山東化工54·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2013年第42卷生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展概況張麗萍(青島科技大學(xué)化工學(xué)院山東青島266042)摘要:生物質(zhì)能是替代化石能源滿足能源需求的一種可再生能源,目前,世界上的許多國家已將焦點關(guān)注到生物質(zhì)能的開發(fā)與利用。本文介紹了生物質(zhì)及生物質(zhì)能,分析生物質(zhì)熱裂解的機理,闡述生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)及生物質(zhì)熱裂解的工藝流程。展望了生物質(zhì)作為清潔能源的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);熱裂解;裂解機理;裂解工藝中圖分類號:S216文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1008-021X(2013)04-0054隨著全球人口與日俱增,世界正嚴重依賴化石今的技術(shù)和工藝,如果使用合理的話,由生物質(zhì)產(chǎn)出燃料來滿足對能源日益增長的需求。尤其像石油、的燃料會比化石燃料對環(huán)境的影響小。天然氣這類燃料將被耗盡,此外化石能源及核能源2生物質(zhì)熱裂解概述的消耗與威脅到人類健康的環(huán)境問題緊密聯(lián)系在了2.1生物質(zhì)熱裂解一起。目前,世界上的很多國家都已將焦點關(guān)注生物質(zhì)裂解是指在沒有氧化劑空氣氧氣等存在到生物質(zhì)能的開發(fā)與利用尤其是秸稈熱裂解技術(shù),或者是只提供有限氧的條件下,將生物質(zhì)加熱到它是近幾年來發(fā)展快速且非?？煽康囊环N秸稈能源500℃左右,通過熱化學(xué)反應(yīng)將木質(zhì)素、纖維素、半纖利用的熱化學(xué)處理技術(shù),能夠?qū)⒐腆w的秸稈原料轉(zhuǎn)維素等生物質(zhì)大分子物質(zhì)分解成較小分子的燃料物化為具有高品位的生物油燃料,是人類開發(fā)利用可質(zhì),可燃氣、生物油、固體炭的一種熱化學(xué)的轉(zhuǎn)化技再生能源的一中極其有效的途徑術(shù)1生物質(zhì)及生物質(zhì)能2.2生物質(zhì)熱解機理1.1生物質(zhì)22.1纖維素裂解模型:纖維素在低溫和中等溫度光合作用形成的各種有機體稱為生物質(zhì),是一下進行熱分解時,被廣泛接受的熱解反應(yīng)模式如圖種持續(xù)性的資源。生物質(zhì)是地球上存在最廣泛1所示。的物質(zhì),生物質(zhì)是一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)的統(tǒng)稱。灰,H2O.C0:,CO1.2生物質(zhì)能纖維素生物質(zhì)能是生物質(zhì)中的一種能量形式,它是太焦油陽能用化學(xué)能的方式固定在了生物質(zhì)中,生物質(zhì)能來源于植物的光合作用,這種能量形式是以生物質(zhì)圖1纖維素分解反應(yīng)模式作為載體,其作用過程如下:很多研究學(xué)者研究了該基本機理,在此基礎(chǔ)上,xCO2+yH,0植物光合作用Kier和 Broido(1965)做出了一個概念性框架,這+C(H20)+x02個框架被廣泛釆用,其反應(yīng)途徑如圖2所示。生物質(zhì)能夠提供14%的能源需求,對于現(xiàn)如(放熱)脫水纖維素”冰—炭+水CO2+00等200-280℃經(jīng)些有序的競爭反應(yīng)纖維素280-340c(吸熱)焦油(主要是右旋聚糖)圖2纖維素分解反應(yīng)模式(由Kier和 broido提出)收稿日期:2013-03-16中國煤化工作者簡介:張麗萍(1987—),女,山東淄博人,碩士研究生,研究方向:多相CNMHG第4期張麗萍生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展概況55·由圖2可看出,在較低的升溫速率下,炭的生成與纖維素和半纖維素相比,木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)缺少量增加但焦油的產(chǎn)量會減少。Anl等對圖2給重復(fù)單元間的有序性和規(guī)則性,它是一種復(fù)雜的聚予了分析在脫水作用下纖維素變?yōu)槊撍w維素,合物其裂解機理也更為復(fù)雜。