第41卷第3期生物質(zhì)化學(xué)工程Vol 41 No. 32007年5月Biomass Chemical EngineeringMay 20078專題講座生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(I蔣劍春(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210042)摘要:生物質(zhì)能源是唯一可再生、可替代化石能源轉(zhuǎn)化成液態(tài)和氣態(tài)燃料以及其它化工原料或者產(chǎn)品的碳資源。隨著化石能源的枯竭和人類對(duì)全球性環(huán)境問題的關(guān)注,生物質(zhì)能替代化石能源利用的研究和開發(fā),已成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。本文綜逑了我國(guó)年可獲得生物質(zhì)資源量達(dá)到3.14億噸煤當(dāng)量,其中秸稈和薪材分別占54%和36%;現(xiàn)有180多億咆林木生物質(zhì)資源量、8-10億噸可獲得量和3億咆可作為能源的利用量。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的主要途徑是:熱化學(xué)高效轉(zhuǎn)化利用的熱解氣化發(fā)電(供熱、供氣)、快速熱解制備液體燃料和生物質(zhì)氣化合成液體燃料,以及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)等。同時(shí),論逑了目前已經(jīng)進(jìn)行的生物質(zhì)研究開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化利用進(jìn)展。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能源;熱化學(xué);熱解;氣化發(fā)電;生物柴油中圖分類號(hào):TQ9;TQ7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):l673-5854(2007)03-0059-07Conversion Technology and Utilization of Biomass Energy (I)JIANG Jian-chunInstitute of Chemical Industry of Forest Products, CAF; Key and Open Lab. onForest Chemical Engineering, SFA, Nanjing 210042, China)Abstract: Biomass is the sole renewable carbon resource that can be transferred into liquid and gas fuels as well as other chemicals. As the fossil energy will be exhaustive, humans pay more attention to the problems of global environment. Many scholarsand researchers in world have been focusing on the research and development of biomass energy to substitute for fossil energyThe annual available biomass resource is 3. 14 hundred million tce. 54 of which is straw and 36% of which is firewood inChina. Now there are more than 180 hundred million tons of total forestry biomass resource, of which 8-10 hundred million tonscan be collected and 3 hundred million tons can be used for biomass energy. This article mainly discusses the main conversionmethods for utilization of biomass, including pyrolysis gasification for power/heat/ gas by thermochemical high efficient conversiontechnology: flash pyrolysis for liquid fuel( bio-oil) and biomass gasification for synthetic liquid fuel( such as diesel DME), as wellas biochemical conversion technology. The paper also discusses the status on R & d of biomass energy utilization technology andKey words: biomass energy; thermochemistry pyrolysis; gasification for power; biodiesel石油煤炭和天然氣等化石能源的不可再生括生物質(zhì)能源在內(nèi)的可再生能源的開發(fā)利用。本性以及使用過程所帶來的環(huán)境惡化效應(yīng),迫使人文綜述林業(yè)生物質(zhì)能資源和利用技術(shù)現(xiàn)狀。