生物質(zhì)熱化學(xué)液化生物質(zhì)快速熱解液化生物質(zhì)高壓液化生物原油的精制與改性發(fā)展生物質(zhì)能源的建議生物質(zhì)能源的重要性能源問(wèn)題在世界經(jīng)濟(jì)中具有戰(zhàn)略意義。石油、煤和天然氣等化石燃料的長(zhǎng)期使用，造成了環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，引起了全球氣候變化、也造成了化石燃料資源的枯竭。生物質(zhì)能具有再生性、清潔性的特點(diǎn)，是碳減排最經(jīng)濟(jì)、最可行的方法。二氧化碳排放為零，硫和灰分僅為煤的1/10。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看液體燃料短缺仍將是困擾人類(lèi)發(fā)展的大問(wèn)題。生物質(zhì)能是唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的一種可再生能源。生物質(zhì)能源的重要性CO2的捕集與封存破壞了大氣循環(huán)中的碳平衡和氧平衡，技術(shù)存在巨大的二次風(fēng)險(xiǎn)和不成熟性，是世界碳減排和低碳經(jīng)濟(jì)的陷阱，是企業(yè)減排可持續(xù)發(fā)展的絞索。生物CO2固定法是地球上最主要和最有效的固碳方式，在碳循環(huán)中起決定作用，利用此法來(lái)進(jìn)行CO2減排，符合自然界循環(huán)和節(jié)省能源的理想方式。利用邊際地、荒山、鹽堿地、沙化土地和沙漠種植能源植物（狼牙草、長(zhǎng)柄扁桃等）是我國(guó)從末端解決碳減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必由之路。副產(chǎn)的生物質(zhì)是潛在可再生資源，年產(chǎn)量幾十億噸，也為我國(guó)能源安全和三農(nóng)問(wèn)題的解決提供了支撐。大浪淘沙，生物固碳也將是世界各國(guó)從末端解決碳減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必由之路。碳減排與生物能低濃度CO2利用生物固碳最為簡(jiǎn)單，成本低生物CO2固定法是地球上最主要和最有效的固碳方式，在碳循環(huán)中起決定作用，利用此法來(lái)進(jìn)行CO2減排，符合自然界循環(huán)和節(jié)省能源的理想方式。微藻生長(zhǎng)繁殖快，生長(zhǎng)周期短、光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，微藻固定CO2是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。(遠(yuǎn)期減排)沙化、鹽堿化、山地和邊角地等種植能源植物(近中期減排)中低產(chǎn)田改良(近期減排)(我國(guó)70%耕地為中低產(chǎn)田，沙化地3340萬(wàn)公頃，鹽堿地3460萬(wàn)公頃)能源植物(狼牙草)適宜在熱帶、亞熱帶、溫帶生長(zhǎng)畝產(chǎn)干草5噸以上，最高21噸

我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)能資源狀況農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量7億噸，尚有近4億噸未被利用，另外隨著糧食產(chǎn)量的增加，秸稈產(chǎn)量還將有較大幅度增加。（急需利用的生物質(zhì)能資源）每年林木剩棄物2億噸以上，畜禽糞便約30億噸，農(nóng)林加工企業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物種類(lèi)和數(shù)量也十分可觀。（急需利用的生物質(zhì)能資源）

目前我國(guó)人均日產(chǎn)生活垃圾0.7kg，年產(chǎn)量約為3.3億噸，再加之歷年堆存的生活垃圾約60億噸。（急需利用的生物質(zhì)能資源）藻類(lèi)和水生植物，尤其藻類(lèi)具有生物量大、生長(zhǎng)周期短、易培養(yǎng)以及含有較多的脂類(lèi)物質(zhì)。（潛在的生物質(zhì)能資源）我國(guó)還有約5000萬(wàn)公頃的邊際土地不適宜用于糧食生產(chǎn)而適宜于種植能源植物。（潛在的生物質(zhì)能資源）為應(yīng)對(duì)氣候變化，生物固碳副產(chǎn)大量的生物質(zhì)資源。

