2011年6月農(nóng)機化研究第6期生物質(zhì)能利用技術的研究進展郭海霞,左月明,張虎2(1.山西農(nóng)業(yè)大學工學院,山西太谷030801;2.吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院,長春130118)摘要:生物質(zhì)能是可再生能源的組成部分。生物質(zhì)能的開發(fā)利用為能源和生態(tài)問題的解決提供了一條新的思路。為此,對近年來國內(nèi)外生物質(zhì)能利用技術的研究進展進行了綜述;分析了目前我國生物質(zhì)能源開發(fā)技術存在的主要問題;提出我國生物質(zhì)能源研究開發(fā)的發(fā)展前景和建議關鍵詞:生物質(zhì)能;利用技術;研究進展中圖分類號:S216文獻標識碼:A文章編號:1003-188X(2011)06-0178-080引言加工殘余物0.86億t。目前,實際使用量為22億t,還有很大的開發(fā)潛力。三是可替代性,正在開發(fā)的由于常規(guī)能源資源儲量有限,且不可再生,在當可再生能源中,生物質(zhì)能源在化學分子構成、能源利今化石能源漸趨枯竭、環(huán)境壓力日益沉重、需求和油用形態(tài)上均與化石能源非常相似,它在不必對已有工價持續(xù)上漲以及世界能源資源爭奪戰(zhàn)愈演愈烈的情業(yè)技術作任何改進的前提下即可替代常規(guī)能源,對常況下世界能源結(jié)構轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥稍偕茉礊橹?。如何?guī)能源有最大的替代能力。四是低污染性,生物質(zhì)合理開發(fā)包括生物質(zhì)能源在內(nèi)的潔凈可再生的能源轉(zhuǎn)化過程中排放的二氧化碳量等于生長過程中吸收已成為21世紀人類面臨的新課題1-2的量?？梢?生物質(zhì)是一種二氧化碳零排放的可再生生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機物,包括資源。同時,生物質(zhì)的揮發(fā)組分高,炭活性高,硫、氮植物、動物及微生物以及由這些生命體排泄和代謝的和灰分含量少,在利用轉(zhuǎn)化過程中的硫化物、氮化物所有有機物質(zhì)。生物質(zhì)能是指直接或間接通過植物和粉塵排放很低或較少。因此,生物質(zhì)作為能源資源的光合作用,將太陽能以化學能的形式貯存在生物質(zhì)比石油煤炭和天然氣等燃料在生態(tài)環(huán)境保護方面具體內(nèi)的一種能量形式,能夠作為能源而被利用的生物有很大的優(yōu)越性。質(zhì)能統(tǒng)稱為生物質(zhì)能。生物質(zhì)能通常包括木材及森綜上所述,開發(fā)生物質(zhì)能有助于減輕溫室效應和林工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城維持生態(tài)良性循環(huán),是解決能源和環(huán)境問題的有效途市和工業(yè)有機廢棄物及動物糞便等。生物質(zhì)能是徑之一,具有廣闊的前景在煤炭、石油和天然氣之后居于世界能源消費總量第4位的能源,在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物1國內(nèi)外生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀質(zhì)能具有特點:一是可再生,只要太陽輻射存在,綠色1.1國外生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀植物的光合作用就不會停止,生物質(zhì)能就永不枯竭992年,世界環(huán)境與發(fā)展大會后,歐美國家開始二是儲量豐富,據(jù)統(tǒng)計,地球上每年通過綠色植物光大力發(fā)展生物質(zhì)能。歐盟規(guī)劃2010年可再生能源比合作用所生成的生物質(zhì)能總量約2200億t,相當于例達12%,每年可替代200t石油,其中成本較3×105kJ的能量,約為現(xiàn)在全球年耗能總量的10倍。低的生物質(zhì)能約占80%。許多國家都制定了相應的我國每年生產(chǎn)的生物質(zhì)中農(nóng)作物秸稈約為7億t,薪開發(fā)研究計劃,如日本的陽光計劃、印度的綠色能源柴1.58億t,糞便4.43億t,垃圾1.43億t,農(nóng)業(yè)工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃,紛紛投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)6收稿日期:2010-08-12基金項目:山西省高校產(chǎn)業(yè)化項目(20090014);山西農(nóng)業(yè)大學青年基以美國瑞典和卑地利簽國為佩、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品金資助項目(2009003)位能中國煤化工模,分別占該國一次作者簡介:郭海霞(197-),女山西平遙人講師碩土,(E-mil)能源CNMHGghx0354@163.com通訊作者:左月明(1954-),男,山西忻州人,教授博士生導師,(E巴西是目前世界上唯一不供應純汽油的國家,生mail)zyueming88@ yahoo. en物能源在國家能源消費結(jié)構中的比重很大。20世紀1782011年6月農(nóng)機化研究第6期70年代中期起,巴西開始利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇。到100萬t,到2020年達到900萬to1996-1997年度生產(chǎn)燃料乙醇137億L,有400萬輛汽車采用純乙醇,大大減少了進口石油的外匯支2生物質(zhì)能利用技術及發(fā)展趨勢出。經(jīng)過30a的努力,巴西已建成完整的燃料乙醇生物質(zhì)作為能源使用已有幾千年9。至今,世界產(chǎn)業(yè)鏈。巴西從2008年1月1日起開始推行生物柴上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)作為生活能源,但油計劃。政府從2009年7月1日起,將生物柴油在普生物質(zhì)的利用不再是簡單地燃燒,而是基于現(xiàn)代技術通柴油中的比例從3%提高到4%,2010年達5%。的高效利用。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑主要包括燃燒、美國在生物質(zhì)利用方面處于世界領先地位。據(jù)報熱化學法、生物化學法和物理化學法等,可轉(zhuǎn)化為二道,美國有350多座生物質(zhì)發(fā)電站,生物質(zhì)能發(fā)電的次能源,即熱量或電力、固體燃料(木炭或成型燃料)、總裝機容量已超過l0000MW,單機容量達10-液體燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油25MW;預測到2010年,生物質(zhì)發(fā)電裝機容量將達到等)和氣體燃料(氫氣、生物質(zhì)燃氣和沼氣等)。目13000MW。20世紀70年代研究開發(fā)的顆粒成型燃前,在生物質(zhì)能源利用上主要集中在直接燃燒、生物料在美國、加拿大和日本等國得到推廣應用,并研究質(zhì)氣化、生物質(zhì)液化和生物質(zhì)固化技術的研究開發(fā)。開發(fā)了專門使用顆粒成型燃料的爐灶,用于家庭或暖2.1生物質(zhì)燃燒技術房取暖,在北美有50萬戶以上家庭使用這種專用取生物質(zhì)因具有低污染性特點,特別適合燃燒轉(zhuǎn)化暖爐。美國的顆粒成型燃料年產(chǎn)量達80萬t。美國在利用,是一種優(yōu)質(zhì)燃料。生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的能源可20世紀70年代末制定了“乙醇發(fā)展計劃”,開始大力應用于炊事、室內(nèi)取暖、工業(yè)過程、區(qū)域供熱和發(fā)電及推廣車用乙醇汽油。并加快木柴發(fā)電和燃料乙醇的熱電聯(lián)產(chǎn)等領域。工業(yè)過程和區(qū)域供暖主要釆用機啟用,利用農(nóng)作物及其廢物制造乙醇作為汽車燃料。械燃燒方式,適用于大規(guī)模生物質(zhì)利用,效率較高,配計劃到2010年,生物質(zhì)可提供約5300萬t乙醇。以汽輪機、蒸汽機、燃氣輪機或斯特林發(fā)動機等設備生物質(zhì)能是加拿大僅次于水電的最重要可再生能可用于發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)。源,它為加拿大提供了6%的初級能源。到2020年在國外,以高效直燃發(fā)電為代表的生物質(zhì)發(fā)電技加拿大可再生能源(不含水電)特別是生物質(zhì)能,將術已經(jīng)比較成熟。丹麥已建立了15家大型生物質(zhì)直增長56%,達到9.83×10“kJ/a。加拿大用木質(zhì)原料燃發(fā)電廠,年消耗農(nóng)林廢棄物約150萬t提供丹麥全生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量為17萬t比利時每年用甘蔗為原國5%的電力供應。目前,以生物質(zhì)為燃料的小型熱料制取乙醇量達3.2萬t以上。意大利已擁有9家電聯(lián)產(chǎn)(裝機多為10-20MW)已成為瑞典和德國的生物柴油的生產(chǎn)廠。重要發(fā)電與供熱方式。芬蘭從1970年就開始開發(fā)如今,國外的生物質(zhì)能技術和裝置多已達到商業(yè)流化床鍋爐技術,現(xiàn)在這項技術已經(jīng)成熟,并成為生化應用程度,實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營。物質(zhì)燃燒供熱發(fā)電工藝的基本技術。美國的生物質(zhì)1.2國內(nèi)生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀直接燃燒發(fā)電占可再生能源發(fā)電量的70%。奧地利在我國,生物質(zhì)能源不僅能緩解能源緊張和減輕成功推行建立燃燒木質(zhì)能源的區(qū)域供電計劃,目前已環(huán)境壓力,其特殊的意義還在有助于解決“三農(nóng)”問有八九十個容量為1000~2000kW的區(qū)域供熱站,年題。我國的生物質(zhì)能源十分豐富,農(nóng)林等有機廢棄物供熱10×10°M。瑞典和丹麥正在實行利用生物質(zhì)進年產(chǎn)出實物量為20.29億t,具有廣闊的開發(fā)前景。行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃,使生物質(zhì)能在提供高品位電能生物質(zhì)能占農(nóng)村總能耗的近70%,占全國總能耗的近同時滿足供熱的要求。1/4。據(jù)預測,2050年我國生物質(zhì)能開發(fā)利用量將達秸桿燃燒發(fā)電在中國正成為現(xiàn)實,中國首臺秸稈到275Mt標準煤,占一次能源供應量的8%?