生物质能源(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上秸秆热解制生物燃料技术研究王美娟（华中农业大学 人力资源管理1102 09）目录摘要：面对经济的高速发展与能源危机的矛盾，对新能源和可再生能源的探索研究已经成为全世界人民的共识。其中秸秆热解技术是其中发展较快的技术，本文从其技术背景，应用需求及研究开发的必要性，国内外发展现状与趋势，技术可行性，应用转化的前景预测与分析等方面做了论述。中国作为世界上最大的发展中国家，虽然技术研究起步较晚，但发展迅速，发展生物质能源转化技术的需求也更加迫切，并有一系列成果问世。总之，发展生物质能源转化技术可谓功在当代，利在千秋。关键词：秸秆热解 技术 发展现状第一章 秸秆热解技术的背景1

2、.1随着世界各国的经济发展与社会进步，对资源能源的需求量日益增多，而作为当今能源结构利用体系中仍居于主导地位的石化能源如煤炭，石油，天然气等是不可再生的.依据专家预测，按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际，世界石油资源大概将所剩无几。石化资源的最终枯竭已经引起了多方面的注意。1.2由于人类过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素；同时化石燃料的过度消费也造成了严重的环境污染。工业化过程中的八大

3、公害事件及近年来我国城市中的雾霾事件都给人类敲响了警钟。发展生物质能源，研究秸秆热解等相关技术已经成为全球共识。1.3秸秆作为一种生物质能源，与传统能源相比，具有可再生，清洁，环境污染小等无法比拟的优势。充分利用生物质能源如秸秆，牲畜粪便等替代煤炭，石油和天然气等燃料可以减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。1.4我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产，而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大

4、量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康，不利于社会的可持续发展。在此背景下需要大力发展生物质能源转化技术。近年来的秸秆热解技术的发展便证明了这一点。第二章 秸秆热解技术的应用需求2.1社会需求，随着矿物能源的枯竭及所产生的环境问题，秸秆热解技术作为一种生物质能源转化技术，既满足了人们的能源需求又实现了清洁生产，减少了环境污染与生态破坏，具有良好的社会效益。2.1市场需求，目前，绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田，不仅浪费了大量的能源，而且形成了严重的环境污染，给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场

5、的烟尘事件。农民随着生活水平的提高，迫切要求改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面，以生物质可燃气作为他们的生活能源，从而改善其卫生环境，提高生活质量，减轻劳动强度。可见秸秆热解技术有着巨大的应用需求。第三章 秸秆热解技术研究开发的必要性主要从我国经济发展及能源利用角度来进行说明。3.1一方面，石油短缺，能源结构不合理是我国的基本国情。面临能源短缺尤其是液体燃料的缺乏及尾随而来的环境问题的双重压力，我国提高能源安全水平迫在眉睫。解决能源问题及环境污染，一方面需要我们节约资源，循环利用，最为根本的是寻找和开发来源充足，供应安全，环境友好的替代能源。秸秆作为一种生物质能源，在广大农村地区，

6、具有可再生，资源丰富且相对有利于环保的优点。对其转化技术尤其是能实现高效转化的热解技术的研究是非常有必要，并符合我国基本国情的。3.2另一方面，近几年随着农民生活水平的提高及收入的增加，农民的生产生活用能结构也悄然发生变化。煤油热电的运用越来越普遍。秸秆的大量剩余导致了一系列的环境与社会问题。每年的夏秋两季，“村村点火，处处冒烟”的现象十分普遍。据调查我国的秸秆利用率仅为33%，其中经过技术处理而后利用的仅为2.6%。因此对秸秆热解技术的研究开发已经成为我国不容忽视的农村，能源与环境问题。对于保障国家能源安全，实现资源节约型环境友好型社会及经济社会的可持续发展具有重大意义。第四章 秸秆热解技术

7、的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础和本技术专利情况4.1 秸秆热解技术的国内外发展现状与趋势4.1.1国内外发展现状国外很多家公司或科研机构都从事过生物质快速热解技术的开发，其中颇具代表性的有加拿大达茂集团系统公司和荷兰的BTG公司。加拿大达茂能源系统公司通过购买加拿大资源转换国际公司的热解专利技术，采用鼔泡式流化床反应器，成功地进行了工程放大，除了拥有两套日处理能力分别为2吨和15吨的中试装置外，还于2002年先后在加拿大建立了2座生物原油生产工厂。所得生物油除供应下游应用技术开发外，其余全部用于燃烧发电。荷兰BTG公司在生物质热解液化方面也取得了很好的业绩.他们使用独特的旋转锥反应器

