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生物质转化技术的应用

更新时间:2015-08-05 09:22 来源:中国能源网 作者: 阅读:1040 网友评论0
  生物质转化技术的应用
  
  生物质发电
  
  生物质气化发电
  
  生物质气化技术是利用生物质作为高品位能源的一种新技术,近年来欧洲很多研究人员对生物质气化发电技术进行了大量的研究,并取得了相当的成果。生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气,再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于燃用,而且分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电设备紧凑而且污染少的优点。所以,气化发电是生物质能最有效、最洁净的利用方法之一。
  
  气化发电过程主要包括3个方面:一是生物质气化,在气化炉中把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化,气化出来的燃气都含有一定的杂质,包括灰分、焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电,利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电,有的工艺为了提高发电效率,发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。
 
生物质气化发电技术在发达国家已受到广泛重视,如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划,生物质能在总能耗中的比例由原来的3%增到目前的25%,已拥有装机容量为1~2MW的区域供热站90座。瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求,以大大提高其转换效率。一些发展中国家,随着经济发展也逐步重视生物质的开发利用,增加生物质能的生产,扩大其应用范围,提高其利用效率。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家,都先后开展了生物质能的气化、成型固化、热解等技术的研究开发,并形成了工业化生产。
  
  美国在利用生物质气化发电方面处于世界领先地位。美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平,可生产中热值气体。这种大型生物质气化循环发电系统包括原料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备,适合于大规模处理农林废物。国内很多单位也进行了此方面的研究,如中国科学院广州能源研究所,成功地把流化床技术应用到生物质气化发电方面,使用木屑或稻壳的1MW流化床发电系统已经投入商业运行,取得了良好的经济和社会效益。
  
  沼气发电
  
  世界各发达国家都对利用沼气发电十分重视。为了减少20%温室气体排放,德国充分利用垃圾填埋场的沼气发电。日本还通过食品废弃物再生法的实施,促进了食品废弃物发酵堆肥技术的推广,并研究从沼气中提取氢气供燃料电池热电联供作燃料。朝日、麒麟等几个大啤酒厂都配套建成了200kW的燃料电池发电机组;东芝公司与中国广东省番禺县猪场联合建设的200kW燃料电池项目已于2001年投产。
  
  日本政府已规定电力公司必须给用生物质能发的电优惠上网,并在研究其他鼓励政策。沼气发电从1990年的5000GW·h增长到2000年的12048GW·h.虽然在20世纪90年代早期,几乎所有的沼气发电都是由美国提供的,然而,现在最大的沼气发电国家已经转移到了OECD(经济合作与发展组织)国家,它们占沼气发电总量的54.5%。英国在2000年的沼气发电量为2556GW·h,在OECD国家中位居第二。
  
  虽然美国以4984GW·h的发电量保持着第一的位置,它的增长速度却仅为年均6.4%,明显低于许多欧盟国家的增长速度。德国的年均增长速度为23.4%(2000年达到1683GW·h),意大利增长速度为60.3%(566GW·h),法国为14.4%(346GW·h)。可以预见到在不久的将来,利用沼气发电的较快增长将会出现在欧盟成员国家。
  
  生物质制取燃料
  
  生物质制取液体燃料
  
  生物质是惟一可以直接转化为液体燃料的可再生能源。由于生物质的多样性和转化技术的多样性,生物液体燃料种类也各种各样。目前技术较成熟、开发利用达到一定规模的生物液体燃料主要是燃料乙醇和生物油。燃料乙醇的应用由来已久,早在1908年,美国福特公司就研制出既能烧汽油,又能烧纯乙醇的汽车。但随着廉价石油的大量开采和应用,这些车辆逐渐消失了。20世纪70年代石油危机后,很多国家重新加强了乙醇燃料的开发和利用。巴西是世界上最早实施乙醇燃料计划的国家。
  
  巴西乙醇燃料的生产以甘蔗、砂糖为原料。目前巴西年产乙醇燃料近800万t,约占汽油总耗量的1/3,使用乙醇燃料的车辆达370多万辆,成为世界上最大的乙醇燃料消费国。美国是世界上另一个大量生产使用乙醇燃料的国家。与巴西不同的是,美国主要用玉米为原料生产乙醇,所耗玉米占全国玉米总产量的7%~8%。1990年美国乙醇燃料销售量为265万t,到2000年达到559万t,年均增产率达8%。
  
