生物質(zhì)材料工業(yè)化轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀第1頁/共27頁生物質(zhì)的概念生物質(zhì)是指可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括農(nóng)作物、樹木和其它植物及其殘體、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物等。生物質(zhì)資源是世界上潛在的最大的可再生的燃料及化學(xué)物的來源。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是以生物質(zhì)為原料，通過工業(yè)性加工轉(zhuǎn)化，進(jìn)行生物基產(chǎn)品（Biobasedproducts)、生物燃料(Biofuels)和生物能源(Bioenergy)生產(chǎn)的一種新興產(chǎn)業(yè)。第2頁/共27頁生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)第3頁/共27頁世界生物質(zhì)資源狀況生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源之一，在世界能源消耗中，生物質(zhì)能占總能耗的14%，而在發(fā)展中國家高達(dá)40%以上。廣義的生物質(zhì)能包括一切以生物質(zhì)為載體的能量，具有可再生性。據(jù)估計，全球每年水、陸生物質(zhì)產(chǎn)生的熱當(dāng)量為3×1021J左右，是全球目前總能耗量的10倍。

第4頁/共27頁生物質(zhì)工業(yè)化轉(zhuǎn)化的意義生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)直面我國“三農(nóng)”、能源和環(huán)境三大主題，是世界發(fā)展之大勢和新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，在宏觀和戰(zhàn)略上是可行的。戰(zhàn)術(shù)層面上，生物質(zhì)資源的豐度與成本，原料生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化技術(shù)，以及產(chǎn)品市場等都是可行的。在世界范圍內(nèi)，它并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，主要原因是其經(jīng)濟(jì)性仍不理想。這與原料的成本、生產(chǎn)規(guī)模、工藝成本、產(chǎn)率等因素有關(guān)。

第5頁/共27頁國際生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略自上世紀(jì)末，化石能源漸趨枯竭，溫室氣體導(dǎo)致全球變暖，以及環(huán)境惡化的危機(jī)感和緊迫感，使國際社會由理性呼吁和國際協(xié)議，發(fā)展到制訂國家戰(zhàn)略和采取對策行動。2000年美國國會通過了“生物質(zhì)研發(fā)法案”；2002年提出了《發(fā)展和推進(jìn)生物質(zhì)基產(chǎn)品和生物能源》報告和《生物質(zhì)技術(shù)路線圖》，成立了“生物質(zhì)項目辦公室”和生物質(zhì)技術(shù)咨詢委員會。第6頁/共27頁國際生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略歐盟委員會提出，到2020年，運輸燃料的20%將用燃料乙醇等生物燃料替代；日本有“陽光計劃”；印度有“綠色能源工程計劃”；加拿大大力調(diào)整生物質(zhì)行業(yè)政策，迎頭趕上美歐和日本；世界經(jīng)合組織(OCED)的最新研究報告(2004年9月)指出：“各國政府應(yīng)大力支持和鼓勵生物質(zhì)能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，減小它與傳統(tǒng)原油及天然氣產(chǎn)品的價格差距，以最終達(dá)到替代的結(jié)果。”第7頁/共27頁世界生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀自上世紀(jì)70年代，美歐等發(fā)達(dá)國家在發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)上已積累了許多經(jīng)驗。現(xiàn)況是，美國年產(chǎn)燃料乙醇500萬噸，巴西1300萬噸；歐洲以油菜為原料年產(chǎn)生物柴油200萬噸，法國計劃2010年達(dá)800～1000萬噸；美國卡杰爾-道氏公司已建成以玉米為原料年產(chǎn)14萬噸聚乳酸(PLA)及多種聚合物樹脂；沼氣發(fā)電和固化成型燃燒在德國和北歐已經(jīng)商品化。歷時30余年的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)已是星火遍地和蓄勢待發(fā)。第8頁/共27頁我國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀我國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)剛剛起步：豫、吉、皖三省4套年產(chǎn)30萬噸燃料乙醇裝置已建成投產(chǎn)和乙醇汽油銷售開始封閉運行；我國自行培育的，具高抗逆性和可全國種植的甜高梁，每公頃能生產(chǎn)燃料乙醇6噸，比甘蔗高30%，比玉米高3倍，在新疆、內(nèi)蒙古等地已有可喜進(jìn)展。麻瘋樹籽粒含油率50%以上，可直接生產(chǎn)生物柴油，西南地區(qū)已有上十萬畝種植，計劃2010年發(fā)展到1000萬畝。此外，淀粉基熱塑性和聚乳酸樹脂技術(shù)正醞釀突破。第9頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展1、生物質(zhì)熱解能源轉(zhuǎn)化研究：生物質(zhì)熱解液化是在中溫(500℃～600℃)、高加熱速率(104～105℃/s)和極短氣體停留時間(約2s)的條件下，將生物質(zhì)直接熱解，產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻，可使中間液態(tài)產(chǎn)物分子在進(jìn)一步斷裂生成氣體之前冷凝，得到高產(chǎn)量的生物質(zhì)液體油，液體產(chǎn)率(質(zhì)量比)可高達(dá)70％～80％。