源發(fā)展戰(zhàn)略?？稍偕纳镔|(zhì)能源成為人類社會(huì)1生物質(zhì)能源的地位21世紀(jì)能源研究發(fā)展的熱點(diǎn)。我國(guó)中長(zhǎng)期科技發(fā)生物質(zhì)是直接或間接地來源于植物光合作用展規(guī)劃已把生物質(zhì)資源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)而產(chǎn)生的各種有機(jī)體,包括動(dòng)植物和微生物。生展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。2006年1月1日開始正式實(shí)施的物物通汁葉紀(jì)邇太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化我國(guó)第一部《可再生能源促進(jìn)法》,大大地推動(dòng)包學(xué)能中國(guó)煤化工能量形式,是CNMHG收稿日期:2007-03-27作者簡(jiǎn)介:蔣劍春,(1955-),男,江蘇溧陽(yáng)人,研究員博士生導(dǎo)師博士主要從事林產(chǎn)化工及生物質(zhì)能源開發(fā)技術(shù)研究。生物質(zhì)化學(xué)工程第41卷種以生物質(zhì)為載體的能量,是可再生的綠色能源。我國(guó)具有豐富的生物質(zhì)能資源,主要來自于在各種可再生能源中,生物質(zhì)能源是唯一可再生、農(nóng)林資源。理論生物質(zhì)能資源約有50億噸煤當(dāng)可替代化石能源轉(zhuǎn)化成液態(tài)和氣態(tài)燃料以及其它量(tce),是我國(guó)目前總能耗的4倍左右。根據(jù)化工原料或者產(chǎn)品的碳資源。生物質(zhì)能源通常是資料介紹,目前我國(guó)年可獲得生物質(zhì)資源量達(dá)到指:各種速生的能源林、薪炭林、經(jīng)濟(jì)林、用材林、3.14億te,其中秸稈和薪材分別占54%和灌木林木材及森林工業(yè)廢棄物;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工36%,見表1。以國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)所作剩余物;水生植物;油料植物;城市和工業(yè)有機(jī)廢的糧食生產(chǎn)預(yù)測(cè)、我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃和林業(yè)發(fā)棄物;動(dòng)物糞便等2)。生物質(zhì)能源的應(yīng)用研究展規(guī)劃我國(guó)主要能源作物畝產(chǎn)水平和我國(guó)土地開發(fā)幾經(jīng)波折,在第二次世界大戰(zhàn)前后,歐洲的木資源面積等為參照進(jìn)行預(yù)測(cè),到2050年,年可獲質(zhì)能源應(yīng)用研究達(dá)到高峰,然后隨著石油化工和得的生物質(zhì)能資源潛力有9.04億te,比2003年煤化工的發(fā)展,生物質(zhì)能源的應(yīng)用逐漸趨于低谷。的3.14億te增加了2倍。我國(guó)有到20世紀(jì)70年代由于中東戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)的全球性能5700萬(wàn)hm2宜林地和荒沙荒地還有1億hm2不源危機(jī)以來,可再生能源——包括木質(zhì)能源在內(nèi)適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的邊際土地資源,充分開發(fā)利用我的開發(fā)利用研究,重新引起了人們的重視。國(guó)的土地資源,在不與農(nóng)林作物(糧油棉)等爭(zhēng)土11具有豐富的可持續(xù)發(fā)展的生物質(zhì)能資源地的條件下,發(fā)展林木生物質(zhì)能源潛力巨大。表1我國(guó)主要生物質(zhì)能資源Table 1 The primary biomass energy resource in China品種資源總量/億1可獲得量化億可獲得量/萬(wàn)ce比例/%source grossavailable grossratIo工業(yè)有機(jī)廢水、廢渣107.5億m3(工業(yè)沼氣industry organie waste water and waste residue禽畜糞便 livestock wast130億m3(農(nóng)業(yè)沼氣agriculture firedamp秸稈及農(nóng)業(yè)加工剩余物talk and agricultural process remainder3.6薪材及林業(yè)加工剩余物11400fuel wood and forestry process remainder城市生活垃圾 city life garbage0.6能源植物 energy plant0.56(甜高梁稈 sorgo stalk)0.035(乙醇 alcohol)合計(jì)l31350現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能種類分布見圖12。林業(yè)環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染,石油、煤、天然氣等化石能生物質(zhì)能的種類和可獲得資源量,根據(jù)調(diào)查和分源是不可再生的資源是有限的,正面臨著逐漸枯析測(cè)算見表22。其中林業(yè)生物質(zhì)不僅僅品質(zhì)高竭的危險(xiǎn)。