木質(zhì)素在熱解時,其然后脫水纖維素在進一步的分解作用下會生成一系熱解產(chǎn)物焦炭的產(chǎn)率要比纖維素和半纖維素高的列的揮發(fā)物質(zhì)及固體炭。當(dāng)溫度稍高時,纖維素的多。解聚反應(yīng)會與脫水纖維素竟?fàn)?反應(yīng)生成焦油。3生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)2.2.2半纖維素裂解模型生物質(zhì)燃料可用于日常生活中的方方面面,生與纖維素相比,構(gòu)成半纖維素的高分子的各個物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的方式也多種多樣,如:物理轉(zhuǎn)化、支鏈極其不穩(wěn)定,在酸解、堿解熱效應(yīng)的影響作用生物轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化等。生物質(zhì)可通過物理方法轉(zhuǎn)下,各個支鏈易發(fā)生水解或熱裂解過程。當(dāng)溫度接化為固體的燃料生物化學(xué)法轉(zhuǎn)化為沼氣、甲醇、乙近200℃時,半纖維素會開始分解,它的熱解溫度是醇等。熱化學(xué)法可生成生物油固體焦炭等。生物最低的,并且分解的溫度范圍也最窄。質(zhì)的主要利用途徑如圖3所示。22,3木質(zhì)素裂解模型物理轉(zhuǎn)化圊體燃料厭氡發(fā)酵脖,沼氣生物化學(xué)軾代生物質(zhì)生物酶轉(zhuǎn)化乙醇甲醇等高壓加汽汕/柴汕成型/餾→固體侏為性化精犁汽油/柴油熱化學(xué)轉(zhuǎn)化曲放修液體物精制乳化◆乳化油分氧化然汽重終氫氣休離提純FT合成化學(xué)晶直接燃燒液體燃料熱、高壓蒸汽圖3生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)3.1物理轉(zhuǎn)化322厭氧發(fā)酵技術(shù)生物質(zhì)固化成型是將生物質(zhì)原料經(jīng)過干燥、粉厭氧發(fā)酵是指在隔絕氧氣的條件下,生物質(zhì)在碎到一定的粒度然后在一定的溫度壓力和濕度條細菌的作用下進行分解。將制藥廠廢水、人畜糞便件下使生物質(zhì)原料顆粒的位置重新排列,發(fā)生機械等有機廢水放置于厭氧發(fā)酵罐中,厭氧發(fā)酵細菌先變形和塑性變形,成為密度較大、形狀規(guī)則燃燒值將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機物水解發(fā)酵為H2、CO2、有機酸、高的固體燃料的一個過程101醇等產(chǎn)物,然后放人產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)CH4的菌種,32生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)12這樣在菌種的分解作用下可生成CH4和CO2的氣應(yīng)用生物化學(xué)法把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣體及液體燃體混合物。料的一種技術(shù)稱為生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。分為生物質(zhì)32.3生物質(zhì)生物制氫技術(shù)水解技術(shù)厭氧發(fā)酵技術(shù)和生物質(zhì)生物制氫技術(shù)。光合微生物制氫主要是光合細菌和藻類,它們3.2.1生物質(zhì)水解技術(shù)通過光合作用將底物進行分解生成氫氣。生物質(zhì)制取乙醇最主要的原料是木質(zhì)纖維素、3.3熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)淀粉等。生物技術(shù)制備乙醇是通過化學(xué)水解或酶催生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用較廣泛,它包化的作用下轉(zhuǎn)化為乙醇。這種化學(xué)水解技術(shù)能耗較括:生物質(zhì)氣化直接燃燒生物質(zhì)液化生物質(zhì)熱裂高,生產(chǎn)過程污染嚴重且成本高,缺乏一定的競爭解等。中國煤化工力,目前正開發(fā)利用酶催化法水解。