；烊及l(fā)電機組已于2005年底在華電國際棗莊市十里我國的生物質(zhì)能開發(fā)主要是沼氣、秸稈熱裂解制泉發(fā)電廠投運。該機組每年可燃用10.5萬t秸稈,相氣、秸稈固化成型、燃料乙醇和生物柴油等5大領域。當于7.56萬t標準煤。另外,河南許昌、安徽合肥、吉其中,沼氣比較成熟已進入大面積推廣階段;燃料酒林遼源吉林德惠和北京延慶等地也在建設秸桿發(fā)電精已加入汽油在10個省份推廣使用。2010年,我國廠中國煤化工限公司投資42億生物質(zhì)固體成型燃料年利用量達到100萬1,到2020元建CNMHG地8.85hm2,按照日年可達到5000萬t;生物質(zhì)成型燃料已進入工程化試處理城市原始垃圾1200~1500t設計,建3條垃圾焚驗階段。預計,2010年我國生物柴油年生產(chǎn)量將達燒處理線(另備用1條處理線),3臺12MW凝汽式汽2011年6月農(nóng)機化研究第6期輪發(fā)電機組,并預留供熱能力,可實現(xiàn)年售電2.1億電提供了樣板。kW·h,預計201l年9月投人使用我國在生物質(zhì)能方面最早研究的是汪家鼎關于流生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的技術問題主要是鍋爐的設化床褐煤低溫干餾技術,20世紀80年代以后生物質(zhì)計制造生物質(zhì)原料的收集與運輸和原料預處理設備氣化技術又得到了較快的發(fā)展),到2005年底,全國研制。已建成秸稈氣化集中供氣站639處,供氣1500萬22生物質(zhì)氣化技術m3,用戶22000戶。我國自行研制的集中供氣和戶用生物質(zhì)氣化技術是一種熱化學處理技術。氣化是氣化爐已形成了多個系列的爐型,如中國農(nóng)業(yè)機械化以氧氣(空氣、富氧或純氧)水蒸氣或氫氣等作為氣科學研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐;江蘇吳江化劑,在高溫條件下通過氣化爐將生物質(zhì)中可燃部分縣生產(chǎn)的稻殼氣化爐,利用碾米廠的下腳料驅(qū)動發(fā)電轉(zhuǎn)化為小分子可燃氣(主要為一氧化碳、氫氣和甲烷機組,功率達到160kW,已達到使用階段;中科院廣州等)的熱化學反應。在生物質(zhì)氣化過程中,所用的氣能源所對上吸式生物質(zhì)氣化爐的氣化原理和物料反化劑不同,得到的氣體燃料也不同。典型的氣化工藝應性能做了大量試驗,并研制出GSQ型氣化爐;大連有干餾工藝、快速熱解工藝和氣化工藝。其中,前兩市環(huán)境科學設計研究院研制的LZ系列生物質(zhì)干餾熱種工藝適用于木材或木屑的熱解,后一種工藝適用于解氣化裝置,建成了可供1000戶農(nóng)民生活用燃氣的農(nóng)作物(如玉米棉花等)秸稈的氣化。氣化可將生物質(zhì)熱解加工廠;云南省研制的QL-50和60型戶生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的氣態(tài)燃料,直接應用于鍋爐燃用生物質(zhì)氣化爐已通過技術鑒定,并在農(nóng)村進行試驗料或發(fā)電,或作為合成氣進行間接液化以生產(chǎn)甲醇、示范;中國林業(yè)科學院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所研究開發(fā)二甲醚等液體燃料、化工產(chǎn)品或提煉得到氫氣。了集中供熱、供氣的上吸式氣化爐,先后在黑龍江省221生物質(zhì)氣化設備和福建省得到工業(yè)化應用,其氣化效率達70%以1883年誕生的最早的氣化發(fā)生器是以木炭為原上2;江蘇省研究開發(fā)的內(nèi)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)產(chǎn)生料,氣化后的燃氣驅(qū)動內(nèi)燃機,推動早期的汽車或農(nóng)接近中熱值的煤氣,供鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民使用;山東省能源研業(yè)排灌機械的發(fā)展。1938年,建成了世界上第1臺氣究所研究開發(fā)的下吸式氣化爐在農(nóng)村居民集中居住化爐一上吸式氣化爐。1942年美國建成了第套石油地得到較好的推廣應用,并已形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模明。催化裂化流化床反應器。1973年的石油危機后,各國我國氣化爐主要集中在固定床生物質(zhì)氣化爐,而加強了對氣化技術及其設備的研發(fā),主要設備有固定流化床生物質(zhì)氣化爐比固定床生物質(zhì)氣化爐具有更床氣化器和流化床氣化器。1987年,在奧地利POLS大的經(jīng)濟性,應該成為我國今后生物質(zhì)氣化設備研究紙漿廠建成具有工業(yè)規(guī)模的循環(huán)流化床氣化裝置。的主要方向。1996年,魯騎公司在德國柏林 Rudersdorf公司建成當222沼氣時世界上最大規(guī)模的循環(huán)流化床氣化反應器4-1沼氣是指有機物質(zhì)(如作物秸稈、雜草、人畜糞瑞典巳生產(chǎn)出2.5k~25MW的下吸式生物質(zhì)氣化爐,便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機廢水等)在其科研機構正致力于循環(huán)流化床和加壓氣化發(fā)電系厭氧條件下,通過功能不同的各類微生物的分解代統(tǒng)的研究。謝,最終產(chǎn)生以甲烷(CH4)為主要成分的氣體。