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gaofeng925版主 (知名作家)
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【轉(zhuǎn)帖】三種生物燃料技術(shù)及其發(fā)展 已有27人參與
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生物質(zhì)能源技術(shù)就是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源并加以利用的技術(shù)，按照生物質(zhì)的特點及轉(zhuǎn)化方式可分為固體燃料生產(chǎn)技術(shù)、液體燃料生產(chǎn)技術(shù)、氣體燃料生產(chǎn)技術(shù)。固體生物燃料技術(shù)包括生物質(zhì)成型技術(shù)、生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)和生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)，是廣泛應(yīng)用且非常成熟的技術(shù)，生物質(zhì)常溫成型技術(shù)代表著固體生物質(zhì)燃料的發(fā)展趨勢；生物液體燃料可以替代石油作為運輸燃料，不僅能解決能源安全問題，還有利于減少溫室氣體排放，還可以作為基本有機化工原料，代表著生物能源的發(fā)展方向，液體生物燃料包括燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)經(jīng)氣化或液化過程再竟化學(xué)合成得到的生物燃油BtL（Biomass to Liquid Fuel）；氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，工業(yè)化生產(chǎn)沼氣以及沼氣凈化后作為運輸燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）是近期內(nèi)發(fā)展氣體生物燃料的現(xiàn)實可行技術(shù)。 1、固體生物質(zhì)燃料 生物質(zhì)成型燃料燃燒是把生物質(zhì)固化成型后采用略加改進后的傳統(tǒng)燃煤設(shè)備燃用，該技術(shù)將低品味的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品味的易儲存、易運輸、能量密度高的生物質(zhì)顆粒（pellets）狀或狀（briquettes）燃料，熱利用效率顯著提高，能效可達45%（如瑞典的Kcraft熱電工廠），超過一般煤的能效。歐洲在生物質(zhì)成型燃料方面起步較早，900萬人口的瑞典年顆粒燃料使用量為120萬噸，瑞典20%集中供熱是生物質(zhì)顆粒燃料完成的；600萬人口的丹麥年消費成型燃料70萬噸。瑞典還開發(fā)了生物質(zhì)與固體垃圾共成型燃燒技術(shù)，解決了垃圾燃燒有害氣體二惡英（dioxin）超標(biāo)問題。 直接燃燒作為能源轉(zhuǎn)化形式是一項傳統(tǒng)的技術(shù)，具有低成本、低風(fēng)險等優(yōu)越性，但效率相對較低，還會因燃燒不充分而污染環(huán)境。鍋爐燃燒采用現(xiàn)代化的鍋爐技術(shù)，適用于大規(guī)模利用生物質(zhì)；垃圾焚燒也采用鍋爐燃燒技術(shù)，但由于垃圾的品味低及腐蝕性強等原因，對技術(shù)水平和投資的要求高于鍋爐燃燒。通過技術(shù)改進，生物質(zhì)直接燃燒的能效已顯著提高，直接燃燒的能效已達30%（如丹麥的Energy 2秸桿發(fā)電廠，瑞典的Umea Energy垃圾熱電廠）。美國生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電約占可再生能源發(fā)電量的70％，2004年美國生物質(zhì)發(fā)電裝機容量為9799MW，發(fā)電370億 Kwh。 1)生物質(zhì)固體燃料生產(chǎn)技術(shù) 目前國內(nèi)外普遍使用的生物質(zhì)成型工藝流程如圖1-1所示。壓縮技術(shù)主要包括螺旋擠壓式成型技術(shù)、活塞沖壓成型技術(shù)和壓輥式成型技術(shù)，其中前兩種技術(shù)發(fā)展較快，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用較廣。