生物质能利用技术的研究进展

2011年6月农机化研究第6期生物质能利用技术的研究进展郭海霞,左月明,张虎2(1.山西农业大学工学院,山西太谷030801;2.吉林农业大学工程技术学院,长春130118)摘要:生物质能是可再生能源的组成部分。生物质能的开发利用为能源和生态问题的解决提供了一条新的思路。为此,对近年来国内外生物质能利用技术的研究进展进行了综述;分析了目前我国生物质能源开发技术存在的主要问题;提出我国生物质能源研究开发的发展前景和建议关键词:生物质能;利用技术;研究进展中图分类号:S216文献标识码:A文章编号:1003-188X(2011)06-0178-080引言加工残余物0.86亿t。目前,实际使用量为22亿t,还有很大的开发潜力。三是可替代性,正在开发的由于常规能源资源储量有限,且不可再生,在当可再生能源中,生物质能源在化学分子构成、能源利今化石能源渐趋枯竭、环境压力日益沉重、需求和油用形态上均与化石能源非常相似,它在不必对已有工价持续上涨以及世界能源资源争夺战愈演愈烈的情业技术作任何改进的前提下即可替代常规能源,对常况下世界能源结构转变为以可再生能源为主。如何规能源有最大的替代能力。四是低污染性,生物质合理开发包括生物质能源在内的洁净可再生的能源转化过程中排放的二氧化碳量等于生长过程中吸收已成为21世纪人类面临的新课题1-2的量。可见,生物质是一种二氧化碳零排放的可再生生物质是植物通过光合作用生成的有机物,包括资源。同时,生物质的挥发组分高,炭活性高,硫、氮植物、动物及微生物以及由这些生命体排泄和代谢的和灰分含量少,在利用转化过程中的硫化物、氮化物所有有机物质。生物质能是指直接或间接通过植物和粉尘排放很低或较少。因此,生物质作为能源资源的光合作用,将太阳能以化学能的形式贮存在生物质比石油煤炭和天然气等燃料在生态环境保护方面具体内的一种能量形式,能够作为能源而被利用的生物有很大的优越性。质能统称为生物质能。生物质能通常包括木材及森综上所述,开发生物质能有助于减轻温室效应和林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城维持生态良性循环,是解决能源和环境问题的有效途市和工业有机废弃物及动物粪便等。生物质能是径之一,具有广阔的前景在煤炭、石油和天然气之后居于世界能源消费总量第4位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。生物1国内外生物质能利用现状质能具有特点:一是可再生,只要太阳辐射存在,绿色1.1国外生物质能利用现状植物的光合作用就不会停止,生物质能就永不枯竭992年,世界环境与发展大会后,欧美国家开始二是储量丰富,据统计,地球上每年通过绿色植物光大力发展生物质能。欧盟规划2010年可再生能源比合作用所生成的生物质能总量约2200亿t,相当于例达12%,每年可替代200t石油,其中成本较3×105kJ的能量,约为现在全球年耗能总量的10倍。低的生物质能约占80%。许多国家都制定了相应的我国每年生产的生物质中农作物秸秆约为7亿t,薪开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源柴1.58亿t,粪便4.43亿t,垃圾1.43亿t,农业工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划,纷纷投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发6收稿日期:2010-08-12基金项目:山西省高校产业化项目(20090014);山西农业大学青年基以美国瑞典和卑地利签国为佩、生物质转化为高品金资助项目(2009003)位能中国煤化工模,分别占该国一次作者简介:郭海霞(197-),女山西平遥人讲师硕土,(E-mil)能源CNMHGghx0354@163.com通讯作者:左月明(1954-),男,山西忻州人,教授博士生导师,(E巴西是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家,生mail)zyueming88@ yahoo. en物能源在国家能源消费结构中的比重很大。