8、，将生物质原料和不断循环的固体热载体快速混合并发生热解反应。该工艺无需载气，有效地减少了后续冷凝器中的负荷。目前该装置最大处理能力可达100吨。该公司在马来西亚建设了一套每天可处理50吨棕榈壳的流化床生物质热解液化示范装置，2005年6月份投料试产,开始使用。我国热解热化技术研究起步较晚。沈阳农业大学于上世纪90年代中期在联合国粮农组织的协助下从荷兰BTG公司引进的热解液化设备（旋转锥技术），以松木屑为原料开展过热解实验，但未能完全消化吸收其经验，中国科学技术大学生物质洁净能源实室于2006年成功研制了每小时可处理120公斤物料的自热试流化床热解液化装置并用多种农作物秸秆进行了试验，生物质油收

9、率最高达60%;2007年该技术被转让至安徽易能生物能源有限公司，加工能力放大为800-1000公斤/小时。该设备装置投资较大，目前正进行第二代技术开发。中科院过程工程研究所在上世纪90年代也开展了生物质热解技术研究并建成了8公斤/小时处理量的实验室装置，目前正在建设每小时处理能力为50公斤的扩大实验装置。山东理工大学曾采用等离子加热对生物质热解进行了试验，开发了离心分离陶瓷球热载体加热下降管生物质热解液化中试系统，处理能力为200公斤/小时。4.1.2秸秆热解技术的国内外发展趋势面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发

10、和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。 随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。 我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存

11、在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在。 针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应

12、机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争。4.2 国内现有技术基础 我国生物质能源相关技术发展较慢，但近来面临资源紧张的严峻形势也取得了一定的发展与成果。例如物质热解气化技术，生物质气化即通过化学的或生物的方法将固体或液体的生物质转化为气体燃料。由于气体燃料高效，清洁，方便，因此生物质气化技术的研究和开发得到国家重视并

13、取得可靠进展。从“七五”开始，国家就安排了重点科研攻关，试点示范，低热值生物质热解气化技术取得重大成果，开创了适合我国农村特点的集中供应生活燃气的新技术，得到国际先进水平，山东省研制成功的XFL型生物质气化机组及集中供气系统的配套技术已进入商品化阶段并被列入示范工程，先后在河北，山东，北京等地建设了数十个规模各异的集中供气示范工程受到国家有关部门的高度重视和农民用户的普遍欢迎连续运行证明秸秆气化集中供气技术对处理大量的农作物秸秆改善环境，提高农民生活水平，实现低质能源的高档次利用是行之有效的，具有良好的社会和经济效益。由于生物燃气在常温下不能液化，必须通过管网送至用户，集中供气系统的基本模式为

14、以自然村设置气化站。系统中包括原料处理，气化机组，风机，上料装置，气柜，安全装置，管网和灶具等设备。成都新威能源有限公司成立于2011年8月，是致力于生物质等新能源开发利用，以及新能源项目投资、运营管理的专业公司，项目采用生物质燃料锅炉直接燃烧集中供热，集团公司目前在眉山铝硅工业园区投资建设的集中供热项目一期工程已投产运行，是国内先进技术运行的典范。4.3热解技术专利情况（以下专利技术均来自中国知网）4.3.1生物质热解炉的燃烧供热技术申请人：中节环(北京)能源技术有限公司发明人：韩剑锋摘要：本发明生物质热解炉的燃烧供热技术涉及生物质的热化学技术领域。该燃烧供热技术由多个燃烧器组在热解炉上部沿

15、轴向分散布置；每个燃烧器组由多个小燃烧器喷嘴构成,相邻小燃烧器喷嘴间距5d14d,燃料和氧化剂分别由每个小燃烧器喷嘴的独立通道进入热解炉中,在热解炉内为非预混燃烧；每个小燃烧器喷嘴的通道壁厚13毫米；对应燃烧器组的小燃烧器喷嘴出口0.5d3.0d处有一块孔径1.2d3.0d由耐热钢板或陶瓷板做的稳燃板；d为小燃烧器喷嘴外径；小燃烧器喷嘴及稳燃板都不与热解炉内固体物料及热解炉内设置的搅拌杆接触；热解炉内最高燃烧火焰温度1600以下；用于生物质热解处理的热解炉。主权项：一种生物质热解炉的燃烧供热技术,应用于热解炉的直接燃烧分散供热的技术中,对生物质热解进行直接燃烧分散供热,其特征在于：、该直接燃烧