生物質(zhì)資源加以能源化利用，替代化石資源，具有很好的前景生物質(zhì)的能源化利用途徑生物質(zhì)能的資源狀況及其利用風(fēng)電和太陽(yáng)能等是可再生、無(wú)污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國(guó)的戰(zhàn)略選擇。十一五期間，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)從200萬(wàn)千瓦發(fā)展到3000萬(wàn)千瓦以上，規(guī)模成為世界第一?！笆濉睍r(shí)期，我國(guó)將新增風(fēng)電7000萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能發(fā)電2000萬(wàn)千瓦，到2015年可再生能源發(fā)電量爭(zhēng)取達(dá)到總發(fā)電量的20%以上。風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等的不穩(wěn)定、不可控特性，使風(fēng)電并網(wǎng)消納難的矛盾愈加突出，急需發(fā)展電網(wǎng)輔助調(diào)穩(wěn)系統(tǒng)。液體燃料能量密度大，易貯存、運(yùn)輸，燃油型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組能在無(wú)外界電源的情況下迅速啟動(dòng)，機(jī)動(dòng)性好，成為電網(wǎng)輔助調(diào)穩(wěn)系統(tǒng)的不二現(xiàn)實(shí)選擇。

發(fā)展生物質(zhì)液化成為消除可再生能電力發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵生物質(zhì)能的資源狀況及其利用生物質(zhì)液體能源化包括生物化學(xué)法生產(chǎn)燃料乙醇、熱化學(xué)法生產(chǎn)生物原油和化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油以及氣化與合成組合的間接液化生產(chǎn)醇醚油。生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有剩余糧食、能源作物和農(nóng)作物秸稈等。利用糧食等淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇是工藝很成熟的傳統(tǒng)技術(shù)，但影響國(guó)際糧食安全，價(jià)格上對(duì)石油燃料沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。用含纖維素較高的農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)乙醇是比較理想的工藝路線，但原工藝污染嚴(yán)重，新工藝關(guān)鍵技術(shù)未有突破，生產(chǎn)成本一直居高不下。另外生物質(zhì)利用率不足25%，大量殘余。利用酯化方法將生物質(zhì)中少量的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油同樣存在生物質(zhì)利用率低，成本高的問(wèn)題。通過(guò)氣化與合成組合的間接液化生產(chǎn)醇醚燃料，單元過(guò)程多，能量利用率低。

生物質(zhì)需要全株化利用、梯級(jí)綜合利用生物質(zhì)熱化學(xué)液化技術(shù)在生物質(zhì)的利用中，特別是制取液體能源時(shí)，含水量是十分重要的影響因素。生物質(zhì)分為高含水生物質(zhì)（如藻類(lèi)、生活垃圾、發(fā)酵殘?jiān)⒂袡C(jī)污泥等）和低含水生物質(zhì)（如秸稈和林業(yè)廢棄物等）。生物質(zhì)熱化學(xué)液化分為高溫快速熱解工藝和高壓熱解工藝。（全株化利用技術(shù)）