  除此之外,欧共体和日本等国家也有开发利用乙醇燃料的计划。1993年欧共体建议提高燃料级乙醇生产量,要求汽油掺混乙醇燃料不低于5%,并将生物乙醇燃料的税率降低到相当干矿物燃料税率的水平。日本从l983年开始实施燃料乙醇开发计划,重点开发以农村废弃物为原料直接生产乙醇的技术。20世纪90年代,用可再生资源替代石油资源,并用生物技术取代化工制备生物燃料已成为世界各大化学公司发展战略的热点。中国政府一直重视乙醇燃料的研究与开发,特别是利用非粮食原料生产乙醇燃料的战略
  
  储备性研究与开发,一直被科技部列为国家重点科技攻关课题和“863”计划。20世纪80年代以来,“甜高粱”的育种技术和乙醇燃料的生产技术得到一定发展,到2001年其试产规模达到5000t·a-1。近几年,随着石油进口压力的增加,以粮食(主要是玉米)为原料的乙醇燃料生产也提到了日程上。经国务院批准,投资29亿元在吉林省新建60万t燃料乙醇项目,河南年产20万t、黑龙江年产10万t2个变性燃料乙醇项目也相继投产。
  
  生物柴油是一种洁净的生物燃料。借助酶法即脂酶进行酯交换反应,可将废食用油转变为生物柴油,混在反应物中的游离脂肪酸和水对酶的催化效应无影响。反应液静置后,脂肪酸甲脂即可与甘油分离,从而可获得较为纯净的柴油。为提高柴油生产效率,采用酶固定化技术,并在反应过程中分段添加甲醇,更有利于提高柴油的生产效率。生物柴油于1988年诞生,由德国聂尔公司发明。生物柴油主要是把植物和动物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇用酸性或碱性催化剂在230~250℃下进行脂化反应,生成以脂肪酸甲脂或乙脂为主要成分的生物柴油。生物柴油有良好的环保性(含硫量低),较好的发动机低温启动性(无添加剂时冷凝点达-20℃),较好的安全性(闪点高),良好的燃料性能(十六烷值高,燃烧性能优于普通柴油),最重要的是它是一种可再生能源。基于以上优点。生物柴油具有广阔的发展前景。
  
  生物柴油使用最多的是欧洲,份额已占到成品油市场的5%。德国现有8家生物柴油生产厂,生产能力为25万t·a-1,拥有300多个生物柴油加油站,并制定了生物柴油标准DINV51606,对生物柴油免税。法国有7家生物柴油生产厂。总生产能力为40万t·a-1。意大利有9个生物柴油生产厂,总生产能力为33万t·a-1。奥地利有3个生物柴油生产厂,总生产能力为5.5万t·a-1。比利时有2个生物柴油生产厂,总生产能力为24万t·a-1。欧盟确定了较高的生产目标,2010年达830万t。美国从20世纪90年代初就开始将生物柴油投入商业性应用,生物柴油已成为其产量增长最快的替代燃油。另外,日本、巴西、泰国、韩国等国家也积极推广和使用生物柴油。目前中国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后由上海内燃机研究所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、云南师范大学等单位都对生物柴油作了不同程度的研究。并取得了可喜的成绩。生物柴油在今后几十年中会迅速发展起来,形成生物柴油产业。
  
  生物质快速裂解生产生物油被认为是最经济的生物质生产液体燃料的路线。快速裂解技术自20世纪80年代提出以来,得到了迅速的发展。现已发展了多种工艺,加拿大Watedoo大学流化床反应器、荷兰Twente大学旋转锥反应器、瑞士自由降落反应器等均达到最大限度地增加液体ca88亚洲城收率的目的。生物质快速裂解液体产率可高达70%~80%。快速裂解条件比较难控制,条件控制不好。
  
  对产率影响较大。生物油是一种液体含氧混合物,主要包括羧酸、酚和醛酮等含氧化合物。由于生物质油的独特性质,导致其不稳定。尤其是它的热不稳定性,限制了其直接应用的范围。同时也正因为此,生物质油的精制比较困难。不同于原油馏分及煤液化组分的精制。所以,为了提高其使用性能,生物质油精制方法的研究开发仍然是一个亟待解决课题之一。王树荣等进行了快速热裂解制取生物油的试验,生物油产率高达60%。美国乔治亚技术研究所生物油的产率已达到70.6%,生产规模达到日产200t。加拿大CastleCapital公司生产的成套生物油设备已投放市场。近年来,国际上提出了生物油精制的可能处理方法包括催化裂化和催化加氢。
 