第10頁/共27頁生物質(zhì)熱解產(chǎn)物第11頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展氣體產(chǎn)率隨著溫度和加熱速率的升高及停留時間的延長而增加，較低的溫度和加熱速率會導(dǎo)致物料的碳化，使固體生物質(zhì)炭產(chǎn)率增加?？焖贌崃呀庖夯磻?yīng)對設(shè)備及反應(yīng)條件的要求比較苛刻，但其最大的優(yōu)點在于產(chǎn)品油的易存儲和易運輸，不存在產(chǎn)品的就地消費問題，因而得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)通過熱解進(jìn)行轉(zhuǎn)化比化石資源轉(zhuǎn)化有更多的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

第12頁/共27頁生物質(zhì)熱解產(chǎn)物第13頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展2、生物質(zhì)裂解液化轉(zhuǎn)化研究：通過物理、化學(xué)或生物方法,可使木材轉(zhuǎn)化為醇類、可燃性油或者其它帶有特定官能團(tuán)的化合物，從而可作為燃料或化工原料使用。通過裂解液化使生物質(zhì)大分子降解成具有反應(yīng)活性的液態(tài)小分子，從而轉(zhuǎn)化成新的高分子材料。

第14頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展生物質(zhì)裂解液化轉(zhuǎn)化的研究是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的。1971年Appell等在350℃溫度下，使用均相碳酸鈉為催化劑，在水和高沸點溶劑(蒽油,甲酚等)混合物中，用14～24MPa壓力的CO/H2混合氣將生物質(zhì)液化為重油。反應(yīng)溫度300～350℃，反應(yīng)時間約1h，苯溶物(油)的產(chǎn)率可達(dá)40%～60%，原料轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%～99%，此法亦稱為PERC法。

第15頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展Yokoyama等人也在300℃的高溫和10MPa的高壓水中，以碳酸鈉為催化劑，在沒有還原性氣體氫氣和一氧化碳存在的情況下，將生物質(zhì)液化成燃油。也可用相當(dāng)于原料質(zhì)量2%～5%的堿金屬鹽為催化劑，水為溶劑，通N2加壓，在300℃反應(yīng)60min。原料液化后得到焦油狀物質(zhì)，用丙酮等溶劑可將其分離出來。在300℃溫度下，油的產(chǎn)率最高，可達(dá)28.4%。而當(dāng)溫度升至350℃時，產(chǎn)率降至5%。

第16頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展美國加利福尼亞大學(xué)先對生物質(zhì)進(jìn)行前處理，再用與Appell相同的方法進(jìn)行液化，且液化后生物質(zhì)組分仍可保持其高分子化合物性質(zhì)。此法稱為LBL法。日本白石信夫等人發(fā)現(xiàn)在有機(jī)溶劑中，生物質(zhì)可以在比較溫和的條件下液化，沒有催化劑作用時，其液化條件一般是240～270℃，而在酸性催化劑作用下僅在80～150℃即可液化；并相繼發(fā)展了在各種介質(zhì)中，以不同物質(zhì)作催化劑的液化方法及其產(chǎn)物的利用對策。