20世纪1782011年6月农机化研究第6期70年代中期起,巴西开始利用甘蔗生产燃料乙醇。到100万t,到2020年达到900万to1996-1997年度生产燃料乙醇137亿L,有400万辆汽车采用纯乙醇,大大减少了进口石油的外汇支2生物质能利用技术及发展趋势出。经过30a的努力,巴西已建成完整的燃料乙醇生物质作为能源使用已有几千年9。至今,世界产业链。巴西从2008年1月1日起开始推行生物柴上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源,但油计划。政府从2009年7月1日起,将生物柴油在普生物质的利用不再是简单地燃烧,而是基于现代技术通柴油中的比例从3%提高到4%,2010年达5%。的高效利用。生物质能转化利用途径主要包括燃烧、美国在生物质利用方面处于世界领先地位。据报热化学法、生物化学法和物理化学法等,可转化为二道,美国有350多座生物质发电站,生物质能发电的次能源,即热量或电力、固体燃料(木炭或成型燃料)、总装机容量已超过l0000MW,单机容量达10-液体燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油25MW;预测到2010年,生物质发电装机容量将达到等)和气体燃料(氢气、生物质燃气和沼气等)。目13000MW。20世纪70年代研究开发的颗粒成型燃前,在生物质能源利用上主要集中在直接燃烧、生物料在美国、加拿大和日本等国得到推广应用,并研究质气化、生物质液化和生物质固化技术的研究开发。开发了专门使用颗粒成型燃料的炉灶,用于家庭或暖2.1生物质燃烧技术房取暖,在北美有50万户以上家庭使用这种专用取生物质因具有低污染性特点,特别适合燃烧转化暖炉。美国的颗粒成型燃料年产量达80万t。美国在利用,是一种优质燃料。生物质燃烧所产生的能源可20世纪70年代末制定了“乙醇发展计划”,开始大力应用于炊事、室内取暖、工业过程、区域供热和发电及推广车用乙醇汽油。并加快木柴发电和燃料乙醇的热电联产等领域。工业过程和区域供暖主要釆用机启用,利用农作物及其废物制造乙醇作为汽车燃料。械燃烧方式,适用于大规模生物质利用,效率较高,配计划到2010年,生物质可提供约5300万t乙醇。以汽轮机、蒸汽机、燃气轮机或斯特林发动机等设备生物质能是加拿大仅次于水电的最重要可再生能可用于发电及热电联产。源,它为加拿大提供了6%的初级能源。到2020年在国外,以高效直燃发电为代表的生物质发电技加拿大可再生能源(不含水电)特别是生物质能,将术已经比较成熟。丹麦已建立了15家大型生物质直增长56%,达到9.83×10“kJ/a。加拿大用木质原料燃发电厂,年消耗农林废弃物约150万t提供丹麦全生产的乙醇产量为17万t比利时每年用甘蔗为原国5%的电力供应。目前,以生物质为燃料的小型热料制取乙醇量达3.2万t以上。意大利已拥有9家电联产(装机多为10-20MW)已成为瑞典和德国的生物柴油的生产厂。重要发电与供热方式。芬兰从1970年就开始开发如今,国外的生物质能技术和装置多已达到商业流化床锅炉技术,现在这项技术已经成熟,并成为生化应用程度,实现了规模化产业经营。物质燃烧供热发电工艺的基本技术。美国的生物质1.2国内生物质能利用现状直接燃烧发电占可再生能源发电量的70%。奥地利在我国,生物质能源不仅能缓解能源紧张和减轻成功推行建立燃烧木质能源的区域供电计划,目前已环境压力,其特殊的意义还在有助于解决“三农”问有八九十个容量为1000~2000kW的区域供热站,年题。我国的生物质能源十分丰富,农林等有机废弃物供热10×10°M。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进年产出实物量为20.29亿t,具有广阔的开发前景。行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能生物质能占农村总能耗的近70%,占全国总能耗的近同时满足供热的要求。1/4。据预测,2050年我国生物质能开发利用量将达秸杆燃烧发电在中国正成为现实,中国首台秸秆到275Mt标准煤,占一次能源供应量的8%。