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生物质和其汽爆渣热解提取生物油

作者: 发布时间:2012-01-19

中国长期以来人们依赖化石能源,年耗量不断增加,造成日益严重的环境污染及能源短缺。自1993年开始,我国已成为石油净进口国,2000年进口量已经超过7000万吨,过分依赖进口原油,对我国能源供应战略安全构成了潜在威胁。因此,开发各种清洁的可持续利用的能源已成为能源发展的紧迫课题。从我国能源的资源量、现主要消耗能源对环境的影响以及国家能源安全考虑,大规模应用可再生能源是我国可持续发展战略的重要内容。

在可能替代化石燃料的能源中,生物质以其可再生、产量巨大、可储存等优点引世人注目。而且生物质能是一种可以转换为清洁燃料的可再生能源,其利用技术和化石燃料的利用方式具有很大的兼容性,因此以生物质作为原料生产清洁液体燃料,不但可以弥补化石燃料的不足,缓解依赖大量进口石油的被动局面,实现我国能源安全战略,而且可以达到保护生态环境的目的。研究、开发和利用生物质,使之高值化正引起世界各国的高度重视,成为世界高技术研究和产业化竞争最为激烈的领域之一。

我国是农业大国,每年可产生秸秆7亿多吨,相当于3.5亿吨标准煤,近年来,随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展,秸秆逐步由一种传统的做饭、取暖烧柴的原料演变成了一种无用的负担物。秸秆就地焚烧日趋严重,产生的烟雾已成为一大社会公害。秸秆在传统意义上的作为劣质燃料被煤或电力取代、作为肥料被化肥取代、作为食草耕牛被农业机械取代,因此,作为燃料、肥料、饲料意义上的秸秆,已逐步失去市场,秸秆被排除于农业生产的内部循环之外。

将生物质转化为高品质能源的方法主要分为热化学法和生物法。热化学转化又分为气化和液化法。由于液体燃料易于储藏运输,生物质液化法倍受关注,发展为快速裂解法(无氧或缺氧下,加热分解)、高压加氢液化(沿用煤炭方法)和超临界转化(在超临界流体转化)。其中,快速裂解液化法操作简单,是研究的重点。

欧洲和美国在生物质气化发电的研究与开发方面处于领先水平,但长期以来有关生物质燃气净化的研究一直没有突破,制约这一技术的发展和商业化。生物质转化为的液体燃料便于运输和储存,因此,生物质液化制燃料油已成为最有开发潜力的技术之一,欧美等发达国家作了大量的研究工作。至1984年,IEA(International Energy Agency)组织已完成起始工作即BLTF(Biomass Liquefaction Test Facility);第二阶段从1986至1988年,其间的行动命名为DBL(Direct Biomass Liquefaction);第三阶段为ALPS(Assessment of Liquefaction and Pyrolysis Systems),有更多的国家参与,并在世界范围内取得更大进展。目前已出现的各种生物油转化技术处于不同的发展阶段,开发出了多种生物质快速传热的方法用于热解,主要有利用气体热载体、气体热载体结合壁传热、壁加热、固体热载体、气体热载体结合固体热载体等的传热方法。美国太阳能研究所等建立了不同裂解方法的实验装置,每小时生产容量从几十到几百公斤,最高产油率达70%,但热解油的储存和精制尚未解决。类似的循环流化床热解反应器也正在美国开发,已达到2T/h 的规模。加拿大Ensyn公司最大的生物质快速热解装置已在意大利建成,预计每天生产10吨生物油,产率可达70%(wt)以上。目前在欧美一些公司正在继续努力对一些新型反应器进行商业性开发,期望将生物质快速热解基础性的研究开发成果应用到工业规模。

本课题组曾承担“八五”国家重点科技攻关项目“生物质热解气化制中热值煤气”,在国内首次实现了含生物质的热载体在热解气化炉中的高倍率循环流动,不用氧气生产中热值煤气,已获中国专利。在生物质燃烧的工艺研究和技术开发方面已积累了较丰富的经验,近年通过承担的863项目来开展了生物质热裂解制液体燃料产品的研究。在实验室对多种生物质进行了快速热解制取生物油的研究,获得了较高的液体收率,建立了5kg/h的生物质热解评价系统。以玉米秸秆为原料的实验表明,热解油干基收率超过50%,副产优质煤气热值达到16MJ/Nm3。

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