20世紀(jì)80年代后期,由于燃燒產(chǎn)生于農(nóng)業(yè)生物質(zhì),而且具有巨大的發(fā)展空間。大量的SO2、CO2等氣體,嚴(yán)重污染環(huán)境。大氣中90%以上的污染物NO3和SOx以及90%以上其它谷物油料作物的酸雨都來自于煤和石油的使用,溫室效應(yīng)氣體玉米CO2的排放已造成對(duì)生態(tài)環(huán)境的威脅。如果不采39%糖類取有效措施控制二氧化碳的排放,全球持續(xù)變暖1將會(huì)給人類賴依生存的地球帶來災(zāi)難性的后果稻谷使用生物質(zhì)能,幾乎不產(chǎn)生污染,使用過程中幾乎小麥沒有SO2產(chǎn)生,產(chǎn)生的CO2氣體又為生物質(zhì)的生長(zhǎng)所吸收,形成所謂的二氧化碳平衡循環(huán)。圖1中國(guó)秸稈資源類型ral stalk types in China展的1.2生物質(zhì)能源利用與環(huán)境友好環(huán)境H中國(guó)煤化工個(gè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)CNMHG水平的提高,啊漸減少,對(duì)包能源是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的括生物質(zhì)能源在內(nèi)的可再生資源的合理、高效基礎(chǔ)。作為能源支柱的化石能源已對(duì)人類的生存地開發(fā)利用,必然愈來愈受到人們的重視。有第3期蔣劍春:生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(I)關(guān)專家估計(jì),生物質(zhì)能源極有可能成為未來可足,緩解過分依賴大量進(jìn)口石油的被動(dòng)局面,實(shí)持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分,到21世紀(jì)中葉,采現(xiàn)我國(guó)能源安全戰(zhàn)略,而且達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球的目的。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式,開發(fā)總能耗的40%以上。生物質(zhì)能源利用技術(shù)和利用生物質(zhì)等可再生的清潔能源資源對(duì)建立可化石燃料的利用方式具有很大的兼容性,以生持續(xù)的能源系統(tǒng),促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保物質(zhì)作為原料經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換制造高品位的氣體護(hù)具有重大意義。燃料和液體燃料,不但可以彌補(bǔ)化石燃料的不表2中國(guó)森林資源類型以及生物量測(cè)算表Table 2 The types of forestry resource in China and computable table of biomass林木質(zhì)資源類型蓄積/面積總生物量/億t可獲得生物量/(億the types of wood biomass resourcestotal biomassavailable wood biomass124.6億m3/14200萬(wàn)hm2153-1666-7(用材、防護(hù)特有和能源林timber, protection, unique and energy forest)成熟、過熟林274億m3/1470萬(wàn)hm236-~43~35(采伐剩物和死木清理mature and overmature forestfell remainder and clean dead tre近成熟林 near mature forest50億m3/3540萬(wàn)hm262~661.8~2(撫育修枝 tending, pruning)中齡林 middle aged forest34.3億m3/4430萬(wàn)hm240-421-1.2(撫育間伐 tending and thinning)幼齡 young aged forest12.9億m3/4760萬(wàn)hm20.2-0.3(撫育 tending)各種林地 diversified woodlands300萬(wàn)hm29-120.4~0.82140萬(wàn)hm20.1~0.2(修剪 pruning)竹林 bamboo forest00萬(wàn)hm20.1-0.2(剩余物 remainder)四旁、散生、疏林four sides, disperse and savanna forest 660 F hm0.2~0.4(撫育修枝等tending, pruning etc)灌木林 shrub4530萬(wàn)hm208~1(隔年輪平茬 cutting by annular ring)其他 others15-180.8-1.2林下灌叢 undergrowth shrub0.4-0.5苗圃苗木 nursery stock0.2~0.3(截桿 cut stalk)城市綠化、綠籬0.2-0.3afforestation of city, hedgerow(撫育修剪等 tending, pruning ete)2生物質(zhì)能源主要轉(zhuǎn)化技術(shù)60現(xiàn)減少運(yùn)輸費(fèi)用、提高使用設(shè)備的有效容積燃燒各種生物質(zhì)能源在利用時(shí)均需轉(zhuǎn)化,由于不強(qiáng)度、提高轉(zhuǎn)換利用的熱效率。