在能源轉(zhuǎn)化時(shí)，應(yīng)根據(jù)含水率狀況選擇工藝。生物質(zhì)熱化學(xué)液化技術(shù)低含水生物質(zhì)高溫快速熱解生產(chǎn)液體燃料油技術(shù)低含水生物質(zhì)隔絕空氣快速加熱，通過(guò)熱化學(xué)方法，直接裂解為粗油，反應(yīng)速度快，處理量大。生物油為主要產(chǎn)品，氧含量在40～50%，熱值相當(dāng)重油的一半。生物質(zhì)高壓熱解生產(chǎn)液體燃料油技術(shù)高含水生物質(zhì)在高壓中溫的熱水中進(jìn)行熱分解反應(yīng)的過(guò)程。與高溫快速熱解工藝一樣，生成氣體、液體和固體。熱解產(chǎn)生的輕組分木醋組分（黃腐酸）溶解在水中，油和固體混合在一起。生物油為主要產(chǎn)品，氧含量小于20%，熱值相當(dāng)高溫快速熱解油的1.5倍。生物質(zhì)熱化學(xué)液化技術(shù)生物油易貯存、運(yùn)輸，不但可以替代車(chē)用燃料，而且從中能提取出高附加值化學(xué)品，是工農(nóng)業(yè)大宗原料。通過(guò)分散熱解，油品集中加工，可以解決因生物質(zhì)運(yùn)輸成本高造成的裝置不能大型化的問(wèn)題。對(duì)于生物質(zhì)發(fā)電的企業(yè)，通過(guò)分散熱解，集中發(fā)電的方式，熱解油通過(guò)燃油蒸汽機(jī)發(fā)電，效率為35～45％，解決了生物質(zhì)發(fā)電要求的規(guī)模效益，減少了生物質(zhì)運(yùn)輸和干燥成本。低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化-國(guó)外研究進(jìn)展荷蘭Twente大學(xué)開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝，不用載氣，不僅大大減少了裝置體積，而且減輕了冷凝器負(fù)荷，液化效率較高。但其最大的缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小，能耗較高，設(shè)備磨損大。美國(guó)Georgia工學(xué)院（GIT）開(kāi)發(fā)的攜帶床反應(yīng)器，利用高溫燃燒氣將生物質(zhì)快速加熱分解，但缺點(diǎn)是需要大量高溫燃燒氣并產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣。加拿大Ensyn工程師協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)研制的循環(huán)流化床工藝，設(shè)備小巧，氣相停留時(shí)間短，防止熱解蒸汽的二次裂解。但其主要缺點(diǎn)是需要載氣對(duì)設(shè)備內(nèi)的熱載體及生物質(zhì)進(jìn)行流化以及載體與生物質(zhì)的分層。低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化-國(guó)外研究進(jìn)展美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）開(kāi)發(fā)了渦旋反應(yīng)器，生物質(zhì)顆粒由氮?dú)饧铀俚?00m/s，由切線進(jìn)入反應(yīng)管，在管壁產(chǎn)生一層生物油并被迅速蒸發(fā)。但缺點(diǎn)是需要大量高溫氮?dú)獠a(chǎn)生大量低熱值的不凝氣。加拿大Laval大學(xué)開(kāi)發(fā)的多層真空熱解磨反應(yīng)器，由于熱解蒸汽停留時(shí)間很短，大大減少了二次裂解，其缺點(diǎn)是需要大功率的真空泵，價(jià)格高、能耗大，放大困難。低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化-國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)較早開(kāi)展“生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)”研究，列入國(guó)家科委“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，在生物質(zhì)熱裂解過(guò)程實(shí)驗(yàn)和理論分析方面做了大量工作。中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（華東）/山東科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院化工冶金研究所和廣州能源所、河北省環(huán)境科學(xué)院等單位開(kāi)展了生物質(zhì)液化實(shí)驗(yàn)。山東工程學(xué)院開(kāi)發(fā)了等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù)，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備液化玉米秸粉，制出了生物油，并進(jìn)行了成分分析。熱等離子體快速熱解液化，升溫快，但溫度過(guò)高、等離子槍壽命太短。低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化

國(guó)外的生物質(zhì)能工作者偏重于不同類(lèi)型的快速熱解反應(yīng)器的開(kāi)發(fā),來(lái)提高生物油的產(chǎn)率。國(guó)內(nèi)工作者主要著眼于通過(guò)控制溫度，使用催化劑，從而控制物料進(jìn)行的反應(yīng)，尋找適宜的物料，來(lái)探索提高生物油質(zhì)量的途徑。反應(yīng)器決定了反應(yīng)體系的熱量、動(dòng)量、質(zhì)量傳遞過(guò)程，改善物料、溫度在反應(yīng)體系的分布，影響化學(xué)反應(yīng)的速度和進(jìn)行程度和油灰分離。實(shí)際上在生物質(zhì)快速熱解生產(chǎn)液體燃料的各種工藝中，反應(yīng)器都是其核心部分。

反應(yīng)器的類(lèi)型及其加熱方式?jīng)Q定了產(chǎn)物的最終分布，反應(yīng)器類(lèi)型的選擇和加熱方式的選擇是各種技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化

低含水生物質(zhì)高溫快速熱解液化

作為一種只有3０多年發(fā)展歷史的新工藝，在技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用方面還存在許多不足，至今才實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。之前，存在的主要問(wèn)題有：開(kāi)發(fā)和改進(jìn)大規(guī)模工業(yè)化工藝和設(shè)備；生物原油高含水的問(wèn)題；生物原油脫灰的難題；熱載體長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題；生物油精制與改性，生產(chǎn)生物車(chē)用燃油；燃油型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)。生物質(zhì)自混合下行式循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)

中國(guó)石油大學(xué)（華東）/山東科技大學(xué)通過(guò)工藝和設(shè)備一體化，開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)自混合下行式循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)，下行流化床固固熱解工藝具有順重力場(chǎng)并流下行運(yùn)動(dòng)、接觸時(shí)間短、反應(yīng)快、徑向分布均勻、返混小、無(wú)需熱解流化氣、載體與生物質(zhì)不分層。解決了國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)熱解存在的反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件高溫磨損、流化氣稀釋耗能、系統(tǒng)熱效率和液收率低、油中帶灰、產(chǎn)品高含水、生物油加熱自聚以及工業(yè)放大等難題。整套工藝中用到的技術(shù)：自混合下行反應(yīng)技術(shù)循環(huán)流化床快速燒焦技術(shù)熱載體分級(jí)分離技術(shù)油氣快速急冷分離技術(shù)正壓低磨損脈沖提升干燥技術(shù)油氣分級(jí)分餾和精制改性技術(shù)生物質(zhì)自混合下行式循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)