此外,國外生物質(zhì)氣化裝置一般規(guī)模較大,自動化程度還有少量其它氣體,如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳和氮較高,工藝較復雜,以發(fā)電和供熱為主如加拿大摩爾氣等。沼氣發(fā)酵過程一般可分為3個階段:水解液化公司( Moore Canada Ltd)設計和發(fā)展的固定床濕式上階段、酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵包括小型戶行式氣化裝置加拿大通用燃料氣化裝置有限公司用沼氣池技術和大中型厭氧消化技術。( Omnifuel Gasification System Limitred)設計制造的流瑞典在沼氣開發(fā)與利用方面獨具特色,利用動物化床氣化裝置美國標準固體燃料公司( Standard Solid加工副產(chǎn)品動物糞便、食物廢棄物生產(chǎn)沼氣,還專門Fuels I)設計制造的炭化氣化木煤氣發(fā)生系統(tǒng)以及培育了用于生產(chǎn)沼氣的麥類植物,沼氣中含甲烷64%德國茵貝爾特能源公司( Imbert Energietechnik GMBH)以上。瑞典由麥類植物生產(chǎn)沼氣除沼氣被用做運輸設計制造的下行式氣化爐-內(nèi)燃機發(fā)電機組系統(tǒng)等燃料中國煤化工植。瑞典Lund大等,氣化效率可達60%~90%。近年來,美國在生物學開CNMHG沼氣技術,并已進質(zhì)熱解氣化技術方面有所突破研制出了生物質(zhì)綜合行中間試驗還開發(fā)了低溫高產(chǎn)沼氣技術,可在10°C氣化裝置-燃汽輪機發(fā)電系統(tǒng)成套設備,為大規(guī)模發(fā)條件下產(chǎn)氣2。瑞典還用沼氣替代天然氣。美國紐2011年6月農(nóng)機化研究第6期約州康奈爾大學( Cornell University)的植物學科學家世界先進水平的燃燒生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的制造發(fā)明了一種分離沼氣中有毒物質(zhì)硫化氫的新方辦法,公司,該公司生產(chǎn)的發(fā)電設備主要利用木材加工業(yè)去除硫化氫后的沼氣更加環(huán)保造紙業(yè)的廢棄物為燃料,最大發(fā)電量為30萬kW,廢我國有“世界沼氣之鄉(xiāng)”的美稱。2004-2009棄物的最高含水量可達60%,排煙溫度為140℃,熱電年,中央已經(jīng)投資了190億元建了3050萬戶小沼氣效率達88%7和39500個沼氣工程,生產(chǎn)沼氣約122億m3/a,生產(chǎn)我國生物質(zhì)氣化發(fā)電技術研究始于20世紀60年沼肥約3.85億Ua,形成了成熟的沼氣技術和科學的代,具有代表性的是殼式氣化發(fā)電系統(tǒng)。其160kW和建設模式。200kW生物質(zhì)發(fā)電設備已得到小規(guī)模應用2填埋垃圾制取沼氣也是處理城市生活垃圾、有效生物質(zhì)氣化中對氣化氣體的凈化、廢水處理及產(chǎn)利用生物質(zhì)能的主要方法。杭州天子嶺垃圾填埋場生大量焦油的合理處理都是生物質(zhì)氣化技術急需解是我國第一座大型按衛(wèi)生填埋要求設計,并采用合理決的瓶頸問題,因此將焦油裂解技術和工藝成為研究填埋規(guī)劃和工藝的城市生活垃圾無害化處理工程,的重點。利用我國現(xiàn)有技術,研究開發(fā)經(jīng)濟上可行1991年6月正式運行。山東省科學院能源研究所以效率較高的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術將成為生物質(zhì)高效秸稈在發(fā)酵過程中的物料特性和微生物菌群對秸稈利用的一個主要課題的作用原理為研究出發(fā)點,開發(fā)了簡單、快速、高效的在我國農(nóng)村都是以戶為生產(chǎn)單位,雖然我國生物秸稈預處理技術和專門適用于秸稈的高效厭氧發(fā)酵質(zhì)資源豐富,但資源比較分散,在原料收集和轉(zhuǎn)化過反應器,秸稈的消化率和產(chǎn)氣率得到很大提高,克服程中的投入較高,使原料總成本居高不下,這給氣化了秸稈沼氣發(fā)酵進出料難的技術難題,實現(xiàn)了進出料技術的規(guī)?；瘧迷斐闪苏系K。為了就地取材,節(jié)約的機械化與自動化。成本,還應積極發(fā)展農(nóng)村戶用小型氣化設備的研制。沼氣可用于發(fā)電,目前成熟的國產(chǎn)沼氣發(fā)電機組23生物質(zhì)液化技術的功率主要集中在24~600kW這個區(qū)段。從沼氣工生物質(zhì)能是唯一能轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能程的產(chǎn)氣量來看,有不少沼氣工程適宜配建500kW以源。生物質(zhì)液化技術是把固體狀態(tài)的生物質(zhì)經(jīng)過一上的沼氣發(fā)電機組系列化學加工過程,使其轉(zhuǎn)化成液體燃料(主要是指推進沼氣綜合利用,不僅要高質(zhì)利用沼氣,還要汽油、柴油、液化石油氣等液體烴類產(chǎn)品,有時也包括利用好沼渣沼液,形成綜合性的技術開發(fā),這將有助甲醇和乙醇等醇類燃料)的清潔利用技術。根據(jù)化學于種植業(yè)、加工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、服務業(yè)和倉儲業(yè)的發(fā)展。加工過程技術路線的不同,液化可分為直接液化和間223生物質(zhì)氣化發(fā)電接液化0。