技術(shù)報(bào)告生物質(zhì)生物質(zhì)精煉技術(shù)和生物質(zhì)能源創(chuàng)新趙小玲(西安科技大學(xué),陜西西安,710054)摘要:生物能源作為一種綠色可持續(xù)能源,其在全球的發(fā)展特別是在歐洲已經(jīng)得到深入的研發(fā)和應(yīng)用。本文介紹了美卓公司利用生物質(zhì)原料進(jìn)行熱分解生產(chǎn)生物燃?xì)夂蜕镔|(zhì)原料經(jīng)過(guò)高溫裂解生產(chǎn)生物燃油的基本技術(shù)和應(yīng)用案例,以及將化學(xué)漿生產(chǎn)中產(chǎn)生的木質(zhì)素進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為新原料和燃料的技術(shù)作者簡(jiǎn)介:趙小玲女士關(guān)鍵詞:生物質(zhì)精煉技術(shù);生物質(zhì)原料;生物質(zhì)熱分解;氣化爐;高溫?zé)崃呀?木素萃取講師;主要從事化學(xué)工中圖分類(lèi)號(hào):T7;X793文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0254-508X(2012)12-0051-03藝學(xué)研究與教學(xué)工作。and Bioenergy InnovationZHAO Xiao-lin(Xi'an University of Science and Technology, Xi'an, Shaanxi Province, 710054)(E-mail:youngthinkling@126.com)Abstract: Bioenergy as a kind of green and sustainable energy is being well developed globally and especially it have been deeply researchedand applied in Europe. This article introduced Metsos technology and the cases to produce biofuel by biorefinery technologies such as bio-mass gasification, wood pellet pyrolysis and Lignin extraction from black liquor. The technologies should have an extensive application spacein China, and it will bring great economic value and environment benefitKey words: biorefinery technology biomass; biomass thermolysis; gasifier; high temperature pyrolysis; lignin extraction生物質(zhì)精煉是目前全球比較熱門(mén)的一個(gè)話題,這美卓公司的生物質(zhì)精煉技術(shù)不僅包括制漿造紙領(lǐng)主要源于世界經(jīng)濟(jì)的低迷和能源供給面臨可持續(xù)發(fā)展域的技術(shù)創(chuàng)新4,而且在生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)利用方的挑戰(zhàn)。另外由于全球生態(tài)環(huán)境不斷惡化,要求人們面,其已經(jīng)擁有了生物質(zhì)熱分解技術(shù)、生物質(zhì)高溫?zé)岜仨氄J(rèn)真思考如何減少對(duì)化石能源的依賴(lài)和增加綠色裂解技術(shù)、生物質(zhì)預(yù)水解技術(shù)以及木素萃取技術(shù)能源使用。目前在我國(guó)能源架構(gòu)中煤炭、石油和 Ligno Boost等天燃?xì)庹紦?jù)了極其重要的地位。其中煤炭占的比例高生物質(zhì)原料很廣泛,包括生活垃圾、農(nóng)作物達(dá)70%,而石油和天燃?xì)獗壤s為22%,同時(shí)我國(guó)廢棄物、木材和廢紙等。生物質(zhì)精煉技術(shù)的應(yīng)用有1/2的石油消耗依靠進(jìn)口供應(yīng),如此高的對(duì)外依存目標(biāo)是將這些生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為材料和燃料,材料包度是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)2。