16、分散供热技术由多个燃烧器组而组成,并在热解炉上部沿轴向分散布置,将整个热解炉需要的燃烧供热量分散到沿轴向布置的各个燃烧器组中；、每个燃烧器组都由多个小燃烧器喷嘴组合构成,将每个燃烧器组的燃烧放热分散到小燃烧器喷嘴形成的火焰中,同时为了保证燃烧稳定与燃烧安全,每个燃烧器组的小燃烧器喷嘴相对集中布置,相邻小燃烧器喷嘴之间间距为5d14d,d为小燃烧器喷嘴外径；、燃料和氧化剂分别通过所述的每个小燃烧器喷嘴的独立通道进入热解炉中,在进入热解炉以前是完全分隔开的,在热解炉内为非预混燃烧；、在对应每个燃烧器组的小燃烧器喷嘴出口处设置有一块稳燃板,稳燃板与小燃烧器喷嘴出口之间的间距为0.5d3.0d之间,d

17、为小燃烧器喷嘴外径；、在对应于每个小燃烧器喷嘴出口位置处的稳燃板上设置有开孔,孔径为1.2d3.0d之间,d为小燃烧器喷嘴外径。4.3.2一种热解碰撞燃烧技术申请人：李启山发明人：李启山摘要： 本发明提供的一种热解碰撞燃烧技术,属于在利用和节省能源方面对燃料的燃烧方法进行开发和应用的技术领域。其特征在于：即以机械性的由燃烧器的碰撞燃烧室中直接抽取火焰,使之进入热解燃料室中而不在裂解化合热反应区的对燃料进行热解,又通过火焰射流管对助燃剂使之也不在裂解化合热反应区的完成预热,随后使分别预热的助燃剂在燃料热解气流强有力的射流作用下进行相互碰撞燃烧,以此达到了有效的能够提高燃料裂解化合热反应的稳定性和

18、反应速度,利于选择各种燃料参与能源利用和提高其发热量。另外,还有利于对燃料与助燃剂实现匹配量控制的自动化,相应降低氧化氮污染物的形成,以及降低设备投资、综合运行成本和维修费用。主权项：1、本发明提供了一种热解碰撞燃烧技术,其特征在于：即以机械性 的由热解碰撞燃烧器的碰撞燃烧室中直接抽取火焰,使之进入热解燃料室 中而不在裂解化合热反应区的对燃料进行热解,又通过火焰射流管对助燃 剂使之也不在裂解化合热反应区的完成预热,随后通过火焰直接分别预热 的助燃剂在燃料热解气流强有力的射流作用下相互进行碰撞燃烧。4.3.3一种六六六热解工艺二恶英类污染控制技术申请人：中国科学院生态环境研究中心发明人： 郑明辉

19、;张兵;包志成;徐晓白专利代理机构：中科专利商标代理有限责任公司代理人：汤保平摘要：本发明涉及一种内部采用非铁质材料的反应釜在控制二恶英类及多氯联苯污染方面的应用,特别涉及在以六六六(或六六六无效体)为原料热解生产多氯苯的化工厂所使用的反应釜材料,对于减少二恶英及多氯联苯向环境释放方面的应用,通过使用内部采用非铁质材料的反应釜如：陶瓷内衬反应釜等,避免Fe2O3及FeCl3对产生二恶英及多氯联苯的催化作用,从而减少二恶英及多氯联苯等有机污染物向环境的释放。主权项： 1、一种六六六热解工艺二恶英类控制技术,采用除铁质以外的所有材料制作的反应釜进行热解反应,在反应体系中加入还原铁粉。第五章 秸秆热

20、解技术可行性5.1技术可行性5.1.1国家和地方政府高度重视随着国民经济的快速发展和综合实力的不断增强，国家更加关注可持续发展问题，近几年来把目光更多地投向环保，出台一系列优惠的政策，并把资金更多地投向这一领域。中央一号文件的第十五条说：节水灌溉，人畜饮水，乡村道路，农村沼气，农村水电局，操场围栏等“六小工程”，对改善农民生活条件、带动农民就业、增加农民收入发挥着积极作用，要进一步增加投资规模，充实建设内容，扩大建设范围 ，各地要从实际出发，因地制宜的开展雨水集蓄、河渠整治、牧区水利、小流域治理、改水改厕和秸秆气化等各种小型设施，由此可见中央已经开始重视秸秆热解技术工程的建设，各级政府在秸秆综

