第36卷第8期林業(yè)機械與木工設(shè)備2008年8月FORESTRY MACHINERY WooDWORKING EQUipmentAug.2008生物質(zhì)燃油的應(yīng)用前景張恩惠,王述洋(東北林業(yè)大學生物質(zhì)能技術(shù)工程中心,黑龍江哈爾濱150040)摘要:從廢棄生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀、生物質(zhì)制燃油的轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物燃油生產(chǎn)成本預(yù)算、生物燃油的市場等方面闡述了應(yīng)用生物質(zhì)能的可行性,表明生物質(zhì)燃油具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);生物質(zhì)燃油;能源短缺中圖分類號:S216文獻標識碼:B文章編號:1001-4462(2008)08004404Application Prospect of Bio-oilZHANG En-hui,. WANG Shu-yang( Engineering Center for Biomass Energy Technology of Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040, China)Abstract: The feasibility of utilizing biomass energy is stated in terms of utilization status of waste biomass resources,conversion technology of fuel produced from bicproduction cost budget of bio-oil and the potential market of bio-oil.which shows that bio-oil has a promising appliKey words: biomass; bio-oil; energy shortage1廢棄生物質(zhì)資源利用現(xiàn)狀還有相當20億多噸標準煤能量的城市有機垃圾需要生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種潔凈而又可再生處理和利用的能源其原料資源量大而廣,可開發(fā)潛力巨大。全世界綜上所述,目前我國每年至少有當量為5億多噸每年由光合作用而生成的可利用干生物質(zhì)( Driedbiomas)標準煤的廢棄生物質(zhì)可以利用,它相當于每年有3億約為1700億t,而目前將其作為能源來利用的僅為13多噸生物質(zhì)液化燃油的開發(fā)潛力,其資源的開發(fā)前景億t,約占其總產(chǎn)量的076%。然而這不足1%的生物十分樂觀。質(zhì)能卻解決了全世界能源消費的15%,是世界上大約但由于沒有先進高效和進入市場的可利用技術(shù),15億人生活用能的主要來源,目前其發(fā)揮的能源作用我國每年有相當于數(shù)億噸標準煤的各種農(nóng)作物秸稈、排第四位僅次于石油煤和天然氣。我國是一個農(nóng)業(yè)殼皮、樹皮、鋸末和枝丫等被白白廢棄,造成資源巨大大國,可利用的生物質(zhì)能資源十分豐富。例如我國年的浪費。這些得不到及時處理的廢棄物既造成環(huán)境污產(chǎn)各種秸稈、玉米芯、棉柴、稻殼等農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)7染和惡化,又增加火災(zāi)隱患。若對其焚燒處理,不但加億多噸約合3.5億t標準煤,目前,用于取暖做飯、飼劇大氣污染,甚至還影響航空交通安全。料加工、人造板和就地粉碎還田等近3億t,尚有近4億t未被利用。如把這些未被利用的廢棄生物質(zhì)全部2生物質(zhì)制燃油的轉(zhuǎn)化技術(shù)加工成生物質(zhì)液化燃油則可約合1.3億t輕柴油。除了上述農(nóng)業(yè)秸稈類廢棄生物質(zhì)以外,我國每年還產(chǎn)有21快速熱解技術(shù)相當13~15億t標準煤的薪柴生物質(zhì),可生產(chǎn)約合1中國煤化工解反應(yīng)器,熱解反0.8866-1.0億t輕柴油。