目前,生物質(zhì)液體燃料主要包括燃料乙生物質(zhì)氣化發(fā)電技術是生物質(zhì)通過熱化學轉(zhuǎn)化為醇、生物柴油和二甲醚等。氣體燃料,將凈化后的氣體燃料直接送入鍋爐、內(nèi)燃2.3.1燃料乙醇發(fā)電機或燃氣機的燃燒室中燃燒發(fā)電。燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)主要集中在發(fā)達國家,印源。燃料乙醇技術是利用酵母等乙醇發(fā)酵微生物,在度、巴西和東南亞等發(fā)展中國家也積極研發(fā),或者引無氧的環(huán)境下通過特定酶系分解代謝可發(fā)酵糖生成進技術建設相關發(fā)電項目。目前,歐洲和美國在利乙醇(1。乙醇以一定的比例摻入汽油可作為汽車燃Battelle生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程代表生物質(zhì)能利用來源可分為糖質(zhì)原料淀粉原料和纖維素原判趣用生物質(zhì)氣化方面處于世界領先地位。美國建立的料,替代部分汽油使排放的尾氣更清潔。按原料的世界先進水平,可生產(chǎn)中熱值氣體。美國紐約的斯將糖或淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇是傳統(tǒng)的成熟工塔藤垃圾處理站投資2000萬$,采用濕法處理垃圾,藝,利用纖維素原料生產(chǎn)乙醇是今后發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇回收沼氣,用于發(fā)電,同時生產(chǎn)肥料。印度Anna大學的重點發(fā)展方向之一。目前,美國國家可再生能源實新能源和可再生能源中心最近開發(fā)研究用流化床氣驗室(NREL)進行同時糖化和共發(fā)酵工藝(SSCF)的研化農(nóng)林剩余物和稻殼、木屑、甘蔗渣等,建立了一個中究把葡萄糖和木糖的發(fā)酵液放在一起用于發(fā)酵的微試規(guī)模的流化床系統(tǒng),氣體用于柴油發(fā)電機發(fā)電。芬生物中國煤化工單純利用五碳糖發(fā)蘭是世界上利用林業(yè)廢料和造紙廢棄物等生物質(zhì)發(fā)酵菌CNMH⑤%~38%和10%~電最成功的國家之一,其技術與設備為國際領先水30%。NREL還建立了一套日處理生物質(zhì)t規(guī)模的中平。芬蘭最大的能源公司一福斯特威勒公司是具有試裝置積極開發(fā)基于木質(zhì)纖維素類原料燃料乙醇生2011年6月農(nóng)機化研究第6期產(chǎn)技術,并進行綜合技術分析。美國馬斯科馬(Maco-示范放大提供技術基礎。農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院承ma)公司開發(fā)的統(tǒng)合生物處理技術是利用纖維類生物擔的“甜高粱莖稈制取乙醇技術”課題,發(fā)展了甜髙粱質(zhì)為原料、低成本生產(chǎn)生物燃料的加工工藝。公司利莖稈固體發(fā)酵工藝。甜高粱莖稈制取乙醇技術成果用工程化微生物(包括令纖維素發(fā)酵)轉(zhuǎn)化的耐熱菌,的推廣應用,不僅形成具有中國特色的燃料乙醇發(fā)展而不是成本高昂的纖維素酶,一步實現(xiàn)纖維素至乙醇模式,還開辟了具有戰(zhàn)略性的能源農(nóng)業(yè)和生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化。美國愛荷華州立大學( lowa State University)產(chǎn)業(yè),對我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。據(jù)記者的研究人員正在開發(fā)利用熱化學催化技術,從植物生初步統(tǒng)計,已涉足乙醇汽油業(yè)務的上市公司有豐原生物質(zhì)中高效提取乙醇的綜合體系。英國英力士公司化、S吉生化、華資實業(yè)、廣東甘化、敦煌種業(yè)、榮華實( INEOS)已經(jīng)掌握了將生活垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂系募夹g工業(yè)和華冠科技等23。藝,并計劃到2011年底大規(guī)模采用這項工藝生產(chǎn)燃我國發(fā)展燃料乙醇應堅持“非糧“原則,纖維素生料。在生產(chǎn)過程中,加熱垃圾產(chǎn)生氣體,氣體和某些產(chǎn)乙醇在技術上已有相應進步,是未來生物質(zhì)能源技細菌反應產(chǎn)生乙醇,乙醇經(jīng)過凈化變?yōu)槿剂闲g與產(chǎn)業(yè)化利用的發(fā)展方向。酶在化學或生物化學中由于成本高,是纖維素或232生物柴油生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇的一大障礙。美國南達科達州立生物柴油是以各種油脂(包括植物油、動物油脂大學研究人員于2010年7月19日宣布,開發(fā)了使酶和廢餐飲油等)為原料,經(jīng)過轉(zhuǎn)酯化加工處理后生產(chǎn)重復利用于生產(chǎn)纖維素乙醇過程的方法。結(jié)果表明,出的一種液體燃料,生物柴油可作為柴油的替代品。將酶使用5次取得成功,但活性從100%降低到40%,目前,工業(yè)上生產(chǎn)生物柴油的方法主要是酯交換法,仍可保持酶原來活性的40%。包括酸或堿催化法、生物酶催化法、工程微藻法和超由于木質(zhì)素、半纖維素對纖維素的保護作用以及臨界法等。