日本1948年申報(bào)同生物質(zhì)資源在物理化學(xué)方面的差異,轉(zhuǎn)化途徑了利用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型燃料的第一個(gè)專各不相同除人畜糞便的厭氧處理以及油料與含利,并且實(shí)現(xiàn)了棒狀成型機(jī)的商品化;20世紀(jì)70糖作物的直接提取外多數(shù)生物質(zhì)能要經(jīng)過轉(zhuǎn)化年代初美國(guó)研究開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī),過程。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究開發(fā)工作主要并在國(guó)內(nèi)形成大量生產(chǎn),年生產(chǎn)顆粒成型燃料達(dá)包括物理、化學(xué)和生物等三大類轉(zhuǎn)換技術(shù),將可再80萬(wàn)噸以上。日本瑞士瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家也先生的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為潔凈的高品位氣體或者液后研究開發(fā)了顆粒壓縮成型燃料技術(shù),主要作為體燃料,作為化石燃料的替代能源用于電力交通家用燃料和工業(yè)發(fā)電的原料。中國(guó)的成型燃料生運(yùn)輸、城市煤氣等方面。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換的方式,產(chǎn)始于20世紀(jì)80年代,現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)的技術(shù)主涉及到固化、直接燃燒、氣化、液化和熱解等技要是棒狀和顆粒狀成型燃料比較成熟的技術(shù)是術(shù)。其中,直接燃燒是生物質(zhì)能源最早獲得應(yīng)棒狀及其炭化成型炭,產(chǎn)品出口到日本、韓國(guó)等用的方式。生物質(zhì)的熱解氣化是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中最地。顆粒成型燃料技術(shù)和設(shè)備的研究開發(fā)也已經(jīng)主要的一種方式。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品如引代中國(guó)煤化工要進(jìn)一步成界圖2所示。2.22.1物理轉(zhuǎn)換技術(shù)(壓縮成型技術(shù))CNMH化學(xué)轉(zhuǎn)換和熱化壓縮成型就是將松散的生物質(zhì)原料,經(jīng)過高學(xué)轉(zhuǎn)換。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法,可獲得木炭焦油壓/高溫壓縮成一定形狀且密度大的成型物,以實(shí)和可燃?xì)怏w等品位髙的能源產(chǎn)品,該方法又按其生物質(zhì)化學(xué)工程第41卷物理轉(zhuǎn)換固體成型燃料酯交換一生物柴油熱氣流直接燃燒一高壓蒸汽木煤氣化學(xué)轉(zhuǎn)換氫←燃料油直接液生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換一化工產(chǎn)品液化甲醇間接液化二甲醚木炭木焦油、木醋液熱解燃料油一木煤氣水解乙醇生物轉(zhuǎn)換發(fā)酵酶法合成←生物柴油氫氣圖2生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)及產(chǎn)品Fig 2 Biomass energy conversion technology and products熱加工的方法不同,分為高溫干餾、熱解、高壓液程,氣化主要反應(yīng)是生物質(zhì)碳與氣體之間的非均化快速熱解高溫氣化等方法。在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方相反應(yīng)和氣體之間的均相反應(yīng)。通常所說的氣面,大體上可分為下述幾方面:一是直接燃燒,二化,還包括生物質(zhì)的熱解過程。熱解氣化原理見是氣化提供燃料氣或用于發(fā)電,三是液化制取液圖3所示。所用氣化劑不同(如空氣煤氣、水煤體產(chǎn)品,這種產(chǎn)品便于儲(chǔ)存和輸送,可部分替代燃?xì)?、混合煤氣以及蒸汽——一氧氣煤氣?,得到的料油,還可進(jìn)一步生產(chǎn)其它化學(xué)品。氣體燃料組分也不同,產(chǎn)出的氣體主要有CO221氣化生物質(zhì)氣化是指固體物質(zhì)在高溫H2、CO2、CH4、N2以及CH等烷烴類碳?xì)浠蠗l件下,與氣化劑反應(yīng)得到小分子可燃?xì)怏w的過物。生物質(zhì)的氣化利用又可分為氣化供氣供熱H20, CO, CO2, H2yCHA, CHn, C3. CA生物愿一直次熱解一c芳香化合物一二次縮聚數(shù)H2O, CO, COz可燃性氣體H2, CHA. CmH,H0,c0O2無(wú)機(jī)物(灰分)炭(C中國(guó)煤化工CNMHG3生物質(zhì)熱解氣化原理Fig 3 The principle of biomass gasification第3期蔣劍春生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(I)發(fā)電制氫和間接合成,生物質(zhì)轉(zhuǎn)換得到的合成氣取液體燃料油。液化油得率以干物質(zhì)計(jì),可高(CO+H2),經(jīng)催化轉(zhuǎn)化制造潔凈燃料汽油和柴達(dá)70%以上,液化油的熱值為1.7×10kJ/kg,油以及含氧有機(jī)物如甲醇和二甲醚等。