但一般的成型技術(shù)需要將生物質(zhì)加熱到80°C以上才能使其成型，所以能耗較高，增加了生物制成型燃料的成本。 現(xiàn)有的生物質(zhì)成型技術(shù)必須在加熱條件下進行，常溫成型技術(shù)則打破了這一傳統(tǒng)概念。目前，中國（清華大學(xué)）和意大利（比薩大學(xué)）兩國分別開發(fā)出生物質(zhì)常溫（<40°C）成型技術(shù)，使生物質(zhì)成型燃料的成本顯著降低，為生物質(zhì)成型燃料的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。生物質(zhì)材料的力傳導(dǎo)性極差，但通過縮短力傳導(dǎo)距離，給其一個剪切力，可使被木質(zhì)素包裹的纖維素分子團錯位、變形、延展，在較小的壓力下，可使其相鄰相嵌、重新組合而成型。利用這一理論制造的機械設(shè)備，可以實現(xiàn)自然含水率生物質(zhì)不用任何添加劑、粘結(jié)劑的常溫壓縮成型。常溫成型技術(shù)為生物質(zhì)低成本地高效利用打開了方便之門，不僅可以生產(chǎn)高效固體清潔燃料，而且提高了生物質(zhì)的能量密度，方便運輸，可以作為液體燃料和生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。成型燃料還解決了直接燃燒能效低的問題，使顆粒燃料可以在千家萬戶作為炊事、取暖燃料，而以往的生物質(zhì)直燃技術(shù)只適用于大型鍋爐系統(tǒng)，小型直燃系統(tǒng)能效僅為10-15%，且因燃燒不完全造成環(huán)境污染。但是，在原料脫水預(yù)處理、提高單機生產(chǎn)能力方面尚需做大量的工作。 瑞典的Stockholm Energy公司1970年代末首先將3座100MW燃油鍋爐改為使用生物質(zhì)顆粒燃料；Kraft熱電工廠在世界上首先開發(fā)熱、電、顆粒燃料聯(lián)產(chǎn)技術(shù)并投入商業(yè)化生產(chǎn)，能效高達86%。瑞典的生物質(zhì)成型燃料已廣泛應(yīng)用于供熱和工業(yè)鍋爐，其中集中供熱的20%是由顆粒燃料提供。瑞典的人均燃料占有量為 130kg，居世界第一位。 2)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù) 生物質(zhì)水分較高(有的高達60％左右)，熱值較低，燃燒過程還要考慮結(jié)渣和腐蝕問題。芬蘭從1970年就開始開發(fā)流化床鍋爐技術(shù)，現(xiàn)在這項技術(shù)已經(jīng)成熟，并成為生物質(zhì)燃燒供熱發(fā)電工藝的基本技術(shù)。這種技術(shù)大規(guī)模條件下效率較高，單位投資也較合理。但它要求生物質(zhì)集中，數(shù)量巨大。如果考慮生物質(zhì)大規(guī)模收集或運輸，成本也較高，適于現(xiàn)代化大農(nóng)場或大型加工廠的廢物處理，對生物質(zhì)較分散的發(fā)展中國家可能不適合。 一般生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的過程包括：生物質(zhì)與過量空氣在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機中膨脹做功發(fā)出電能根據(jù)不同的技術(shù)路線，分為氣輪機、蒸氣機和斯特林發(fā)動機等。意大利開發(fā)了適合村鎮(zhèn)使用的小型生物質(zhì)發(fā)電（Village power plant）技術(shù)，燃燒秸桿或木屑生熱，鍋爐中的介質(zhì)是油而不是通常的水，再通過油加熱有機硅油產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動透平機發(fā)電，該系統(tǒng)熱能利用率比普通系統(tǒng)高 5%以上，已在德國使用。 3)生物質(zhì)與煤混燒技術(shù) 現(xiàn)有電廠利用木材或農(nóng)作物的殘余物與煤的混合燃燒是比較現(xiàn)實的技術(shù)，除了能夠提高農(nóng)林廢物利用率外，還可以降低燃煤電廠NOx的排放。從20世紀(jì) 90年代起，丹麥、奧地利等歐洲國家開始對生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)進行開發(fā)和研究。經(jīng)過多年的努力，已研制出用于木屑、秸稈、谷殼等發(fā)電的鍋爐。