21、合利用上采取了一系列有效措施。5.1.2具备成熟的技术基础随着近几年来资源的日益枯竭推动了相关技术的研究与发展。国外起步较早，并设有专门的工厂或科研机构，我国在自身探索的同时也积极对国外的技术成果进行引进与创新。例如，中国科学技术大学生物质洁净能源实室于2006年成功研制了每小时可处理120公斤物料的自热试流化床热解液化装置并用多种农作物秸秆进行了试验，生物质油收率最高达60%。5.1.3理论的成熟与市场的带动众多技术专家将研发成果及时总结，并整理为书籍出版，对热解技术有了相对系统完善的理论，培育出更多的人才。同时，秸秆易得，其技术转化为生产力的成本不断降低，巨大的利润空间也给此项技术的纵深发

22、展带来了更大的可能性。5.2风险分析热解技术的市场前景是十分乐观的，但现阶段也存在一定的风险。主要有：5.2.1技术和工艺方面的风险技术尚未达到实行大规模工业化生产的程度，技术采用的核心工艺设备为新型专用设备，需要专门设计和制造。技术的成熟性，工艺设备的稳定性，可靠性等多方面的不确定性因素交织在一起，使得该项技术注定要走一段坎坷的路。5.2.2市场方面的风险该技术没有明确的目标市场，品质没有进行明确的差异化市场细分，市场接受度有待检验。此外与传统的能源获取方式相比，研发成本较大，在竞争力方面有威胁。5.2.3政策方面的风险 目前，国家并未对该类项目提出成熟的规范和指导性政策。随着试验性项目的发

23、展，国家必然会加强产业上的引导和约束，淘汰效果较差的工艺和项目，对较成熟的工艺提出必要的规划与指导。第六章秸秆热解技术的技术方案6.1技术路线 秸秆热解容器冷却器高压过滤废渣生物油污染气体空气将收集的秸秆放入热解容器，可以加入少许空气以保证充分燃烧，（实际投产时所产生热量可以用于发电。）针对高温所产生的隐患可以使用冷却器装置处理。产物中既有生物油等有用产品，也会产生一些废弃物，要做后续处理。6.2实施方案使用旋转筛板是目前使用较广泛的一个实施方案。图为旋转筛板快速热解工艺流程。来自管燃烧器的热载体与加入的生物质在旋转筛板上密切接触 ,并在动态搅拌桨作用下迅速混合、 分解 ,产生的蒸汽由蒸汽出口

24、或侧线采出。未完全热解的生物质由筛孔进入下级筛板继续分解。第七章 秸秆热解技术应用转化的前景预测与分析7.1国内外应用与市场现状生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。但较有影响力的成果多在北美。荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构

25、紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。因此在发达国家建立了相对成熟的应用转化机制，市场前景广阔。相比国外发达国家，我国技术研究相对较晚。但随着我国经济的高速发转，传统能源的日益枯竭，政府近年来也投入了大量资金支持技术发展，并从其他国家引进先进设备来学习。下面列举两个典型的成果。广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转

26、化过程的机理及热化学利用技术。浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。 在我国农村秸秆丰富，生物质能源丰富，同时市场需求广阔，如农村居民的取暖，做饭等。7.2技术产生的经济与社会效益大力开发和利用秸秆等生物质能源，开发

27、热解技术，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多经济和社会利益；第一，减少污染，改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。第二，解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。我国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。第三，改善能源结构，减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖，进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能

28、源消耗给环境造成的压力有重要的意义。第四，农村地区秸秆能源丰富，农民可通过与合作社等农村服务机构建立与市场的对接，将秸秆以合理价格卖给研发公司，增加收入，作为农民致富和发展新农村建设的一项重要措施。第五，发展秸秆热解技术对维护国家安全与独立也有深远影响。固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径，人类可以采用高技术手段获得核能源，甚至从外太空获得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或争端，其祸福不言

29、自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。参考文献1 杨海平，陈汉平，王贤华等.生物质热解研究的进展J.煤气与热力，2006，26（5）：18.2 李传统.新能源与可再生能源技术m.江苏：东南大学出版社，2005：116至1173 马承荣，肖 波，杨家宽. 生物质热解影响因素分析J.环境技术

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