另外我國(guó)開(kāi)始注重環(huán)括化學(xué)漿、溶解漿、機(jī)械漿、紙、紙板、納米級(jí)保,這兩者要求我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須節(jié)能降耗和增加纖維、新型紙種等,以及熱、電和蒸汽。但新的清潔能源使用。而生物質(zhì)能源最大的特點(diǎn)就是具有可生物質(zhì)能源技術(shù)是通過(guò)聯(lián)合熱分解和高溫?zé)崃呀獬掷m(xù)性和減少碳排放。因此關(guān)于發(fā)展生物質(zhì)能源的重技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料,包括生物燃?xì)狻⑸镆允酋r而易見(jiàn)的。燃油等。目前,生物質(zhì)能源在我國(guó)的開(kāi)發(fā)和利用基本上有兩種,一是通過(guò)生物質(zhì)燃燒獲得熱、蒸汽和電1生物質(zhì)熱分解技術(shù)及應(yīng)用力;二是通過(guò)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行低溫發(fā)酵產(chǎn)生沼氣3。生物質(zhì)熱分解技術(shù)包括生物質(zhì)直接氣化和生物質(zhì)當(dāng)前,在生物質(zhì)能源發(fā)展方面的創(chuàng)新和生物質(zhì)精煉間接氣化以及中國(guó)煤化工技術(shù)上,全球生物質(zhì)精煉技術(shù)的引領(lǐng)者—美卓公CNMHG司已經(jīng)擁有了很多生物質(zhì)能源利用的創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用案例4收稿日期:2012-11-12《中國(guó)造紙》2012年第31卷第12期51「技術(shù)報(bào)告鼓泡式流化床循環(huán)式流化床氣化爐燃燒爐生物質(zhì)燃?xì)鉄煹罋馍镔|(zhì)燃燒爐床底物焦炭一燃料處理段2—?dú)饣癄t3一生物質(zhì)燃?xì)膺^(guò)濾↓燃?xì)忮仩t和煙道氣清潔合空氣圖1芬蘭瓦薩市 Voima電廠的基本流程圖2間接氣化示意圖1.1生物質(zhì)直接氣化排放。生物質(zhì)直接氣化的工藝過(guò)程就是將木質(zhì)生物質(zhì)經(jīng)美卓公司的供貨案例中的一個(gè)是位于瑞典Goth過(guò)預(yù)處理,干燥,然后在循環(huán)式汽化爐中熱分解生產(chǎn) enburg的 GoBiGas項(xiàng)目。該項(xiàng)目每年用生物質(zhì)生產(chǎn)出生物質(zhì)燃?xì)?然后將生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行直接燃燒。20MW的生物質(zhì)甲烷氣。 GoBiGas項(xiàng)目的目的是將樹(shù)具體的應(yīng)用:在化學(xué)漿廠,采用生物質(zhì)熱分解枝及樹(shù)冠等林區(qū)的剩余物經(jīng)過(guò)熱分解來(lái)生產(chǎn)生物質(zhì)甲技術(shù)將木質(zhì)生物質(zhì)如樹(shù)枝、樹(shù)皮等進(jìn)行氣化,生物烷氣。生物質(zhì)原料在氣化工廠被轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。在質(zhì)燃?xì)庵苯铀偷綁A回收系統(tǒng)的石灰窯進(jìn)行燃燒,這甲烷化工廠中,生物質(zhì)燃?xì)庠俳?jīng)過(guò)凈化及精加工,最樣可以替代燃油或天然氣從而使?jié){廠節(jié)約原料成本后被加工成生物質(zhì)甲烷氣。這種氣體的質(zhì)量與天然氣和減少碳排放。另外的應(yīng)用就是將木質(zhì)生物質(zhì)氣化相當(dāng)。因此在完全停止使用天然氣前的過(guò)渡階段,可后產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)馑腿脲仩t進(jìn)行燃燒,這樣可以將兩種氣體混合,輸?shù)焦饩W(wǎng)絡(luò)。項(xiàng)目的目標(biāo)是將替代煤。