在美國，有 300多家發(fā)電廠采用生物質(zhì)能與煤炭混合燃燒技術(shù)，裝機容量達6000ＭＷ。國內(nèi)已有多家鍋爐廠家生產(chǎn)生物質(zhì)和煤混燒的鏈條爐和流化床爐，分別在東南亞國家和我國廣東等省運行。 2、液體生物燃料 1973年第一次石油危機后，人類就在尋找可以替代石油的燃料。而生物液體燃料正是理想的選擇-來源于可再生資源、溫室氣體凈排放幾乎為零、還可以替代石油生產(chǎn)人類所需的化學(xué)品。目前液體生物燃料主要被用于替代化石然油作為運輸燃料，如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。而生物柴油又分從植物油得到生物柴油，和通過氣化或液化得到的BtL。BtL技術(shù)被認為是最有前途的生物液體燃料技術(shù)。歐盟委員會積極推進生物燃料發(fā)展，制定了到 2010年生物燃料占運輸燃料5%的目標(biāo)；美國正在運籌通過法律手段強制在運輸燃料中添加生物燃料，具體比例是柴油中添加2%生物柴油，汽油中添加5%燃料乙醇；英國政府計劃從2006年起要求生產(chǎn)運輸燃油的能源企業(yè)必須有3%的原料是來自可再生資源，并且比例將逐年提高。 1) 燃料乙醇 從1970年代起，巴西首先開始用燃料乙醇部分替代汽油，已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費國，也是唯一不使用純汽油燃料的國家。美國在 20世紀(jì)70年代末，制定了“乙醇發(fā)展計劃”，開始大力推廣車用乙醇汽油，2004年美國的燃料乙醇產(chǎn)量達到35億加侖，還進口了1.3億加侖；到 2005年全國已有500萬輛以燃料乙醇為燃料的靈活燃料汽車（Flexible Fuel Vehicles，VFFs）。目前，中國的燃料乙醇產(chǎn)量僅次于巴西、美國，居世界第3位，為102萬噸/年。2004年世界乙醇產(chǎn)量已達到2760萬噸，大部分作為燃料乙醇使用。燃料乙醇是目前最現(xiàn)實可行的替代石油燃料，進入新世紀(jì)以來各國都積極發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。在美國2005年8月頒布的《能源法案》中宣布，美國計劃到2012年生產(chǎn)2200萬噸燃料乙醇，到2025年以減少從中東地區(qū)進口石油的75%。 a. 現(xiàn)有的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù) 現(xiàn)有的燃料乙醇主要以糧食基淀粉為原料，如2004年美國用玉米生產(chǎn)1000萬噸乙醇，歐洲用小麥生產(chǎn)160萬噸乙醇；僅巴西以甘蔗為原料，年生產(chǎn)乙醇約1200萬噸。我國2005年燃料乙醇產(chǎn)量102萬噸，主要以玉米為原料。乙醇的生產(chǎn)基本上都是通過微生物對葡萄糖的發(fā)酵得到乙醇。乙醇的生產(chǎn)原料多種多樣，主要是玉米、小麥等淀粉質(zhì)原料，還有諸如甘蔗、糖蜜、甜菜等糖質(zhì)原料，亦有木質(zhì)纖維素類植物生物質(zhì)原料等。無論采用何種原料，其乙醇生產(chǎn)工藝大同小異。在乙醇生產(chǎn)中，為了加速蒸煮、糖化、發(fā)酵的反應(yīng)速度，需要對固體原料粉碎，通常分為干法和濕法兩種。在以玉米為原料的濕法生產(chǎn)工藝中，玉米油、蛋白飼料和玉米谷盶粉這些副產(chǎn)品的收入占玉米自身費用的60％或者更多；與此相對照，干法生產(chǎn)過程中得到的副產(chǎn)品收入在同等條件下通常占玉米費用的45％。美國主要采用濕法工藝生產(chǎn)。但濕法工藝中存在大量的污水處理問題，我國豐原集團公司開發(fā)了“半干法”玉米處理技術(shù)，不僅提高了玉米利用率，還顯著減少了廢水量，解決了濕法處理玉米工藝中的污水處理問題。 b. 燃料乙醇技術(shù)的開發(fā)前景 目前乙醇的生產(chǎn)成本較高，如何降低乙醇成本并使之能與石油基燃料產(chǎn)品在價格上競爭是世界性的難題，其中原料成本占產(chǎn)品總成本的70%左右，能耗也是構(gòu)成成本的重要因素。這兩個影響乙醇成本的關(guān)鍵因素，已成為各國研究開發(fā)的熱點。一些技術(shù)即將應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，包括：非糧食原料生產(chǎn)乙醇技術(shù), 乙醇生產(chǎn)節(jié)能技術(shù), 纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)等。 