第17頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展美英等國將生物質(zhì)加工成液體燃料的技術(shù)已達(dá)到實用階段。美國俄勒岡州一家以木片為原料加工原油的工廠，1000kg木片可制成300kg石油，英國一家公司采用液化技術(shù)，用100kg木材生產(chǎn)生24kg石油、16kg瀝青和15kg蒸汽。據(jù)稱，這種“木質(zhì)石油”與中東地區(qū)生產(chǎn)的石油質(zhì)量相近；俄羅斯用鋸末制取石油，產(chǎn)率達(dá)70%～92%。第18頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展3、裂解油及裂解液化產(chǎn)物的分離與精制研究裂解油及裂解液化產(chǎn)物與傳統(tǒng)燃料油相比性質(zhì)較不穩(wěn)定，蒸餾加工過程中對溫度的敏感性和不揮發(fā)性很高，有時還存在粘度過高和水分層問題。因此對裂解油和裂解液化產(chǎn)物進(jìn)行改良是十分必要的。第19頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展(1)加氫處理，所需H2可以通過生物質(zhì)或其焦油就地氣化來解決。催化加氫處理的關(guān)鍵在于催化劑的選擇，最近的研究表明：傳統(tǒng)的催化劑體系，如以氧化鋁作載體的CoMo和NiMo催化劑的壽命和穩(wěn)定性及產(chǎn)品的產(chǎn)率都不太理想，如以碳或改性氧化鋁作載體，則能克服上述缺點。在填充床上，使用NiMo硫化物催化劑，在140～280℃，15MPa條件下加氫處理生物原油，得到的改良油產(chǎn)率可近72%。第20頁/共27頁生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進(jìn)展(2)分子篩處理，分子篩改良與加氫處理比較有更大潛在的優(yōu)勢，因為是低壓操作，溫度又與生物質(zhì)產(chǎn)油量最好時的工藝相近，易于將裂解和改良兩個步驟緊密相聯(lián)，提供了一個方便的加工方法，并且成本上優(yōu)于氫處理。雖然目前最優(yōu)的催化劑和工藝條件以及催化劑壽命和再生仍需進(jìn)一步確定，但許多相關(guān)工作已有進(jìn)展。第21頁/共27頁生物質(zhì)工業(yè)化轉(zhuǎn)化面臨的一些問題

(1)基礎(chǔ)研究有待加強(qiáng)。生物質(zhì)裂解液化技術(shù)如加氫液化技術(shù)、定向液化技術(shù)正處于發(fā)展階段，其裂解液化機(jī)理和過程控制因素還不完全清楚，還要通過試驗采集大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行理論研究，建立液化動力學(xué)模型，進(jìn)而開發(fā)出更合理的工藝路線和設(shè)備。

第22頁/共27頁生物質(zhì)工業(yè)化轉(zhuǎn)化面臨的一些問題

(2)在掌握生物質(zhì)裂解液化機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合超臨界狀態(tài)下的反應(yīng)體系等新技術(shù)，開發(fā)新的催化劑，溶劑與反應(yīng)體系，進(jìn)一步發(fā)展新的裂解液化方法，實現(xiàn)液化過程的“綠色化”。

第23頁/共27頁生物質(zhì)工業(yè)化轉(zhuǎn)化面臨的一些問題

(3)裂解液化產(chǎn)物的精制技術(shù)有待完善。裂解液化所得的產(chǎn)物含氧量高、熱值低、腐蝕性強(qiáng)，需要進(jìn)一步精制才能利用，但其不穩(wěn)定性又導(dǎo)致精制比較困難。目前對產(chǎn)品油的分析測試還不完善，分離手段也有待改進(jìn)。第24頁/共27頁生物質(zhì)工業(yè)化轉(zhuǎn)化面臨的一些問