采用該技術(shù)客戶的收益就是高能效和降低65%的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃?xì)?總體效率達(dá)污染物排放。到90%。生物質(zhì)直接氣化進(jìn)行燃燒來(lái)代替燃煤的案例如圖1.3城市垃圾氣化1所示。城市垃圾氣化技術(shù)的工藝流程包括城市垃圾進(jìn)在位于芬蘭瓦薩市的voma電廠,美卓公司供貨行分類(lèi)、預(yù)處理、在生物質(zhì)氣化爐中熱分解,然后了一條生物質(zhì)氣化生產(chǎn)線,生物質(zhì)氣化爐的裝機(jī)容量將生產(chǎn)的生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)過(guò)冷卻過(guò)濾,最后送入鍋爐是140MW。將生物質(zhì)熱分解出的生物質(zhì)燃?xì)夤┙o電燃燒。力鍋爐,250MW燃煤鍋爐,可以替代40%的燃煤。芬蘭拉赫提 Energia電廠是全球首座用城市垃圾相應(yīng)地,CO2的年排放量也將減少23萬(wàn)t,相當(dāng)于7進(jìn)行熱電生產(chǎn)的工廠。城市固體垃圾及其他能源廢萬(wàn)輛小汽車(chē)的年排放量。料通過(guò)工業(yè)及民用回收系統(tǒng)被回收并轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)1.2生物質(zhì)間接氣化燃?xì)?。這種燃?xì)饨?jīng)過(guò)凈化工藝,最終變成綠色清潔生物質(zhì)間接氣化的工藝過(guò)程就是將森林殘留物和氣體。該燃?xì)獗晦D(zhuǎn)送入電力鍋爐中燃燒并產(chǎn)生高木質(zhì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥,預(yù)處理,然后送入鼓泡式流化溫,從而生成高溫高壓蒸汽。這種蒸汽被用于發(fā)電床氣化爐,這個(gè)過(guò)程和循環(huán)式流化床燃燒爐結(jié)合,循及地區(qū)供熱。它區(qū)別于城市固體垃圾直接燃燒的優(yōu)環(huán)式燃燒爐對(duì)生物質(zhì)熱分解后的殘留物燃燒產(chǎn)生熱、點(diǎn)包括:蒸汽,蒸汽用于熱分解等,循環(huán)式流化床燃燒爐的床(1)高效:160MW燃料轉(zhuǎn)化為50MW電+底物質(zhì)在氣化器中循環(huán)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱分解。生物質(zhì)9MW城市供熱;新蒸汽12MPa,540℃;高效使用燃?xì)庠诩淄榛S經(jīng)過(guò)脫焦、脫硫和除CO2等精加垃圾,CO2排放大大降低。工,最后生產(chǎn)生物質(zhì)甲烷氣。間接氣化示意圖見(jiàn)(2)適應(yīng)圖2。中國(guó)煤化市垃圾(生活垃圾,工業(yè)廢料CNMHG低熱值(LHV)生物質(zhì)甲烷氣可以用作汽車(chē)燃?xì)獾取Ｉ镔|(zhì)甲烷14-24M/kg后,小m,C<0.4%。氣由可再生原料制成,因此有助于降低溫室氣體(3)適應(yīng)性強(qiáng):當(dāng)?shù)乩?種類(lèi)繁多。China pulp Paper vol 31, Na. 12, 2012技術(shù)報(bào)告該項(xiàng)目氣化工藝每小時(shí)可處理360m3回收廢料。說(shuō),通過(guò)鍋爐改造來(lái)增加產(chǎn)能的成本比較大。但是黑如此折算下來(lái),每年可處理25萬(wàn)t廢料。液中木素沉淀后再經(jīng)過(guò)造?？梢灾苯幼鳛槿剂?此2生物質(zhì)熱裂解的技術(shù)和應(yīng)用外,人們還在不斷地研究開(kāi)發(fā)木素的新應(yīng)用,所以,木素的應(yīng)用前景廣闊。目前,木素顆粒的新應(yīng)用包生物質(zhì)油化的聯(lián)合生產(chǎn)工藝是:首先將木質(zhì)生物括:①直接作為燃料,比如用在石灰窯的煅燒過(guò)程質(zhì)進(jìn)行干燥、預(yù)處理,然后進(jìn)行熱裂解,這個(gè)過(guò)程是②進(jìn)一步加工為生物質(zhì)甲烷氣和生物質(zhì)燃油;③木素?zé)o氧進(jìn)行的,熱裂解的熱量主要來(lái)自流化床鍋爐的爐顆粒深加工為苯、碳纖維、活性炭、膠黏劑等砂。