另外,據(jù)統(tǒng)計估算,我國每年應(yīng)器丬CNMH不同在很大程度上決定∫熱解產(chǎn)物的最終分幣。荷蘭 Twente大學開發(fā)收稿日期:2008-06-10的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝不用載氣,這不僅大大減少了裝基金項目:863計劃資助(2007AA057414);黑龍江省博士后資助項目(LBH-Z06140)置體積,而且減輕了冷凝器負荷;但生產(chǎn)規(guī)模小,能耗第8期張恩惠,等:生物質(zhì)燃油的應(yīng)用前景較高。美國 reorga工學院(Gr)開發(fā)的攜帶床反應(yīng)向低溫區(qū)移動較大,轉(zhuǎn)化率也有所提高。張秀梅等研究器,其內(nèi)部高溫燃燒氣可將生物質(zhì)快速加熱分解,得了利用催化劑(5種金屬氧化物和2種碳酸鹽熱解制到58%的液體產(chǎn)物,但需要大量高溫燃燒氣,而且還取富氫燃料氣,結(jié)果表明,在5種金屬氧化物中,CrO3產(chǎn)生大量低熱值的不凝氣。加拿大 Ensyn工程師協(xié)會的催化效果最好。催化劑(CaCO3和NaCO)所占生物開發(fā)研制的循環(huán)流化床設(shè)備小巧,氣相停留時間短,質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)對熱解氣和富氫氣體產(chǎn)率有明顯的影可防止熱解蒸汽的二次裂解;但主要缺點是需要載氣響,當質(zhì)量分數(shù)從0增加到30%時,熱解氣和富氫氣體對設(shè)備內(nèi)的熱載體及生物質(zhì)進行流化。美國國家可再產(chǎn)率增加較為明顯,而后其值的增加可以忽略,因此推生能源實驗室(NREL)開發(fā)了渦旋反應(yīng)器,加拿大薦使用的催化劑質(zhì)量分數(shù)為30%。Laval大學開發(fā)了多層真空熱解磨反應(yīng)器。熱等離子體2.3生物轉(zhuǎn)化與快速熱解結(jié)合制液體燃料方法的研究快速熱解液化是最近采用的生物質(zhì)液化新方法,它采及開發(fā)熱等離子體加熱生物質(zhì)顆粒,使其快速升溫,然后迅速分離冷凝得到液體產(chǎn)物。除此還有 Bastien Baumlin生物質(zhì)熱解油的產(chǎn)率及品質(zhì)除受熱解反應(yīng)技術(shù)因等對自行攪拌反應(yīng)器應(yīng)用的研究, a B Ross等對C-素影響外,還受到生物質(zhì)組成、灰分等因素的影響。除Ms應(yīng)用的研究。國內(nèi)研究的反應(yīng)器有流化床、固定了直接快速熱解、酸洗預(yù)處理和快速熱解結(jié)合快速熱床、循環(huán)流化床、輸運床、層流爐、真空移動床、旋轉(zhuǎn)錐解與發(fā)酵結(jié)合等方法,還有生物轉(zhuǎn)化與快速熱解結(jié)合形反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)篩板熱解反應(yīng)器等,它們都有各自的的方法制備生物燃油。優(yōu)缺點。目前,用于商業(yè)運行的只有輸運床和循環(huán)流中國科學院工程研究所開發(fā)出了生物轉(zhuǎn)化與快速化床系統(tǒng)。熱解結(jié)合制備液體燃料,即將生物質(zhì)(如秸稈)進行蒸快速熱解液化應(yīng)具有如下特征:①非常高的加汽汽爆,再經(jīng)水抽提除去半纖維素然后將殘渣進行固熱和傳熱速率,因此要求進料粒度細;②氣相反應(yīng)態(tài)發(fā)酵制得液體燃料乙醇,發(fā)酵殘余物再通過快速熱溫度約在50℃蒸汽停留時間少于2s;③對熱解蒸解制得液體燃料工藝流程如圖2所示。半纖維可進行汽采取驟冷處理。生物質(zhì)快速熱裂解工藝設(shè)備如圖水解得到低木糖、乙醇等產(chǎn)品。1所示。生物質(zhì)(秸稈、木材等)蒸汽汽」[水解→低木糖和乙醇汽爆殘余物(高含纖維和木質(zhì)素)水抽提半纖維素固態(tài)發(fā)醇生物油炭收集器發(fā)醇殘余物快速熱解燥、粉→半焦和氣體冷凝系統(tǒng)(富含木質(zhì)素和(450-600℃)生物燃油少量纖維素熱分解反應(yīng)器2生物轉(zhuǎn)化與快速熱解結(jié)合工藝流程圖1生物質(zhì)熱裂解工藝設(shè)備24熱解產(chǎn)物分析22催化熱解①熱解氣體和固體。