生物質(zhì)的是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。快速裂氣化制氫是指把氣化產(chǎn)品中的氫氣分離并提純,解條件比較難控制,條件控制不好對(duì)產(chǎn)率影響較所得產(chǎn)品可作燃料電池用氫。大。生物油是一種液體產(chǎn)品,有高的氧含量及低生物質(zhì)氣化技術(shù)已有100多年的歷史。最初的氫碳比,由于生物油的獨(dú)特性質(zhì),導(dǎo)致其不穩(wěn)的氣化反應(yīng)器產(chǎn)生于1883年,它以木炭為原料,定,尤其是它的熱不穩(wěn)定性。需要經(jīng)催化加氫、催氣化后的燃?xì)怛?qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī),推動(dòng)早期的汽車或農(nóng)化裂解等處理才能用作燃料?？焖倭呀饧夹g(shù)自業(yè)排灌機(jī)械。第二次世界大戰(zhàn)期間,是生物質(zhì)氣20世紀(jì)80年代提出以來得到了迅速的發(fā)展?，F(xiàn)化技術(shù)的鼎盛時(shí)期。已發(fā)展了多種工藝,加拿大 Watedoo大學(xué)流化床22.2液化液化是指通過化學(xué)方式將生物質(zhì)反應(yīng)器荷蘭 Twente大學(xué)旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器、瑞士自轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程。液化技術(shù)主要有直接液由降落反應(yīng)器等均達(dá)到最大限度地增加液體產(chǎn)品化和間接液化兩類。直接液化是把生物質(zhì)放在高收率的目的。我國(guó)從“十·五計(jì)劃”開始快速熱壓設(shè)備中,添加適宜的催化劑在一定的工藝條件解的相關(guān)研究工作,目前仍然處于實(shí)驗(yàn)室和中間下反應(yīng),制成液化油作為汽車用燃料或進(jìn)一步分實(shí)驗(yàn)研究階段。離加工成化工產(chǎn)品。間接液化就是把生物質(zhì)氣化2.3生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)田成氣體后再進(jìn)一步進(jìn)行催化合成反應(yīng)制成液體2.3.1生物質(zhì)水解技術(shù)生物質(zhì)制取乙醇最主產(chǎn)品。這類技術(shù)是生物質(zhì)的研究熱點(diǎn)之一。生物要的原料是:糖液、淀粉和木質(zhì)纖維素等。生物技質(zhì)中的氧含量高,有利于合成氣(CO+H2)的生術(shù)制備乙醇的生產(chǎn)過程為先將生物質(zhì)碾碎,通過成,其中的NS含量和等離子體氣化氣體中幾乎化學(xué)水解(一般為硫酸)或者催化酶作用將淀粉無(wú)CO2、CH4等雜質(zhì)存在極大地降低了氣體精制或者纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為多糖再用發(fā)酵劑將費(fèi)用,為制取合成氣提供了有利條件。我國(guó)雖然糖轉(zhuǎn)化為乙醇得到的乙醇體積分?jǐn)?shù)較低(5%對(duì)費(fèi)托合成進(jìn)行了多年研究,但至今未工業(yè)化。15%)的產(chǎn)品,蒸餾除去水分和其他一些雜質(zhì)最催化劑的開發(fā)及反應(yīng)器系統(tǒng)的研究與開發(fā)是進(jìn)一后濃縮的乙醇(一步蒸餾過程可得到體積分?jǐn)?shù)為步放大的關(guān)鍵,特別是針對(duì)生物質(zhì)合成氣的特點(diǎn)95%的乙醇)冷凝得到液體。木質(zhì)纖維素生物(如氣體組成焦油等),必須研究反應(yīng)機(jī)理,對(duì)已質(zhì)(木材和草)的轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜,其預(yù)處理費(fèi)用昂有的技術(shù)及催化劑進(jìn)行改造提高產(chǎn)品品質(zhì)及過貴,需將纖維素經(jīng)過幾種酸的水解才能轉(zhuǎn)化為糖程的經(jīng)濟(jì)性,才有望使之工業(yè)化。然后再經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。這種化學(xué)水解轉(zhuǎn)化技22.3熱解生物質(zhì)在隔絕或少量供給氧氣的術(shù)能耗高,生產(chǎn)過程污染嚴(yán)重成本高,缺乏經(jīng)濟(jì)條件下,利用熱能切斷生物質(zhì)大分子中碳?xì)浠细?jìng)爭(zhēng)力。目前正開發(fā)用催化酶法水解但是因?yàn)槲锏幕瘜W(xué)鍵,使之轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)的加熱分解酶的成本高尚處于研究階段。過程通常稱之為熱解,這種熱解過程所得產(chǎn)品主2.3.2厭氧發(fā)酵技術(shù)厭氧發(fā)酵是指在隔絕氧要有氣體、液體、固體三類(產(chǎn)品產(chǎn)品比例根據(jù)不氣的情況下,通過細(xì)菌作用進(jìn)行生物質(zhì)的分解同的工藝條件而發(fā)生變化),如圖4所示。