纖維素自身的晶體結(jié)構,使得催化劑很難與纖維素接近幾年來,國內(nèi)外較多研究釆用脂肪酶催化酯交觸,直接影響其糖化水解以及發(fā)酵的過程。Δ.wqji換反應生產(chǎn)生物柴油,即用動植物油和低碳醇通過脂和A. Pekarovicova報道了超聲波處理法對酶水解和肪酶進行轉(zhuǎn)酯化反應,制備相應的脂肪酸酯。加拿大發(fā)酵的影響。超聲波能碎解木質(zhì)素大分子,影響纖維BIOX公司將 David Bookcock公司開發(fā)的技術(美國專的化學性能和物理結(jié)構。 Kitchaiya等研究了微波處理利6642399和6712867)推向工業(yè)化。該工藝使轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維對酶水解的影響。在常壓下,240W的微波速度和效率提高,而且采用酸催化步驟使含游離脂肪處理稻草或蔗渣浸入甘油中10min后,反應溫度高達30%的任意原料轉(zhuǎn)化為生物柴油。日本大阪市200℃時,還原糖濃度提高兩倍。立工業(yè)研究所成功開發(fā)使用固定化脂酶連續(xù)生產(chǎn)生據(jù)有關部門統(tǒng)計,在2004-2006年兩年內(nèi),國內(nèi)物柴油,分段添加甲醇進行反應,反應溫度為30℃,植以生物燃料乙醇或非糧生物液體燃料等名目提出的物油轉(zhuǎn)化率達95%,得到的產(chǎn)品可直接用作生物柴意向建設生產(chǎn)能力已超過千萬噸。中國成為繼巴西、油。芬蘭納斯特(Nese)石油公司投資1億歐元在芬美國之后的全球第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費蘭帕爾伏煉油廠建設加氫法生物柴油裝置,通過加氫國。我國現(xiàn)在已經(jīng)開始在交通燃料中使用燃料乙醇。裂化方法生產(chǎn)生物柴油。以非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術已初步具備商業(yè)化美國是世界上最早研究生物柴油的國家之一。目發(fā)展條件。目前,中糧集團在河北、廣西、內(nèi)蒙古等3前,美國生物柴油主要以大豆為生產(chǎn)原料,同時也在地已有共計80萬t乙醇項目進入前期準備階段,這些積極探索其它途徑,如“工程微藻法”等生產(chǎn)生物柴項目將避免直接以玉米或小麥等糧食為原料,為我國油。2007年,美國啟動了微藻能源計劃,被稱為“微型非糧乙醇奠定良好的基礎。華東理工大學承擔的“纖曼哈頓計劃”。2008年10月,英國碳基金公司啟動了維素廢棄物制取乙醇技術”課題已打通了纖維素原料目前世界上最大的藻類生物燃料項目,投入2600萬酸水解制取乙醇的工藝路線,在國內(nèi)首次建成了由纖英鎊用于發(fā)展相關技術和基礎設施,該項目預計到維素廢棄物年產(chǎn)酒精600t的示范工程累計運行超過2020年實化1000h,通過生物和熱轉(zhuǎn)化方法有機的結(jié)合,開發(fā)了水中國煤化工油一直是我國石油替解殘渣快速裂解液化活性炭的制備以及纖維素酶水代能CNMHG我國系統(tǒng)的生物柴解等工藝技術。該系統(tǒng)將成為我國自主開發(fā)纖維素油研究始于中國科學院“八五”重點科研項目“燃料油原料生產(chǎn)燃料乙醇技術的中試研究實驗平臺,為工業(yè)植物的研究與應用技術,完成了對金沙江流域燃料2011年6月農(nóng)機化研究第6期油植物資源的調(diào)查及栽培技術研究,建立了30hm2小華東理工大學、浙江大學、中國科學院山西煤化桐子栽培示范片。從20世紀90年代開始,長沙市新所和廣州能源研究所等單位開展了相關的實驗室研技術研究所與湖南省林業(yè)科學院對能源植物和生物究,利用可再生的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為清潔的燃料二甲醚。柴油進行了長達10a的合作,并完成了“植物油能源23.4燃料甲醇利用技術”研究。陜西省漢中春光生物能源開發(fā)公司國外從20世紀80年代開始研究生物質(zhì)氣化合成的春光項目,由中國日用化學工業(yè)研究院設計完成,甲醇燃料。20世紀90年代,生物質(zhì)氣化合成甲醇系項目選用“預酯化酯交換制取脂肪酸甲酯”,由中科院統(tǒng)的研究得到了廣泛的發(fā)展,如美國的 Hynol Process自動化研究所為其提供生物柴油生產(chǎn)線自動控制工項目、NREL的生物質(zhì)甲醇項目、瑞典的BAL- Fuels藝及其裝置。國風塑業(yè)大股東國風集團正在建設 Project和Bio-Met- Project以及日本MH的生物質(zhì)60萬v/a生物柴油項目。清華大學完成了生物酶轉(zhuǎn)氣化合成甲醇系統(tǒng)等。日本筑波大學材料科學院化可再生油脂原料制備生物柴油該生物柴油的關鍵的研究人員開發(fā)出一種新型催化劑,可有效地將生物技術指標符合美國及德國生物柴油標準,并符合我國質(zhì)低溫氣化,用所得到的無焦油氣體作為合成氣來生0號優(yōu)等柴油標準,這種環(huán)境友好的生物酶法生物柴產(chǎn)甲醇、二甲醚或液體燃料。美國國家可再生能源實油技術將有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。中石化開發(fā)了基于超臨驗室建成了合成甲醇小型示范裝置,研究生物質(zhì)氣化界的生物柴油生產(chǎn)技術,即將工業(yè)化。2009年,武漢間接合成液體燃料的機理和可行性。理工大學成功開發(fā)出以菊芋為原料生產(chǎn)碳7-碳15我國朱靈峰等對玉米秸稈燃氣進行合成氣優(yōu)烷烴類柴油的全新生物柴油加工路線,目前正尋求資化實驗,在5MPa壓力下,采用等溫積分反應器和國產(chǎn)金開展中試和示范生產(chǎn)系統(tǒng)建設。