生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解蒸汽目前,催化熱解受到了國內(nèi)外研究者的重視。和固體焦、灰離開熱解區(qū)后必須迅速分開,這樣才能有FundaAtes等研究了不同催化劑對生物質(zhì)快速熱解的利于生成較高產(chǎn)率和品質(zhì)的液體產(chǎn)品。這就要求氣固影響 Judit Adama等也對A-MCM-41型催化劑進行分離效率高分離時間短將二次反應(yīng)程度降到最低,了分析。通過在流化態(tài)反應(yīng)器中的催化氣化試驗發(fā)現(xiàn),因此催化劑CaO能明顯提高煤氣熱值、降低C0組分,利用量綣中國煤化工除灰工藝,但必須盡NaCO3催化氣化能提高H2的含量。在秸稈中添加催化CNMHG術(shù)至關(guān)重要,其中溫劑碳酸鈉能使半纖維素的主要熱解區(qū)間向低溫區(qū)移度選擇是關(guān)鍵。過低的冷凝溫度會使熱解液凝結(jié)而堵動催化劑對木質(zhì)素的影響最為顯著其DTG曲線由無塞管道影響操作;冷凝溫度過高則會降低傳熱速率催化劑時的單峰變?yōu)橐淮笠恍蓚€峰,主要熱解區(qū)間延長熱解蒸汽的停留時間增加二次分解機會,熱解液林業(yè)機械與木工設(shè)備第36卷收率也會降低?？紤]到上述因素,要使熱解蒸汽快速冷原料可以通過計算獲得。若建廠初期生物質(zhì)原料的成凝、降溫,應(yīng)采用多級冷凝的方法,其可以得到多級油本為100元t,熱載體原料為380元t,則可通過計算得產(chǎn)品,也有利于生物油的回收到生產(chǎn)用料的費用②熱解液體。熱解液體(生物油)的特點是其含碳量因為本工藝生產(chǎn)自動化程度較高,用工相對較少和含氧量高必須對其精制才能更好的利用。處理方法若按4人班,每天3班,則需12人天;若按每人每月包括催化加氫、熱加氫催化裂解及兩段精制等。其中,600元工資計,則可計算出每年需支出的工資費用催化裂解反應(yīng)可在常壓下進行,不需用還原性氣體,是其它輔助費用包括水、電及生產(chǎn)維修費用。目前最經(jīng)濟的方法。生物油精制的另一種方法是先對水主要用于冷卻,用量不大,由于可以循環(huán)使用,生物油進行熱解氣化制備合成氣,然后再轉(zhuǎn)化為高品這部分費用可忽略不計。位的液體燃料。朱錫鋒等進行了生物質(zhì)熱解油氣化試電費按實際的功率消耗可按普通工業(yè)用電計算,驗研究。在無外部供氧情況下,生物油中氫氧元素的質(zhì)電價平均為0735元度,則可估算出每年耗電的費用。量轉(zhuǎn)化率為85%,而碳元素的轉(zhuǎn)化率只有55%。由此說生產(chǎn)維修費用:若按生產(chǎn)設(shè)備費用的5%計算,則明,生物油熱解氣化仍需外部提供少量氧氣作為氣化可估算得到每年的投人費用劑。 Jaakko jauhiainen等也對生物油熱解燃燒的溢出氣體進行了研究。W-TTai等認為快速熱解制生物油是33其他費用解決能源危機的重要途徑之一,并證實了生物油和柴其他費用包括廠房建設(shè)、管理費用等。這部分費用油混燃的可行性。在整個成本中占較大的比例,但屬于一次性投入,可以在投資回收期分攤。3生物燃油生產(chǎn)成本預(yù)算粗略估計需要廠房面積30m×80m=2400m2,這部分黑龍江省生物質(zhì)制燃油中試示范工程基地采用快資金可按簡易廠房建設(shè)估算。速熱裂解技術(shù),其生產(chǎn)工藝包括預(yù)處理制氣供熱和制根據(jù)以上各項成本估算,假設(shè)廠房、設(shè)備投資回收油三大部分。裂解反應(yīng)器采用不用載氣的斜槽式熱載期為3年,可粗略估算出年生產(chǎn)300生物燃油的成本體加熱采用串式復(fù)合加熱爐,供熱設(shè)備采用大功率秸大約為160元t稈氣燃燒機。其中斜槽式反應(yīng)器的特點是依靠生物質(zhì)若適當增加產(chǎn)量,生物燃油的成本會相應(yīng)下降。這熱載體的重力工作無需動力;串式復(fù)合加熱爐的特點樣的成本有利于進行生物燃油的產(chǎn)業(yè)化推廣。