將有機(jī)廢水(如制藥廠廢水、人畜糞便等)置于厭可燃?xì)怏w(氣相產(chǎn)品)氧發(fā)酵罐(反應(yīng)器、沼氣池)內(nèi),先由厭氧發(fā)酵細(xì)生物質(zhì)一-熱解]-生物迪(液相產(chǎn)品菌將復(fù)雜的有機(jī)物水解并發(fā)酵為有機(jī)酸醇、H2和CO2等產(chǎn)物然后由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將有機(jī)酸和生物質(zhì)固體發(fā)(固相產(chǎn)品)醇類代謝為乙酸和氫,最后由產(chǎn)CH4菌利用已產(chǎn)生的乙酸和H2、CO2等形成CH4,可產(chǎn)生CH4(體4生物質(zhì)熱解的主要產(chǎn)積分?jǐn)?shù)為55%~65%)和CO2(體積分?jǐn)?shù)為ig. 4 The leading products of biomass pyrolysis30%V凵中國(guó)煤化工專性厭氧和兼按照升溫速率又分為低溫慢速熱解和快速熱性厭CNMHG菌、大腸埃希式解。一般在400℃以下,主要得到焦炭(30%);桿菌兩小凹氮四于,能利用多種底國(guó)外研究開發(fā)了快速熱解技術(shù),即在500℃,高加物在氮化酶或氫化酶的作用下將底物分解制取氫熱速率(100℃/s),短停留時(shí)間的瞬時(shí)裂解,制氣。厭氧發(fā)酵制氫的過程是在厭氧條件下進(jìn)行生物質(zhì)化學(xué)工41的,氧氣的存在會(huì)抑制產(chǎn)氫微生物催化劑的合成公司。這些企業(yè)200年已經(jīng)生產(chǎn)了100萬(wàn)t燃料與活性。由于轉(zhuǎn)化細(xì)菌的高度專一性,不同菌種乙醇和900萬(wàn)t普通汽油摻兌后成為1000萬(wàn)t生所能分解的底物也有所不同。因此,要實(shí)現(xiàn)底物物汽油占全國(guó)消費(fèi)量的1/5以上。的徹底分解并制取大量的氫氣,應(yīng)考慮不同菌種3.23生物柴油0傳統(tǒng)概念的狹義的生物柴的共同培養(yǎng)。厭氧發(fā)酵細(xì)菌生物制氫的產(chǎn)率較油根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ASTM D6751定義為:由植物油低,能量的轉(zhuǎn)化率一般只有33%左右。為提高脂或者動(dòng)物油脂制備的含有長(zhǎng)鏈脂肪酸單烷基酯氫氣的產(chǎn)率,除選育優(yōu)良的耐氧菌種外,還必須開燃料。脂肪鏈長(zhǎng)在8~22的各種動(dòng)植物油脂均可發(fā)先進(jìn)的培養(yǎng)技術(shù)才能夠使厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫用于制備生物柴油。世界上首套生物柴油工業(yè)生實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。產(chǎn)裝置(產(chǎn)能1萬(wàn)ta,菜籽油作為原料)是于2.33生物質(zhì)生物制氫技術(shù)光合微生物制氫1990年在奧地利建成投產(chǎn)的。2005年,全球生物主要集中于光合細(xì)菌和藻類,它們通過光合作柴油產(chǎn)量已達(dá)240萬(wàn)t。而且,正進(jìn)入快速增長(zhǎng)用將底物分解產(chǎn)生氫氣。1949年,GEST等首次期,預(yù)期2010年產(chǎn)能將達(dá)到1350萬(wàn)t。新概念的報(bào)道了光合細(xì)菌深紅紅螺菌( Rhodospirillum廣義的生物柴油的定義應(yīng)該為以生物質(zhì)為原料,rubrum)在厭氧光照下能利用有機(jī)質(zhì)作為供氫體經(jīng)過物理、化學(xué)和生物技術(shù)方法,制備成具有與化產(chǎn)生分子態(tài)的氫。此后人們進(jìn)行了一系列的相石柴油相似性質(zhì),并且可以替代化石柴油應(yīng)用于關(guān)研究。目前的研究表明,有關(guān)光合細(xì)菌產(chǎn)氫交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的液體燃料油。如德 Choren的微生物主要集中于紅假單胞菌屬、紅螺菌屬、是專門生產(chǎn)生物質(zhì)液體燃料的集團(tuán)公司,從1998梭狀芽孢桿菌屬、紅硫細(xì)菌屬、外硫紅螺菌屬、年進(jìn)行新型生物質(zhì)氣化工藝試驗(yàn),2002年開展各丁酸芽孢桿菌屬、紅微菌屬等7個(gè)屬的20余個(gè)種原料合成液體燃料的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn),經(jīng)過菌株。光合細(xì)菌產(chǎn)氫機(jī)制,一般認(rèn)為是光子被多年的研發(fā)和試制,形成了較為成熟的技術(shù)、工藝捕獲得光合作用單元,其能量被送到光合反應(yīng)和生產(chǎn)設(shè)備,并建成了示范工廠和小規(guī)模的生產(chǎn)中心,進(jìn)行電荷分離,產(chǎn)生高能電子并造成質(zhì)子車間,目前正與我國(guó)山東合作計(jì)劃建造可以大規(guī)梯度,從而形成腺苷三磷酸(ATP)。另外,經(jīng)電模工業(yè)化生產(chǎn)生物質(zhì)液體燃料生產(chǎn)基地。荷分離后的高能電子產(chǎn)生還原型鐵氧還原蛋白國(guó)內(nèi)有關(guān)生物柴油裝置投產(chǎn)的報(bào)道也屢見不( Fared),固氮酶利用ATP和 Fred進(jìn)行氫離子鮮。根據(jù)報(bào)道統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在應(yīng)該具有100萬(wàn)t的生產(chǎn)還原生成氫氣。能力的裝置,但是真正建設(shè)完成并且正常運(yùn)行的3主要應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)能力,2006年應(yīng)該在10萬(wàn)t左右。