生物質(zhì)熱裂解后的焦炭循環(huán)進(jìn)入鍋爐進(jìn)行燃燒,由于新型交通工具要求有更低的能耗和更輕的質(zhì)產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為蒸汽,再進(jìn)一步用來(lái)發(fā)電。生物質(zhì)油量,而碳纖維可用于此目的,因此木素在這一行業(yè)的經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理后可用于多種用途。熱裂解示意圖見(jiàn)應(yīng)用前景也非常廣闊?；钚蕴渴橇硪粋€(gè)可用木素作為原料生產(chǎn)的潛在產(chǎn)品。對(duì)重金屬排放等的嚴(yán)格要求,增加了對(duì)活性炭的需求。塑料行業(yè)是另一個(gè)巨大的市場(chǎng)。木素可用作該行業(yè)的基礎(chǔ)材料。苯酚或苯酚混合物即是一例。2006年,全球苯酚產(chǎn)量為800萬(wàn)t。目流化床鍋爐800℃的前,苯酚以化石材料制成。熱砂黑液中木素萃取的簡(jiǎn)單工藝過(guò)程就是對(duì)黑液中的木質(zhì)生物質(zhì)木素進(jìn)行沉淀,然后脫水,調(diào)態(tài)最后進(jìn)行造粒。這個(gè)被熱裂解木質(zhì)顆粒工藝過(guò)程采用的技術(shù)就是美卓公司開(kāi)發(fā)的 Ligno Boost不含氧氣的循環(huán)空氣技術(shù)。圖3熱裂解示意圖小結(jié)聯(lián)合熱裂解工藝對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)材料的要求比較嚴(yán)格。材料必須非常干燥,且粒徑必須小于5mm。在生物質(zhì)精煉技術(shù)將制漿造紙以及電力產(chǎn)業(yè)的價(jià)數(shù)秒鐘之內(nèi),這種固體生物質(zhì)材料在反應(yīng)器(熱裂值鏈進(jìn)行延展,同時(shí)將降低制漿造紙過(guò)程的成本。解爐)中被加熱到約50℃。在該溫度下,生物質(zhì)木另外,生物質(zhì)精煉技術(shù)將會(huì)對(duì)生物質(zhì)的利用提供創(chuàng)料被裂解為氣體。氣體冷卻后變?yōu)樯镉?。裂解過(guò)程新,比如生產(chǎn)生物質(zhì)燃料、納米級(jí)纖維、以及新型中未冷凝的氣體和焦煤送入鍋爐作為燃料。紙種等。所有對(duì)生物質(zhì)的精煉,都將進(jìn)一步帶給制聯(lián)合熱裂解工藝的特點(diǎn)是:①生物油聯(lián)合生產(chǎn)工漿造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。生物質(zhì)能源技術(shù)的創(chuàng)新藝具備許多優(yōu)勢(shì),最明顯的當(dāng)屬其一流的能效。干燥將深化人類(lèi)對(duì)生物質(zhì)能源的充分利用和環(huán)保利用工藝是生物油生產(chǎn)過(guò)程中能耗較高的一個(gè)工段。在此當(dāng)然最主要是使整個(gè)產(chǎn)業(yè)和社會(huì)的清潔發(fā)展和可持段工藝中,可利用熱電廠的剩余能量。②快速聯(lián)合熱續(xù)發(fā)展。裂解工藝是一種可降低CO2排放的經(jīng)濟(jì)可行的生物參考文獻(xiàn)質(zhì)燃料生產(chǎn)方案。聯(lián)合熱裂解工藝的生產(chǎn)特點(diǎn)是與鼓(1]曹邦威.關(guān)于生物質(zhì)利用的最新進(jìn)展[J.中國(guó)造紙,201,30泡流化床鍋爐連接。鍋爐中的熱量被用作熱源[2]林智欽.我國(guó)新能源領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題分析[C].2012’新能源3對(duì)木素的新利用 LignoBoost技術(shù)發(fā)展論壇.北京般而言,木材中木素的含量為15%~25%。[3]毛長(zhǎng)斌,倪永浩.生物質(zhì)提煉的研究進(jìn)展及在造紙工業(yè)上的應(yīng)用[打].中國(guó)造紙,2008,27(7):63漿廠中木素的常規(guī)處理就是將含木素的黑液送入堿回收鍋爐進(jìn)行燃燒,獲取熱、蒸汽和電力。但是,堿回41wMu.美卓生物質(zhì)能源創(chuàng)新[S]2012.cPl收鍋爐一般又是漿廠提產(chǎn)時(shí)候的最大瓶頸。一般來(lái)(責(zé)任編輯:馬忻)植制造林愛(ài)LYH黑《中國(guó)造紙》2012年第31卷第12期