纖維素乙醇的研究已有幾十年歷史，最早的技術(shù)是濃酸水解法。目前國際上生產(chǎn)纖維素乙醇主要采用稀酸水解和酶水解技術(shù)。最理想的是一體化乙醇生產(chǎn)技術(shù) CPB（Consolidate Bioprocessing），即同一微生物完成產(chǎn)纖維素酶、纖維素水解、乙醇發(fā)酵過程，但乙醇產(chǎn)率不高，產(chǎn)生有機酸等副產(chǎn)物，尚需大量的基礎(chǔ)研究。 2)生物柴油 生物柴油是燃料乙醇以外的另一種液體生物燃料，從動植物油脂生產(chǎn)的一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，在工業(yè)應(yīng)用上主要指脂肪酸甲酯。天然油脂多由直鏈脂肪酸的甘油三酯組成，與甲醇酯交換后，分子量降至與柴油的接近，從而使其具有更接近于柴油的性能，十六烷值高，潤滑性能好，是一種優(yōu)質(zhì)清潔柴油。同時這些長鏈脂肪酸單烷基酯可生物降解，高閃點，無毒，VOC低，具有優(yōu)良的潤滑性能和溶解性，所以也是制造可生物降解高附加值精細化工產(chǎn)品的原料。生物柴油在歐盟已大量使用，2004年歐盟的生物柴油產(chǎn)量為224萬噸，僅德國就已有1800個加油站供應(yīng)生物柴油，并已頒布了德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（EDIN51606）。美國試圖通過立法，在全國的柴油中添加2%的生物柴油。馬來西亞大力推進以棕櫚油為原料生產(chǎn)的生物柴油，生產(chǎn)潛力達2000萬噸/年；印度正積極開發(fā)麻風(fēng)果生物柴油，將在5-10年內(nèi)達到1000萬噸/年的生產(chǎn)能力，英國石油BP已介入印度的麻風(fēng)果生物柴油產(chǎn)業(yè)。 a. 國外生物柴油生產(chǎn)技術(shù) 生物柴油生產(chǎn)是由甘油三酸酯與甲醇通過酯交換制備生物柴油，甘油為副產(chǎn)品。歐洲主要以菜子油為原料生產(chǎn)生物柴油，美國則以大豆油為原料生產(chǎn)。一般小的生物柴油廠采用間歇酯交換反應(yīng)，而大型企業(yè)都采用連續(xù)酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油。 德國魯奇（Lurgi）公司的采用的是兩級連續(xù)醇解工藝油脂轉(zhuǎn)化率達96％，過量的甲醇可以回收繼續(xù)作為原料進行反應(yīng)。德國斯科特公司（Sket）采用的是連續(xù)脫甘油醇解工藝可以使醇解反應(yīng)的平衡不斷向右移動，從而獲得極高的轉(zhuǎn)化率。魯奇的兩級連續(xù)醇解工藝和斯科特的連續(xù)脫甘油醇解工藝在歐洲和美國均有10萬噸/年級的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。這兩種工藝都在常壓下進行，均加工精煉油脂。其優(yōu)點是工藝成熟，可間歇或連續(xù)操作，反應(yīng)條件溫和，適合于優(yōu)質(zhì)原料；缺點是原料需精制，控制酸值小于0.5，工藝流程復(fù)雜，甘油回收能耗高，三廢排放多，腐蝕嚴(yán)重。德國漢高（Henkel）公司開發(fā)了堿催化的連續(xù)高壓醇解工藝。該工藝的醇解溫度220-240℃，壓力9-10MPa，原料中甘油三酸酯的轉(zhuǎn)化率接近100%，游離脂肪酸大部分可以與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)而生成脂肪酸甲酯。此工藝的優(yōu)點是可使用高酸值原料，催化劑用量少，工藝流程短，適合規(guī)�；B續(xù)生產(chǎn)；缺點是反應(yīng)條件苛刻，對反應(yīng)器要求高，甘油回收能耗較高。 b. 國內(nèi)生物柴油生產(chǎn)技術(shù) 國內(nèi)主要以高酸值的廢棄油脂為原料，大多采用硫酸、有機磺酸等液體酸催化劑進行酸催化的酯化－酯交換制備生物柴油。中石化開發(fā)了基于超臨界的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)，即將工業(yè)化。 