33.1直CNMHG山東化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2013年第42卷鍋爐燃燒和爐灶燃燒是生物質(zhì)直接燃燒法的兩就是生物質(zhì)的液化。生物燃油是由生物質(zhì)經(jīng)液化過種方式。其中,前者是把生物質(zhì)作為鍋爐的燃料,它程產(chǎn)出的燃料油。生物質(zhì)液化既可以制取甲醇、乙采用較為先進的燃燒技術(shù),這樣使得生物質(zhì)的利用醇等化工產(chǎn)品,又可以用來生產(chǎn)燃料油。生物質(zhì)液效率明顯增大,該技術(shù)適用于大規(guī)模的且集中的生化過程是緩解石化能源危機的一種有效方法,它將物質(zhì)資源的利用。爐灶燃燒投資較少并且操作非常成為今后關(guān)注的一個熱點問題(2。的簡便,但其燃燒效率很低,這樣就會造成生物質(zhì)資3.3.4生物質(zhì)熱裂解技術(shù)源的浪費生物質(zhì)熱裂解是在無氧400~500℃的中等反3.3.2生物質(zhì)氣化法應(yīng)溫度、大約1s內(nèi)的停留時間的條件下,高速升溫在800~900℃的高溫下生物質(zhì)部分氧化,或者進行快速裂解生成可燃氣、生物油和炭粉的過程。是在完全缺氧的條件下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子可燃產(chǎn)物經(jīng)冷卻后得到深棕色的生物油。氣的過程,這樣的過程稱為生物質(zhì)的氣化。目前,應(yīng)4生物質(zhì)熱裂解工藝流程用較多的氣化劑是空氣,生成的產(chǎn)物有H2、COCH20世紀(jì)70年代,人們就開始對生物質(zhì)快速裂等可燃氣體,這些產(chǎn)品既可以用作燃料又可作為化解進行研究,但快速裂解的條件較難控制,生物質(zhì)快工生產(chǎn)的原料。氣化過程用的氣化劑主要是空氣或速熱解技術(shù)還不成熟,熱解過程中熱能利用率低,生水蒸汽,使用的氣化劑不同那么得到的燃料也不盡物質(zhì)熱解亟待解決的問題就是高效、綜合的提高其相同{。熱能的利用率。對此,青島科技大學(xué)1提出了生物3.3.3生物質(zhì)液化法質(zhì)熱裂解一種新的工藝流程。它能夠高效的提高裂用生物質(zhì)作原料,經(jīng)過特殊的液化工藝轉(zhuǎn)化成解過程熱能利用率降低生產(chǎn)的成本,工藝流程簡圖為一種新型、綠色并且可以再生的液體燃料的過程如圖4所示。]“提升“裂種風(fēng)分肉斗F餾洗滌茸冷凝器油水分離空氣預(yù)熱器輕油安粉冷卻卻器煙氣冷卻器垂油圖4秸稈熱裂解工藝流程簡圖將地槽中粉碎的秸稈物料干燥后提升至料倉,作為能源對其加熱整個過程使用自身產(chǎn)的燃氣供物料由料倉送至裂解爐進參與裂解。裂解的產(chǎn)物經(jīng)熱,熱量能充分的被利用。整套裝置不排放任何的旋風(fēng)分離器進行氣固分離旋風(fēng)分離器分離出的氣污染物,精餾洗滌塔塔底排出的含渣高沸物的量少態(tài)物質(zhì)進入到精餾洗滌塔洗滌,塔頂排出的氣體經(jīng)此工藝流程可廣泛的用于生物質(zhì)快速裂解的生產(chǎn)過冷凝器冷凝后的物質(zhì)送油水分離器分離,所得輕油程。部分收集,一部分作為精餾洗滌塔的回流。塔底5結(jié)論與展望我國是農(nóng)業(yè)大國,生物質(zhì)資源豐富,開發(fā)利用生排出的重油經(jīng)冷卻器冷卻后出重油產(chǎn)品。旋風(fēng)分離物質(zhì)能是我國可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。生物質(zhì)秸稈器分離出的固態(tài)物炭粉經(jīng)炭粉冷卻器冷卻冷卻后作為一種潔凈的可再生能源,它的開發(fā)利用受到人的炭粉送炭粉儲槽。將裂解爐排出的煙氣與空氣預(yù)們的關(guān)注,在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝中,其最具發(fā)展?jié)摿Φ臒崞髦械睦淇諝膺M行換熱,冷空氣被加熱后送到裂前言技術(shù)之一就是生物質(zhì)裂解技術(shù)因此生物質(zhì)作解爐參與裂解,煙氣經(jīng)煙氣冷卻器冷卻至150℃以為代替石油化工能源的一種新型能源,其研究和開下后再將煙氣送到原料槽對物流進行干燥和提升。發(fā)將成為世中國煤化工本工藝的特點是:裂解爐不需要任何化石燃料HCNMHG(下轉(zhuǎn)第62頁)出!東化工SHANDONG 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