是加熱熱載體高速高效,提高了熱能的利用率;大功率秸稈氣燃燒機的特點是采用廉價的秸稈氣化燃燒節(jié)煤、4生物燃油市場節(jié)電。這些工藝裝備有利于降低能耗,并得到高質(zhì)量的生物我國的石油缺口非常大,目前年石油缺口已超過燃油(生物燃油熱值為18-25MJ/kg)。14億t,預(yù)計到2015年將達到25億t。與此同時,我物質(zhì)制燃油的生產(chǎn)成本可粗略分為如下幾部國農(nóng)村有大量的秸稈等廢棄物,每年約產(chǎn)生7億t的生物質(zhì),除去農(nóng)民的日常消耗外,約有4億t的生物質(zhì)31設(shè)備費閑置。把大量的低值農(nóng)林廢棄資源加工成高附加值的能源商品——生物燃油,是實現(xiàn)資源的有效利用和農(nóng)年產(chǎn)3000生物燃油所需設(shè)備可分為三類:①生物村、林區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,進一步促進國民經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)燃氣制氣供熱主要設(shè)備;②生物質(zhì)制燃油預(yù)處理主要的有效途徑。若產(chǎn)油轉(zhuǎn)化率按60%計算,4億t的廢棄生設(shè)備;③生物質(zhì)制燃油主要設(shè)備。物質(zhì)相當于4(億t)×60%=24億t(生物燃油)≈12根據(jù)生產(chǎn)能力及相應(yīng)的參數(shù),經(jīng)過初步計算可選定億t石油當量。這將大大緩解我國石油的進口壓力?；蜓兄葡嚓P(guān)的設(shè)備。這部分費用在整個成本中占較大的根據(jù)成本預(yù)算,年產(chǎn)3000生物原油生產(chǎn)線,生產(chǎn)比例,但屬于一次性投入,可以在投資回收期分攤。成本在1600-1800元之間,按等熱值粗略折算,2t生3.2生產(chǎn)費物原油可折合1t石化燃油,則生產(chǎn)石油當量lt的生物生產(chǎn)費用可粗略的分為料、工及其它輔助費用。這原油中國煤化工柴油汽油的價格部分費用在整個成本中所占的比例與產(chǎn)量有關(guān)一般都CNMHG趨勢。從有利于生若年產(chǎn)300生物燃油每年按300天(每天24h)物質(zhì)液化燃油的市場黨爭出發(fā),將生物原油的價格定計算考慮到原料的轉(zhuǎn)化率(按60%計算)耗損率(可在200元左右是有競爭力的。每生產(chǎn)30生物燃按5%計算)含水率(按1%計算),則每天所需的生產(chǎn)油,可實現(xiàn)產(chǎn)值600萬元獲利60-120萬元。若全國年第8期張恩惠等:生物質(zhì)燃油的應(yīng)用前景生產(chǎn)1.5億t生物原油,即可創(chuàng)收300-600億元人民(1):30-31幣?？梢?其商業(yè)開發(fā)前景十分可觀。與化石燃料相比[2]王洪志陳攀峰,等生物質(zhì)熱解研究進展[]河北科技學院學使用生物質(zhì)液化燃料可大大減少SO、NO,的排放其綜報,2006,20(3):75-80.[3]楊昌炎魯長波,呂雪松等生物質(zhì)熱解制燃料油及化學品的工合效益更顯著。藝技術(shù)研究進展[]現(xiàn)代化工,2006,26(4):10-14.5結(jié)束語[4]王黎明,王述洋國內(nèi)外生物質(zhì)熱解液化裝置的研發(fā)進展[J]太我國生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的研究主要是以單項技陽能學報,2006,27(11):1180-1184術(shù)為主,缺乏系統(tǒng)性,與歐美等國相比還有較大的差[5】劉世鋒,王述洋白雪雙生物質(zhì)閃速熱解技術(shù)及生物油的應(yīng)用距,特別是在高效反應(yīng)器研發(fā)、工藝參數(shù)優(yōu)化、液化產(chǎn)[J]林業(yè)勞動安全,2006,19(1):29-33[6]Xu Shuangning, Yi Weiming, Bao mingLi. Flash pyrolysis of物精制以及生物燃油對發(fā)動機性能的影響等方面存在agricultural residues using a plasma heated laminar entrained flow明顯差距。