生物质气化发电技术在发达国家已受到广泛重视,如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划,生物质能在总能耗中的比例由原来的3%增到目前的25%,已拥有装机容量为1~2MW的区域供热站90座。瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求,以大大提高其转换效率。一些发展中国家,随着经济发展也逐步重视生物质的开发利用,增加生物质能的生产,扩大其应用范围,提高其利用效率。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家,都先后开展了生物质能的气化、成型固化、热解等技术的研究开发,并形成了工业化生产。
  
  美国在利用生物质气化发电方面处于世界领先地位。美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平,可生产中热值气体。这种大型生物质气化循环发电系统包括原料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备,适合于大规模处理农林废物。国内很多单位也进行了此方面的研究,如中国科学院广州能源研究所,成功地把流化床技术应用到生物质气化发电方面,使用木屑或稻壳的1MW流化床发电系统已经投入商业运行,取得了良好的经济和社会效益。
  
  沼气发电
  
  世界各发达国家都对利用沼气发电十分重视。为了减少20%温室气体排放,德国充分利用垃圾填埋场的沼气发电。日本还通过食品废弃物再生法的实施,促进了食品废弃物发酵堆肥技术的推广,并研究从沼气中提取氢气供燃料电池热电联供作燃料。朝日、麒麟等几个大啤酒厂都配套建成了200kW的燃料电池发电机组;东芝公司与中国广东省番禺县猪场联合建设的200kW燃料电池项目已于2001年投产。
  
  日本政府已规定电力公司必须给用生物质能发的电优惠上网,并在研究其他鼓励政策。沼气发电从1990年的5000GW·h增长到2000年的12048GW·h.虽然在20世纪90年代早期,几乎所有的沼气发电都是由美国提供的,然而,现在最大的沼气发电国家已经转移到了OECD(经济合作与发展组织)国家,它们占沼气发电总量的54.5%。英国在2000年的沼气发电量为2556GW·h,在OECD国家中位居第二。
  
  虽然美国以4984GW·h的发电量保持着第一的位置,它的增长速度却仅为年均6.4%,明显低于许多欧盟国家的增长速度。德国的年均增长速度为23.4%(2000年达到1683GW·h),意大利增长速度为60.3%(566GW·h),法国为14.4%(346GW·h)。可以预见到在不久的将来,利用沼气发电的较快增长将会出现在欧盟成员国家。
  
  生物质制取燃料
  
  生物质制取液体燃料
  
  生物质是惟一可以直接转化为液体燃料的可再生能源。由于生物质的多样性和转化技术的多样性,生物液体燃料种类也各种各样。目前技术较成熟、开发利用达到一定规模的生物液体燃料主要是燃料乙醇和生物油。燃料乙醇的应用由来已久,早在1908年,美国福特公司就研制出既能烧汽油,又能烧纯乙醇的汽车。但随着廉价石油的大量开采和应用,这些车辆逐渐消失了。20世纪70年代石油危机后,很多国家重新加强了乙醇燃料的开发和利用。巴西是世界上最早实施乙醇燃料计划的国家。
  
  巴西乙醇燃料的生产以甘蔗、砂糖为原料。目前巴西年产乙醇燃料近800万t,约占汽油总耗量的1/3,使用乙醇燃料的车辆达370多万辆,成为世界上最大的乙醇燃料消费国。美国是世界上另一个大量生产使用乙醇燃料的国家。与巴西不同的是,美国主要用玉米为原料生产乙醇,所耗玉米占全国玉米总产量的7%~8%。1990年美国乙醇燃料销售量为265万t,到2000年达到559万t,年均增产率达8%。
  