另外，國內(nèi)外還在研究: a. BtL生產(chǎn)生物柴油的術(shù)：植物油如同石油一樣資源，每年的產(chǎn)量是有限的，以其為原料生產(chǎn)生物柴油不能滿足大規(guī)模使用生物柴油的需要和經(jīng)濟性；其次，除低芥酸、低硫甙的“雙低”菜子油外，其他原料油生產(chǎn)的生物柴油只能以2-20%比例與石油基柴油混合，不能100%地使用。因此必須開發(fā)新的技術(shù)，利用具有巨大資源潛力的生物質(zhì)和有機廢棄物（包括農(nóng)業(yè)殘余物、動物內(nèi)臟、城市固體廢物、污水、以及舊輪胎等）把其轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的清潔燃油、化肥和化工產(chǎn)品，即BtL 技術(shù)。應(yīng)用化學(xué)法從生物質(zhì)中生產(chǎn)生物柴油包括生物質(zhì)氣化再經(jīng)FT（Fischer-Tropsch，F(xiàn)T）合成生物柴油和DTP（Thermal Depolymerization，TDP）熱分解生產(chǎn)生物柴油技術(shù)。 b. TDP生產(chǎn)生物柴油技術(shù): DTP技術(shù)是將生物質(zhì)通過快速熱解生產(chǎn)液體燃料的技術(shù)，利用該技術(shù)可以將生物質(zhì)變?yōu)榍鍧嵢剂?生物柴油，作為石油產(chǎn)品的替代品。自1980年以來，DTP 技術(shù)取得了很大進展，成為最有開發(fā)潛力的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)之一。國際能源署（IEA）組織了美國、加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國等國的十余個研究小組包括Batelle、麻省理工學(xué)院等國家著名大學(xué)及實驗室進行了10余年的研究及開發(fā)工作，工作的重點圍繞該技術(shù)發(fā)展?jié)摿�、技術(shù)經(jīng)濟可行性等。到1995 年初，在加拿大、美國、意大利及芬蘭等國已有20余套生物質(zhì)快速裂解試驗裝置，規(guī)模從每小時幾十到幾百千克的生物質(zhì)的處理量。TDP技術(shù)一般包括預(yù)處理、熱解、分離和收集三個過程。 我國在生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料的研究基本上都處于試驗研究階段。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)在UNDP的資助下，從荷蘭的BTG引進一套50kg/h旋轉(zhuǎn)錐閃速熱裂解裝置并進行了相關(guān)的試驗研究；上海理工大學(xué)也利用旋轉(zhuǎn)錐閃速熱裂解裝置對生物質(zhì)進行了熱解試驗研究；浙江大學(xué)在上世紀(jì)末成功開發(fā)了以流化床技術(shù)為基礎(chǔ)的生物質(zhì)熱裂解液化反應(yīng)器；山東工程學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所和中國科學(xué)院過程研究所也在進行相關(guān)的生物質(zhì)熱裂解液化研究。 TDP技術(shù)的關(guān)鍵過程是熱解，該過程必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度及原料的滯留時間，以確保在極快的加熱和熱傳導(dǎo)速率下原料能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊峤庹羝�。對于熱解過程產(chǎn)生的熱解蒸汽必須快速、徹底的進行分離，以避免炭和灰份在熱解蒸汽的二次裂解中起催化作用。美國已經(jīng)在Philadelphia（費城）建立了一個采用TDP技術(shù)利用有機廢棄物生產(chǎn)生物柴油的中試廠，最近又在密蘇里州（Missouri）的Carthage投資2000萬美圓建設(shè)了一座采用TDP技術(shù)日處理200噸火雞加工廢棄物產(chǎn)274桶柴油的工廠。但由于液體產(chǎn)物收率低、成分復(fù)雜，加之成本較高等原因使該技術(shù)在推廣上尚有難度。 3. 氣體生物燃料 氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，以及沼氣凈化后作為運輸燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）。 