混燃发电机组已于2005年底在华电国际枣庄市十里我国的生物质能开发主要是沼气、秸秆热裂解制泉发电厂投运。该机组每年可燃用10.5万t秸秆,相气、秸秆固化成型、燃料乙醇和生物柴油等5大领域。当于7.56万t标准煤。另外,河南许昌、安徽合肥、吉其中,沼气比较成熟已进入大面积推广阶段;燃料酒林辽源吉林德惠和北京延庆等地也在建设秸杆发电精已加入汽油在10个省份推广使用。2010年,我国厂中国煤化工限公司投资42亿生物质固体成型燃料年利用量达到100万1,到2020元建CNMHG地8.85hm2,按照日年可达到5000万t;生物质成型燃料已进入工程化试处理城市原始垃圾1200~1500t设计,建3条垃圾焚验阶段。预计,2010年我国生物柴油年生产量将达烧处理线(另备用1条处理线),3台12MW凝汽式汽2011年6月农机化研究第6期轮发电机组,并预留供热能力,可实现年售电2.1亿电提供了样板。kW·h,预计201l年9月投人使用我国在生物质能方面最早研究的是汪家鼎关于流生物质直接燃烧发电的技术问题主要是锅炉的设化床褐煤低温干馏技术,20世纪80年代以后生物质计制造生物质原料的收集与运输和原料预处理设备气化技术又得到了较快的发展),到2005年底,全国研制。已建成秸秆气化集中供气站639处,供气1500万22生物质气化技术m3,用户22000户。我国自行研制的集中供气和户用生物质气化技术是一种热化学处理技术。气化是气化炉已形成了多个系列的炉型,如中国农业机械化以氧气(空气、富氧或纯氧)水蒸气或氢气等作为气科学研究院研制的ND系列生物质气化炉;江苏吴江化剂,在高温条件下通过气化炉将生物质中可燃部分县生产的稻壳气化炉,利用碾米厂的下脚料驱动发电转化为小分子可燃气(主要为一氧化碳、氢气和甲烷机组,功率达到160kW,已达到使用阶段;中科院广州等)的热化学反应。在生物质气化过程中,所用的气能源所对上吸式生物质气化炉的气化原理和物料反化剂不同,得到的气体燃料也不同。典型的气化工艺应性能做了大量试验,并研制出GSQ型气化炉;大连有干馏工艺、快速热解工艺和气化工艺。其中,前两市环境科学设计研究院研制的LZ系列生物质干馏热种工艺适用于木材或木屑的热解,后一种工艺适用于解气化装置,建成了可供1000户农民生活用燃气的农作物(如玉米棉花等)秸秆的气化。气化可将生物质热解加工厂;云南省研制的QL-50和60型户生物质转换为高品质的气态燃料,直接应用于锅炉燃用生物质气化炉已通过技术鉴定,并在农村进行试验料或发电,或作为合成气进行间接液化以生产甲醇、示范;中国林业科学院林产化学工业研究所研究开发二甲醚等液体燃料、化工产品或提炼得到氢气。了集中供热、供气的上吸式气化炉,先后在黑龙江省221生物质气化设备和福建省得到工业化应用,其气化效率达70%以1883年诞生的最早的气化发生器是以木炭为原上2;江苏省研究开发的内循环流化床气化系统产生料,气化后的燃气驱动内燃机,推动早期的汽车或农接近中热值的煤气,供乡镇居民使用;山东省能源研业排灌机械的发展。1938年,建成了世界上第1台气究所研究开发的下吸式气化炉在农村居民集中居住化炉一上吸式气化炉。1942年美国建成了第套石油地得到较好的推广应用,并已形成产业化规模明。催化裂化流化床反应器。1973年的石油危机后,各国我国气化炉主要集中在固定床生物质气化炉,而加强了对气化技术及其设备的研发,主要设备有固定流化床生物质气化炉比固定床生物质气化炉具有更床气化器和流化床气化器。1987年,在奥地利POLS大的经济性,应该成为我国今后生物质气化设备研究纸浆厂建成具有工业规模的循环流化床气化装置。的主要方向。1996年,鲁骑公司在德国柏林 Rudersdorf公司建成当222沼气时世界上最大规模的循环流化床气化反应器4-1沼气是指有机物质(如作物秸秆、杂草、人畜粪瑞典巳生产出2.5k~25MW的下吸式生物质气化炉,便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等)在其科研机构正致力于循环流化床和加压气化发电系厌氧条件下,通过功能不同的各类微生物的分解代统的研究。谢,最终产生以甲烷(CH4)为主要成分的气体。