專家認為,該原料C生銅基催化劑,對合成氣進行催化合成甲醇。路線符合我國制定的生物燃料發(fā)展原則,其產(chǎn)業(yè)化將目前,人們對生物質(zhì)間接液化制備發(fā)動機燃料試為生物柴油行業(yè)帶來重大變革。驗及工藝的研究還不多,但由于其清潔環(huán)保的特點,生物柴油作為一種優(yōu)質(zhì)的液體燃料,是我國生物已經(jīng)引起人們的重視。質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展方向,但中國的生物柴油產(chǎn)業(yè)在燃料乙醇和生物柴油等能源產(chǎn)品都要依托能源作初期沒打好基礎,形成“南方麻風樹、北方黃連木”的物的大面積種植,這會造成能源作物與糧食作物爭局面,在未來數(shù)年內(nèi),微藻有望代替麻風樹和黃連木,地、爭政策和爭資源的局面。如何保持能源作物與糧成為生物柴油的主要原料。解決原料來源及其相配食作物的平衡,既保證國家糧食安全,又促進能源農(nóng)套的技術問題是生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵。業(yè)發(fā)展是一個難點。我國政府提出發(fā)展生物質(zhì)燃料2.3.3二甲醚要按照“不與人爭糧,不與糧爭地”的原則進行。木本二甲醚(DME)是一種最簡單的脂肪醚,又稱木油料植物為原料生產(chǎn)生物柴油將是今后生物能源發(fā)醚、甲醚,是一種理想的清潔燃料。未來DME應用的展的方向。我國可以充分利用11608萬hm2邊際性最大潛在市場是作為柴油代用燃料,也可以替代液化土地來種植甜高粱、木薯、甘薯和旱生灌木等能源植石油氣。二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)技術主要有甲醇脫水工物,以非糧食作物為原料生產(chǎn)燃料乙醇等,具有極大藝和合成氣直接合成工藝。目前,工業(yè)上主要是甲醇的能源開發(fā)潛力。脫水技術生產(chǎn)二甲醚。合成氣一步合成二甲醚的生物質(zhì)液體燃料需要大力發(fā)展,其進程與規(guī)模涉工業(yè)化,仍在開發(fā)之中。及到資源的獲得、技術的進步和成本的下降一系列重新奧集團股份有限公司年產(chǎn)60萬t甲醇/40萬t大問題。應大力支持用纖維素、半纖維素做原料的燃二甲醚項目在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市建成投產(chǎn),裝置運行料乙醇技術發(fā)展。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料時還需要平穩(wěn),生產(chǎn)負荷達70%以上。該項目采用水煤漿加壓消耗等量甚至更多的化石能源,所以除了通過改進原氣化技術、耐硫變換及低溫甲醇洗凈化技術、低壓甲有工藝減少能耗外,還應積極探索新的工藝路線。低醇合成技術和新奧節(jié)能型二甲醇合成技術,以國內(nèi)設能耗轉(zhuǎn)化技術將成為新的研究熱點備為主,建成國內(nèi)最大的單系列煤基二甲醚裝置。2.42009年,山西華園高科技開發(fā)中心和美國和聲事中國煤化工的木質(zhì)素在加熱條業(yè)有限公司共同投資的山西華園90萬t煤層氣經(jīng)甲件下CNMHG粘著強度,然后通過醇制二甲醚項目在山西壽陽縣開工建設,該項目總投機械的方式給生物質(zhì)施加適當?shù)膲毫?將分散的生物資53億元,是目前亞洲最大的煤層氣開發(fā)項目。質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有一定形狀和密度的燃料。制成的商品2011年6月農(nóng)機化研究第6期性燃料,體積小、能量密度相對高,便于運輸、銷售及關系;二是成型炭燃燒過程中產(chǎn)生大量的可燃性氣燃用。生物質(zhì)直接燃燒和固化成型技術的研究開發(fā),體,其中含有很大一部分焦油對人體和環(huán)境會造成污主要著重于專用燃燒設備的設計和成型物的應用。染;三是得率較低。這些都是該領域研究工作者亟待國外生物質(zhì)壓縮成型燃料的開發(fā)工作始于20世解決的問題。紀40年代。1948年,日本申報了利用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型燃料的第1個專利。50年代初期生產(chǎn)出3總結(jié)了商品化的棒狀成型機。60年代成立了木質(zhì)成型燃前,各國研究者對氣化設備的研究主要集中在料行業(yè)協(xié)會。70年代初,美國又研究開發(fā)了內(nèi)壓滾筒大型設備上,而對農(nóng)戶熱衷的戶用秸稈氣化爐的研制式粒狀成型機。亞洲除日本外,泰國、印度,和菲律賓工作甚少報道。今后應對這類維護簡單、易于推廣和等國從80年代開始開展了生物質(zhì)致密成型機設備及適宜就地取材的小型氣化設備加以重視,進行改造設成型工藝方面的研究。70年代末瑞典 Stockholm計,使生物質(zhì)能在我國農(nóng)村得到有效利用,為節(jié)能減Energy公司首先將3座100MW燃油鍋爐改為使用生排和新農(nóng)村建設服務。并在借鑒國外研究經(jīng)驗的基物質(zhì)顆粒燃料。Krat熱電工廠在世界上首先開發(fā)熱、礎上,結(jié)合我國生物質(zhì)資源分布特點,開發(fā)適合我國電顆粒燃料聯(lián)產(chǎn)技術并投入商業(yè)化生產(chǎn),能效高達農(nóng)村的戶用氣化爐設備。