1)沼氣與GtL 沼氣是指有機物質(zhì)（如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機廢水等）在厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生的以甲烷（CH4）為主要成分的氣體，此外還有少量其它氣體，如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮氣等。沼氣發(fā)酵過程一般可分為三個階段，即水解液化階段、酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵包括小型用戶沼氣池技術(shù)和大中型厭氧消化技術(shù)。 瑞典在沼氣開發(fā)與利用方面獨具特色，利用動物加工副產(chǎn)品、動物糞便、食物廢棄物生產(chǎn)沼氣，還專門培育了用于產(chǎn)沼氣的麥類植物，產(chǎn)氣率達300升/公斤底物，沼氣中含甲烷64%以上。瑞典由麥類植物生產(chǎn)沼氣，麥類植物用于生產(chǎn)沼氣，除沼氣被用做運輸燃料外，所產(chǎn)生的沼肥又被用于種植。瑞典Lund大學(xué)開發(fā)了“二步法”秸桿類生物質(zhì)制沼氣技術(shù)，并已進行中間試驗；還開發(fā)了低溫高產(chǎn)沼氣技術(shù)，可于10°C條件下產(chǎn)氣，產(chǎn)氣率大于200L/Kg 底物。因瑞典沒有天然氣資源，就用沼氣替代天然氣。斯德哥爾摩市居民使用的煤氣就是厭氧消化處理有機廢棄物后得到的沼氣。將沼氣凈化去除CO2等雜質(zhì)后，甲烷純度達到97-98%，再經(jīng)壓縮（Gas to Liquid， GtL）得到車用甲烷供甲烷汽車使用，還有1列斯德哥爾摩至海濱的火車使用沼氣燃料。 目前，全球有410萬輛壓縮天然氣汽車，8300座加油（氣）站。同時沼氣正在悄悄取代天然氣而成為運輸燃料，到2005年底，瑞典全國有5000 多輛沼氣汽車，加油（氣）站逐年成倍增加，已達70余座。2008年奧運會是我國發(fā)展GtL產(chǎn)業(yè)的良好機遇，把有機污染物轉(zhuǎn)化成清潔燃料技術(shù)成熟、基礎(chǔ)設(shè)施具備、市場需求巨大，可以使“綠色奧運”的口號變?yōu)楝F(xiàn)實。 2)生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化技術(shù)已有一百多年的歷史。1883年誕生了最早的氣化反應(yīng)器，它以木炭為原料，氣化后的燃氣驅(qū)動內(nèi)燃機，推動早期的汽車和農(nóng)業(yè)排灌機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。歐美等發(fā)達國家自70年代以來相繼開展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，達到了較高的水平。近期的研究主要集中于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高氫燃氣、裂解油等高品質(zhì)燃料，并結(jié)合燃氣輪機，斯特林發(fā)動機、燃料電池等轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換為電能，為21世紀(jì)的電力供應(yīng)作技術(shù)儲備。 我國對農(nóng)林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)資源的氣化技術(shù)的深入研究是在七十年代末、八十年代初才廣泛開展起來的。其中具有代表性技術(shù)有中科院廣州能源所開發(fā)的上吸式生物質(zhì)氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐、中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐、山東省能源研究所研制的XFL系列秸桿氣化爐、大連環(huán)境科學(xué)院開發(fā)的木柴干餾工藝以及商業(yè)部紅巖機械廠開發(fā)的稻殼氣化發(fā)電技術(shù)等。目前已建立了500多座秸桿氣化站，為農(nóng)民提供燃氣；160kW稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)已進入產(chǎn)業(yè)化階段，該氣化發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)氣量約為785Nm3/h。 