實(shí)驗(yàn)裝置及工業(yè)裝置情況：建成3000噸/年生物質(zhì)快速熱解中試裝置建成兩套2萬(wàn)噸/年生物質(zhì)快速熱解工業(yè)化示范裝置建成20萬(wàn)噸/年生物質(zhì)快速熱解工業(yè)化裝置20萬(wàn)噸/年(收到基)生物質(zhì)(鋸末)熱解制油項(xiàng)目

生物質(zhì)熱解制生物油20萬(wàn)噸/年0.5-0.7萬(wàn)噸/年輕油(溶劑油）0.8-1萬(wàn)噸/年

木醋液1.4-1.6萬(wàn)噸/年柴油餾分2.8-3.2萬(wàn)噸/年燃料油20萬(wàn)噸/年（收到基）鋸末1.0-1.2萬(wàn)噸/年燃?xì)?.4-1.6萬(wàn)噸/年半焦0.7-1.0萬(wàn)噸/年硅鉀肥2萬(wàn)噸/年生物質(zhì)快速熱解制生物原油示范裝置

熱載體分級(jí)分離效果

一級(jí)排灰二級(jí)排灰三級(jí)排灰20萬(wàn)噸/年生物質(zhì)快速熱解裝置

產(chǎn)品

輕油柴油餾分木醋液半焦干氣硅鉀肥輕質(zhì)油超臨界酯化改性初步結(jié)果

溶劑油餾分酯化油柴油餾分酯化油汽油餾分酯化油高含水生物質(zhì)高壓熱解液化-國(guó)外研究進(jìn)展

美國(guó)礦產(chǎn)局PERC工藝，將木材在干燥（水分4%）、粉碎（35目）后，與循環(huán)油和催化劑Na2C03混合成漿狀，用CO加壓至28MPa，使原料在350℃下反應(yīng)，液體收率42%，生產(chǎn)能力達(dá)3t/d。美國(guó)能源部與加利福尼亞的LBL法，此法預(yù)水解時(shí)，用木材質(zhì)量0.17%的硫酸作催化劑，在180℃,10MPa壓力下預(yù)水解45min,得到的預(yù)水解產(chǎn)物中和后，加入占原料木材質(zhì)量5%的碳酸鈉作催化劑，而后在360℃和28MPa條件下，用CO進(jìn)行高壓液化，液收率為35%左右。目前正在籌建日處理200t木材的試驗(yàn)性工廠。荷蘭HTIU工藝，將生物質(zhì)與水混合加熱加壓轉(zhuǎn)化為糊狀，然后進(jìn)行脫羧基反應(yīng)，以二氧化碳的形式除去部分木質(zhì)素，可得到50%左右的生物粗油。2004年荷蘭TNO公司的HTIU試驗(yàn)裝置成功連續(xù)運(yùn)行3周，該裝置設(shè)計(jì)能力為消耗原料6t/h,實(shí)際運(yùn)行是用洋蔥做原料，轉(zhuǎn)化效率為100kg/h。日本國(guó)家污染和再生資源研究院采用CO、水和堿金屬催化劑進(jìn)行了生物液化，油產(chǎn)率50%，熱值35MJ/Kg。德國(guó)聯(lián)邦森林和林產(chǎn)品研究中心的一步法催化加氫液化技術(shù)。高含水生物質(zhì)高壓熱解液化-國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

近幾年理論研究進(jìn)展迅速，但工藝和設(shè)備研究較少：北京化工大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（華東）/山東科技大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、中科院山西煤化所用水做溶劑研究了生物質(zhì)液化，考察了反應(yīng)溫度、時(shí)間、生物質(zhì)水的比率對(duì)液體產(chǎn)物中重油產(chǎn)率的影響。華東理工大學(xué)研究了纖維素連續(xù)催化水解并對(duì)生物質(zhì)與煤的共液化進(jìn)行了研究，選用硫鐵化物為催化劑進(jìn)行煤與生物質(zhì)加氫共液化。高