86%?，F(xiàn)巳成功開發(fā)的成型技術按成型物形狀分主隨著我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化的技術發(fā)展與市場條要有3大類:以日本為代表開發(fā)的螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀件完善,嚴格按照不與民爭糧不與糧爭地的原則,通成型物技術、歐洲各國開發(fā)的活塞式擠壓制得圓柱塊過在技術上的突破,商業(yè)環(huán)境的改善,將秸稈、禽畜糞狀成型技術以及美國開發(fā)研究的內(nèi)壓滾筒顆粒狀成便和有機廢水等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源,使生物質(zhì)型技術和設備2]。能形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。我國從20世紀80年代起開始致力于生物質(zhì)致密成型技術的研究。中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工參考文獻業(yè)研究所在“七五”期間承擔了生物質(zhì)致密成型機及[1]閆有枉世紀綠色可再生能源一生物質(zhì)[J.貴州化工生物質(zhì)成型理論的研究課題,在1990年研究開發(fā)成2003,28(5):1.功棒狀成型燃料成型制造工藝設備系統(tǒng),在1998年[2】王小孟,譚江林陳金珠我國生物質(zhì)能源開發(fā)利用的現(xiàn)率先研究開發(fā)成功顆粒成型燃料熱成型制造工藝設狀[].江西林業(yè)科技,2006(5):45-57備系統(tǒng)。上海申德機械有限公司在消化引進歐洲成3]陳益華,李志紅,沈形我國生物質(zhì)能利用的現(xiàn)狀及發(fā)展熟生物質(zhì)固化成型技術基礎上,自主研發(fā)創(chuàng)新,在國對策[J],農(nóng)機化研究,2006(1):25內(nèi)率先成功研制生物質(zhì)固化成型成套設備。遼寧省[4]王振平.開發(fā)生物質(zhì)能保護生態(tài)環(huán)境[J].濟南教育學院學報,2004(6):55能源研究所對生物質(zhì)壓縮成型的原理、主要因素、工[5]陳晨生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè):國家政策意在推動而非限制[N]藝及生物質(zhì)壓縮成型機械等方面展開了研究3;浙科學時報,2007-12-19(3)江大學對切碎棉稈進行了高密度壓縮成型試驗,研究[6]蔣劍春生物質(zhì)能源應用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[]林產(chǎn)了壓力、溫度和切碎棉稈粒度大小對成型塊松弛密度化學與工業(yè),2002,2(2):76-77的影響。山東臨沂生物質(zhì)型煤示范廠是目前國內(nèi)[7]蔣劍春林業(yè)生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化利用研究現(xiàn)狀[J.生惟一的具有工業(yè)規(guī)模的生物質(zhì)型煤生產(chǎn)廠,設計年產(chǎn)物質(zhì)化學工程,2006(s1):24-31量為3萬t,實際年產(chǎn)量為1萬t。遼寧省能源研究所、[8]趙軍許慶利孔海平等生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化及研究現(xiàn)西北農(nóng)業(yè)大學、中國林科院林產(chǎn)化工研究所、陜西武狀[J].浙江化工,2006,37(3):13-14功輕工機械廠和江蘇東?？h糧食機械廠等十余家單9] Umar K Mirza, Nasir Ahmad, Tariq majeed. 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College of Engineering, Shanxi Agriculture University, Taigu 030801, China; 2. College of Engineering Technolo-gy, Jilin Agriculture University, Changchun 130118, ChinaAbstract: Biomass energy is an important part of renewable energy. Utilization and development of biomass energy proded a path for solving the problems of energy and environment. The author summarized the progress of research and de-velopment of technology o in domestic and abroad in recent years, and analyzed the main problems of our country in thisfield. It points out the direction for further study of biomass energy utilizationKey words: biomass energy; utilization; research progress中國煤化工CNMHG