福建龍巖卓越新能源公司已有2萬(wàn)ta生物柴油生產(chǎn)裝3.1固體產(chǎn)品置,2006年達(dá)到基本滿負(fù)荷生產(chǎn)。我國(guó)目前生物成型物的形式主要有棒狀顆粒兩大類。生柴油裝置基本上均以地溝油和油腳等作為原料,物質(zhì)的固體產(chǎn)品主要是通過壓縮成型后,成型產(chǎn)由于很多企業(yè)一哄而上,結(jié)果本來可以用來生產(chǎn)物作為工業(yè)鍋爐、民用爐灶和工廠、家庭取暖爐以的原料就不多,導(dǎo)致地溝油價(jià)格已從2006年初的及農(nóng)業(yè)暖房的燃料,也可進(jìn)一步加工成木炭。1800元/t上漲到年底的3000元/t左右。目前,3.2液體燃料油全國(guó)廢棄油脂總量約在500萬(wàn)ta左右,其中相3.2.1生物油生物油主要是指通過化學(xué)轉(zhuǎn)換當(dāng)比例要用于化工生產(chǎn)。因此,生物柴油的生產(chǎn)方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品,如可替代化石燃除了還有許多技術(shù)問題需要解決外,其原料的供料的汽油、煤油和柴油及含氧燃料添加物甲醇和應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。林業(yè)具有潛在的豐富資源。如黃二甲醚等液體產(chǎn)品連木和麻瘋樹籽等林業(yè)生物質(zhì)的含油量高達(dá)322燃料乙醇利用玉米等糧食發(fā)酵生產(chǎn)50%。國(guó)家林業(yè)局計(jì)劃發(fā)展2億畝林地種植生酒精,是釀酒工業(yè)的基礎(chǔ)我國(guó)已有數(shù)千年的歷史。物能源樹基地。預(yù)計(jì)到2015年,可以提供1000我國(guó)目前生產(chǎn)燃料乙醇的原料,主要是玉米、木薯萬(wàn)噸中國(guó)煤化工和糖(如甘蔗和甜高粱汁)?！笆の濉逼陂g經(jīng)過國(guó)33家發(fā)改委批準(zhǔn),已經(jīng)完成建設(shè)10萬(wàn)t的4個(gè)燃料乙CNMH活的氣體燃料醇生產(chǎn)企業(yè):吉林燃料乙醇公司河南天寇企業(yè)集已經(jīng)推廣應(yīng)用了400多套小型的氣化系統(tǒng),主要團(tuán)、安徽豐原生化有限公司和黑龍江華潤(rùn)金玉酒精應(yīng)用在農(nóng)村,規(guī)模一般在可供200~400戶家庭用第3期蔣劍春:生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(I)氣,供氣戶數(shù)4萬(wàn)余戶。用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘[刀]. Biomass& Bioenergy,2005,28(5):454-474.干的有800多臺(tái)。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)也得到了[2]顧樹華開發(fā)利用生物質(zhì)能是我國(guó)農(nóng)林業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域應(yīng)用,第一套應(yīng)用稻糠發(fā)電的小型氣化機(jī)組是在[J].中國(guó)能源2006,28(9):11-15[3]呂文,王春峰王國(guó)勝,等中國(guó)林木生物質(zhì)能源發(fā)展?jié)摿ρ?981年,1MW級(jí)以上生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)已推究(1)[.中國(guó)能源,2005,27(11):21-26廣應(yīng)用20多套。氣化得到的氣體熱值為4~(4]中國(guó)林木生物質(zhì)能源研究專題組中國(guó)林木生物質(zhì)能源資源10MJ/m3,氣化的熱效率一般為70%左右,發(fā)電培育和發(fā)展?jié)摿φ{(diào)查[刀]中國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè),2006(1):12-21的熱效率比較低,小型的氣化系統(tǒng)只有12%左[5]孫永明袁振宏孫振鉤等中國(guó)生物質(zhì)能源與生物質(zhì)利用觀右,MW級(jí)的發(fā)電效率也不到18%。研究開發(fā)的狀與展望[J].可再生能源2006,126(2):78-82氣化設(shè)備主要是下吸式固定床、上吸式固定床、流6劉剛沈鐳中國(guó)生物質(zhì)能源的定量評(píng)價(jià)及其地理分布[自然資源學(xué)報(bào),2007,22(1):9-19化床和循環(huán)流化床。[7]蔣劍春,應(yīng)浩戴偉娣,等生物質(zhì)流態(tài)化催化氣化技術(shù)工程4結(jié)論化研究[].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2004,25(5):678-684[8]ADELA K, CHANGKOOK R, YANG Yaobin Straw combustion生物質(zhì)能源是唯一可再生、可替代化石能源in a fixed bed combustor [J]. Fuel, 2007, 86(1/2): 152-160.轉(zhuǎn)化成液態(tài)和氣態(tài)燃料以及其它化工原料或者產(chǎn)92HAc9, CHANG Ji, WANG Tie-jur, et al. Review of bic品的碳資源。