  除此之外,欧共体和日本等国家也有开发利用乙醇燃料的计划。1993年欧共体建议提高燃料级乙醇生产量,要求汽油掺混乙醇燃料不低于5%,并将生物乙醇燃料的税率降低到相当干矿物燃料税率的水平。日本从l983年开始实施燃料乙醇开发计划,重点开发以农村废弃物为原料直接生产乙醇的技术。20世纪90年代,用可再生资源替代石油资源,并用生物技术取代化工制备生物燃料已成为世界各大化学公司发展战略的热点。中国政府一直重视乙醇燃料的研究与开发,特别是利用非粮食原料生产乙醇燃料的战略
  
  储备性研究与开发,一直被科技部列为国家重点科技攻关课题和“863”计划。20世纪80年代以来,“甜高粱”的育种技术和乙醇燃料的生产技术得到一定发展,到2001年其试产规模达到5000t·a-1。近几年,随着石油进口压力的增加,以粮食(主要是玉米)为原料的乙醇燃料生产也提到了日程上。经国务院批准,投资29亿元在吉林省新建60万t燃料乙醇项目,河南年产20万t、黑龙江年产10万t2个变性燃料乙醇项目也相继投产。
  
  生物柴油是一种洁净的生物燃料。借助酶法即脂酶进行酯交换反应,可将废食用油转变为生物柴油,混在反应物中的游离脂肪酸和水对酶的催化效应无影响。反应液静置后,脂肪酸甲脂即可与甘油分离,从而可获得较为纯净的柴油。为提高柴油生产效率,采用酶固定化技术,并在反应过程中分段添加甲醇,更有利于提高柴油的生产效率。生物柴油于1988年诞生,由德国聂尔公司发明。生物柴油主要是把植物和动物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇用酸性或碱性催化剂在230~250℃下进行脂化反应,生成以脂肪酸甲脂或乙脂为主要成分的生物柴油。生物柴油有良好的环保性(含硫量低),较好的发动机低温启动性(无添加剂时冷凝点达-20℃),较好的安全性(闪点高),良好的燃料性能(十六烷值高,燃烧性能优于普通柴油),最重要的是它是一种可再生能源。基于以上优点。生物柴油具有广阔的发展前景。
  
  生物柴油使用最多的是欧洲,份额已占到成品油市场的5%。德国现有8家生物柴油生产厂,生产能力为25万t·a-1,拥有300多个生物柴油加油站,并制定了生物柴油标准DINV51606,对生物柴油免税。法国有7家生物柴油生产厂。总生产能力为40万t·a-1。意大利有9个生物柴油生产厂,总生产能力为33万t·a-1。奥地利有3个生物柴油生产厂,总生产能力为5.5万t·a-1。比利时有2个生物柴油生产厂,总生产能力为24万t·a-1。欧盟确定了较高的生产目标,2010年达830万t。美国从20世纪90年代初就开始将生物柴油投入商业性应用,生物柴油已成为其产量增长最快的替代燃油。另外,日本、巴西、泰国、韩国等国家也积极推广和使用生物柴油。目前中国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后由上海内燃机研究所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、云南师范大学等单位都对生物柴油作了不同程度的研究。并取得了可喜的成绩。生物柴油在今后几十年中会迅速发展起来,形成生物柴油产业。
  
  生物质快速裂解生产生物油被认为是最经济的生物质生产液体燃料的路线。快速裂解技术自20世纪80年代提出以来,得到了迅速的发展。现已发展了多种工艺,加拿大Watedoo大学流化床反应器、荷兰Twente大学旋转锥反应器、瑞士自由降落反应器等均达到最大限度地增加液体ca88亚洲城收率的目的。生物质快速裂解液体产率可高达70%~80%。快速裂解条件比较难控制,条件控制不好。
  
  对产率影响较大。生物油是一种液体含氧混合物,主要包括羧酸、酚和醛酮等含氧化合物。由于生物质油的独特性质,导致其不稳定。尤其是它的热不稳定性,限制了其直接应用的范围。同时也正因为此,生物质油的精制比较困难。不同于原油馏分及煤液化组分的精制。所以,为了提高其使用性能,生物质油精制方法的研究开发仍然是一个亟待解决课题之一。王树荣等进行了快速热裂解制取生物油的试验,生物油产率高达60%。美国乔治亚技术研究所生物油的产率已达到70.6%,生产规模达到日产200t。加拿CastleCapital公司生产的成套生物油设备已投放市场。近年来,国际上提出了生物油精制的可能处理方法包括催化裂化和催化加氢。
 

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