生物質(zhì)氣化過程簡單、對設(shè)備要求不高，但是能量轉(zhuǎn)化率低（所產(chǎn)生氣體的能量一般為生物質(zhì)所含能量的60-70%左右，最高為75%）、燃氣熱值低（僅為4-6MJ/Nm3）、焦油含量高且燃氣被焦油和顆粒污染，亦缺乏有效的凈化技術(shù)、不能靈活使用熱值不同的多樣化生物質(zhì)原料，并且氣化過程還需要能量。所以隨著生物質(zhì)（或成型）直燃技術(shù)的提高，國外主要采用生物質(zhì)直接燃燒供熱/發(fā)電或成型后燃燒供熱/發(fā)電，如丹麥建了130家秸桿直燃發(fā)電廠，瑞典直接燃燒生物質(zhì)發(fā)電量已接近國內(nèi)總發(fā)電量的20%。國際上在生物質(zhì)氣化方面的發(fā)展趨勢則是在氣化得到合成氣（syngas）的基礎(chǔ)上，再經(jīng)FT （Fischer-Tropsch）合成得到生物柴油或化工產(chǎn)品，僅利用FT合成過程的廢氣驅(qū)動燃氣透平發(fā)電，而不是專門把氣化氣用于發(fā)電。 3)生物質(zhì)制氫 氫氣是一種可再生、高熱值的清潔能源，在燃燒時只產(chǎn)生水作為產(chǎn)物，而不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物和顆粒等大氣污染物或二氧化碳等溫室氣體。近年來隨著氫氣貯存技術(shù)（如氫化物合金）和燃料電池技術(shù)的迅速發(fā)展，氫氣的制取和利用日益受到重視，被認為是一種最有潛力的替代能源。美國總統(tǒng)布什在2005年的新年演說中專門提到發(fā)展氫燃料汽車。目前，世界上幾乎所有大的汽車制造商都研制推出了以氫為動力的汽車。 通常的制氫方法如水電解法、水煤氣轉(zhuǎn)化法、甲烷裂解法都需大量的能耗，而生物法制氫相對成本低廉，克服了其他制氫方法高能耗的弊端，還能以污染物為原料進行生產(chǎn)，去除污染。世界各國都對生物制氫研究有較大的投入，日本通產(chǎn)省和科技廳于1995年開始了一個長達28年的生物產(chǎn)氫計劃；美國能源部于 1997年開始資助微生物產(chǎn)氫的研究工作；歐洲共同體委員會和國際能源組織也分別于1999和1996年提出了生物產(chǎn)氫的大規(guī)模研究計劃。這些研究基本上都集中在利用光合細菌制取氫氣，與光合細菌相比，厭氧發(fā)酵細菌將有機物轉(zhuǎn)化為氫氣、二氧化碳和有機酸，由于不需要光源和生長條件要求簡單而使成本更低，但存在著產(chǎn)氫效率低、可控性差的缺點。國外對利用厭氧發(fā)酵細菌產(chǎn)氫主要集中在純種產(chǎn)氫細菌的固定化技術(shù)、純種產(chǎn)氫細菌及包埋劑的選擇，可是由于制氫原料（如廢棄物）本身的復(fù)雜性，使用純種細菌無法實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模的生物制氫。另外需要考慮的是葡萄糖轉(zhuǎn)化為氫的生物合成反應(yīng)，目前1摩爾葡萄糖最多可產(chǎn)6摩爾氫氣，但是如果按質(zhì)量計算，160g葡萄糖僅產(chǎn)了12g氫，確實存在經(jīng)濟可行性問題。 生物產(chǎn)氫的重要發(fā)展方向是以生物質(zhì)為原料制取氫氣。該項技術(shù)的應(yīng)用將不僅局限于產(chǎn)生高濃度有機廢水的食品加工、發(fā)酵等行業(yè)，而且還可以用城市污水處理廠的剩余污泥、生活垃圾等其他有機廢棄物為原料生產(chǎn)氫氣。歐洲開發(fā)了生物質(zhì)直接氣化制氫技術(shù)，過程簡單、產(chǎn)氫速度快，顯示出巨大潛力，成本顯著低于生物質(zhì)發(fā)電再電解制氫、乙醇制氫，歐洲正在積極開發(fā)這項技術(shù)。 盡管氫被炒得很熱，但是根據(jù)美國能源政策委員會2004年的年終報告，通過對氫的原料可供給性、CO2減排性、與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的相容性、到2020 年與汽油的競爭性等4項指標(biāo)比較，認為氫還不具備競爭優(yōu)勢。美國科學(xué)院預(yù)測，氫需要再經(jīng)過50年的全力研發(fā)才能顯示出其優(yōu)越性。 https://bbs.lqqm.net/thread-149244-1-1.html |
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