同時,熱解技術(shù)還存在如下一些問題:①生reactor[J]. Biomass and Bioenergy, 2005.(29): 135-141物油通常需要專用的燃料處理設(shè)備;②生物油是高含氧[7] Zhongyang Luo, Shurong Wang, Kefa Cer. A model of wood nash量碳氫化合物,在物理、化學性質(zhì)上存在不穩(wěn)定因素pyrolysis in fluidized bed reactor [J]. Renewable Energy, 2005必須經(jīng)過改性和精制后才能使用;③生物油的使用和銷(30):377-392售缺少統(tǒng)一標準阻礙了其廣泛應(yīng)用[8]張秀梅陳冠益等催化熱解生物質(zhì)制取富氫氣體的研究[門]燃料化學學報,2004,32(4):46449針對以上存在的差距和問題,今后的研究主要(9]陳洪章徐建,等秸稈分層多級轉(zhuǎn)化液體燃料新工藝的研究進應(yīng)集中在如何提高液化產(chǎn)物收率,尋求高效精制技[J]生物加工過程,2005,3(1):9-13術(shù),提高生物油品質(zhì),降低運行成本,實現(xiàn)產(chǎn)物的綜10]李濱,王述洋ZR5200型錐式生物質(zhì)閃速熱解裝置液化冷凝技合利用和工業(yè)化生產(chǎn)等方面。在理論研究的基礎(chǔ)上,術(shù)的研究[門]林業(yè)機械與木工設(shè)備,2006,34(1):16-18擴大現(xiàn)有的生產(chǎn)規(guī)模,降低生物油生產(chǎn)成本,不斷完1劉世,王述洋,張勇生物質(zhì)熱解液化制取燃油的綠合效益分善生物油成分和物理特性的測定方法,制定統(tǒng)一的析門]農(nóng)機化研究,200,(1):220-22.[12]張妹玉,王述洋生物燃油的特性及應(yīng)用J林業(yè)機械與木工設(shè)規(guī)范和標準,使其能夠參與化石燃料市場的競爭。備,2005,33(6):45-46主要參考文獻第一作者簡介:張恩惠(1965-),男,東北林業(yè)大學機電工[]趙軍王述洋我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源與利用打]現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),00,程學院副教授,主要從事機電設(shè)備、生物能利用研究。(上接第39頁)名[N]報紙題名,出版日期(版次兒引用日期]例如:[9]蕭鈺.出版業(yè)信息邁入快車道[EBOL例如:[6]謝希德創(chuàng)造學習的新思路[N]人民日(2001-12-19)[2002-04-15lhtp/ wwreader. com報,1998-12-25(10)[20003-06]news/200112190019htm⑥國際、國家標準著錄格式:[序號]主要責任者標準編號標準名稱S出版地:出版者,出版年3小結(jié)例如:[7]全國文獻工作標準化技術(shù)委員會第七分摘要及參考文獻是科技論文的重要組成部分,必會GB/TS795-1986,中國標準書號[S]北京:中國標準須按規(guī)范格式和要求撰寫。這樣才能從整體上提高論出版社,1986文質(zhì)量提高投稿命中率⑦專利文獻著錄格式:[序號]專利申請或所有者.主要參考文獻:專利題名:專利國別,專利號[P公告日期或公開日期1]陳浩元科技書刊標準化18講[M]北京:北京師范大學出版社[引用日期].例如:[8]姜錫洲.一種溫熱外敷藥制備方案:中國[2]中國國家標準化管理委員會GB6447-86,文摘編寫規(guī)范[S]北88105607[P]1987-07-26京:中國標準出版社,1986③電子文獻著錄格式:電子圖書電子報刊及其析3]中國家標準化管理悉會CB7420,文后參考文獻著中國煤化工出文獻的著錄格式按圖書、報刊等規(guī)則處理,除此以外CNMHG遼寧省交通高等專科學的電子文獻按以下方式著錄。校學報,2003,5(4):78-79[序號]主要責任者題名:其他題名信息[文獻類型[5]黃寧廷科技論文寫作蕃本規(guī)范]經(jīng)濟林研究,200,24)標志文獻載體標志]出版地:出版者出版年(更新或109-111修改日期)引用日期]獲取和訪問路徑