我國(guó)現(xiàn)有180多億噸林木生物質(zhì)資Conversion& Management, 2007, 48(1): 87-92源量、8-10億噸可獲得量和3億噸可作為能源[10蔣國(guó)良,寰超,史景釗等,生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展的利用量。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是:壓縮成[J]河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2005,39(4):464-471型、化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等高效轉(zhuǎn)化過程。[11 OUNI M R, MULLICK S C, KANDPAL T C. Biomass gasifier目前生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用主要在氣化發(fā)電(供熱、供氣);乙醇、生物柴油和成型燃料等方面;生evaluation [J]. Energy Policy, 2007, 35(2): 1373-1385.物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)快速熱解和合成液體燃[12]陰秀麗,吳創(chuàng)之中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析料是未來的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。生物質(zhì)能源的開發(fā)[13] HIMMEL M E, DING S Y, JOHNSON D K,el.,Boms需要加強(qiáng)扶持,應(yīng)引起人們的高度重視。aleitrance: engineering plants and enzymes for biofuels[J]. Science,2007,315(5813)參考文獻(xiàn)[14]殷福珊.中國(guó)生物質(zhì)能源的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[門]日用化學(xué)[1]DORNBURG V, TERMEER G, FAAU A P C.Economic品科學(xué),2006,29(11):1-7house gas emission analysis of bioenergy production usin6B文,王春峰,王國(guó)勝,等中國(guó)林木生物質(zhì)能源發(fā)展力研multi-product crops-case studies for the netherlands and poland究(2)[J.中國(guó)能源,2005,27(12):29-33(上接第30頁(yè))47圖、表的標(biāo)注文中圖、表要少而精。圖應(yīng)精心設(shè)計(jì),大小適中。表格設(shè)計(jì)要合理,一律用三線表(必要時(shí)可加輔助線)。表內(nèi)數(shù)字上、下對(duì)齊,相鄰欄內(nèi)的數(shù)字或內(nèi)容相同時(shí),不能用“同上”、“同左”…,而應(yīng)一一標(biāo)注表內(nèi)“空白”代表未測(cè)或無(wú)此項(xiàng),“-”代表未發(fā)現(xiàn),“0”代表實(shí)測(cè)結(jié)果為零。結(jié)構(gòu)式不應(yīng)夾雜于行文中,而應(yīng)以適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)名稱或分子式書寫,行文中的分子式應(yīng)寫成一行。48參考文獻(xiàn)采用順序編碼制,即所引文獻(xiàn)應(yīng)按文中出現(xiàn)的順序隨文標(biāo)注,在正文引用處右上角用方括號(hào)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)。①期刊作者題名[期刊名,出版年,卷號(hào)(期號(hào)):頁(yè)碼.;②專著或圖書作者.書名[M].版本.出版地:出版者出版年:頁(yè)碼.;③論文集作者篇名[C]∥論文集名出版地:出版者,出版年:起-止頁(yè)④專利專利所有者.專利題名:專利國(guó)別專利號(hào)[P]公告日期或公開日期(年月日).⑤電子文獻(xiàn)主要責(zé)任者.電子文獻(xiàn)題名[文獻(xiàn)類型標(biāo)志/載體類型標(biāo)志]出版地:出版者,出版年(更新或修改日期)[引用日期].獲取和訪問路徑。如有出版者或出版地不清楚的請(qǐng)注[出版者不祥]或[出版地不詳]。49作者簡(jiǎn)介和基金項(xiàng)目來稿請(qǐng)注明第一作者的簡(jiǎn)介包括出生年月,性別(民族),籍貫職稱,學(xué)位及研究方向;如有通訊作者的請(qǐng)注明職稱、學(xué)位、博(碩)導(dǎo)等狀況及專業(yè)方向。基金項(xiàng)目指文章產(chǎn)出的資助背景,若為基金項(xiàng)目,請(qǐng)?jiān)趫A括號(hào)內(nèi)注明基金名稱及項(xiàng)目編號(hào)。中國(guó)煤化工5編輯部聯(lián)系方式來稿請(qǐng)掛號(hào)郵寄或發(fā)E-mail地址:210042南京市鎖金五村16CNMHG學(xué)工程》編輯部;電話:(025)85482492;傳真:(025)85482493;E-mail:Ichgt@chinajoumal.ne.cn;htp:∥www.lchg.chinajournal.net.cn生物質(zhì)化學(xué)工程》編輯部