此外,国外生物质气化装置一般规模较大,自动化程度还有少量其它气体,如水蒸气、硫化氢、一氧化碳和氮较高,工艺较复杂,以发电和供热为主如加拿大摩尔气等。沼气发酵过程一般可分为3个阶段:水解液化公司( Moore Canada Ltd)设计和发展的固定床湿式上阶段、酸化阶段和产甲烷阶段。沼气发酵包括小型户行式气化装置加拿大通用燃料气化装置有限公司用沼气池技术和大中型厌氧消化技术。( Omnifuel Gasification System Limitred)设计制造的流瑞典在沼气开发与利用方面独具特色,利用动物化床气化装置美国标准固体燃料公司( Standard Solid加工副产品动物粪便、食物废弃物生产沼气,还专门Fuels I)设计制造的炭化气化木煤气发生系统以及培育了用于生产沼气的麦类植物,沼气中含甲烷64%德国茵贝尔特能源公司( Imbert Energietechnik GMBH)以上。瑞典由麦类植物生产沼气除沼气被用做运输设计制造的下行式气化炉-内燃机发电机组系统等燃料中国煤化工植。瑞典Lund大等,气化效率可达60%~90%。近年来,美国在生物学开CNMHG沼气技术,并已进质热解气化技术方面有所突破研制出了生物质综合行中间试验还开发了低温高产沼气技术,可在10°C气化装置-燃汽轮机发电系统成套设备,为大规模发条件下产气2。瑞典还用沼气替代天然气。美国纽2011年6月农机化研究第6期约州康奈尔大学( Cornell University)的植物学科学家世界先进水平的燃烧生物质循环流化床锅炉的制造发明了一种分离沼气中有毒物质硫化氢的新方办法,公司,该公司生产的发电设备主要利用木材加工业去除硫化氢后的沼气更加环保造纸业的废弃物为燃料,最大发电量为30万kW,废我国有“世界沼气之乡”的美称。2004-2009弃物的最高含水量可达60%,排烟温度为140℃,热电年,中央已经投资了190亿元建了3050万户小沼气效率达88%7和39500个沼气工程,生产沼气约122亿m3/a,生产我国生物质气化发电技术研究始于20世纪60年沼肥约3.85亿Ua,形成了成熟的沼气技术和科学的代,具有代表性的是壳式气化发电系统。其160kW和建设模式。200kW生物质发电设备已得到小规模应用2填埋垃圾制取沼气也是处理城市生活垃圾、有效生物质气化中对气化气体的净化、废水处理及产利用生物质能的主要方法。杭州天子岭垃圾填埋场生大量焦油的合理处理都是生物质气化技术急需解是我国第一座大型按卫生填埋要求设计,并采用合理决的瓶颈问题,因此将焦油裂解技术和工艺成为研究填埋规划和工艺的城市生活垃圾无害化处理工程,的重点。利用我国现有技术,研究开发经济上可行1991年6月正式运行。山东省科学院能源研究所以效率较高的生物质气化发电技术将成为生物质高效秸秆在发酵过程中的物料特性和微生物菌群对秸秆利用的一个主要课题的作用原理为研究出发点,开发了简单、快速、高效的在我国农村都是以户为生产单位,虽然我国生物秸秆预处理技术和专门适用于秸秆的高效厌氧发酵质资源丰富,但资源比较分散,在原料收集和转化过反应器,秸秆的消化率和产气率得到很大提高,克服程中的投入较高,使原料总成本居高不下,这给气化了秸秆沼气发酵进出料难的技术难题,实现了进出料技术的规模化应用造成了障碍。为了就地取材,节约的机械化与自动化。成本,还应积极发展农村户用小型气化设备的研制。沼气可用于发电,目前成熟的国产沼气发电机组23生物质液化技术的功率主要集中在24~600kW这个区段。从沼气工生物质能是唯一能转化为液体燃料的可再生能程的产气量来看,有不少沼气工程适宜配建500kW以源。生物质液化技术是把固体状态的生物质经过一上的沼气发电机组系列化学加工过程,使其转化成液体燃料(主要是指推进沼气综合利用,不仅要高质利用沼气,还要汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品,有时也包括利用好沼渣沼液,形成综合性的技术开发,这将有助甲醇和乙醇等醇类燃料)的清洁利用技术。根据化学于种植业、加工业、养殖业、服务业和仓储业的发展。加工过程技术路线的不同,液化可分为直接液化和间223生物质气化发电接液化0。目前,生物质液体燃料主要包括燃料乙生物质气化发电技术是生物质通过热化学转化为醇、生物柴油和二甲醚等。气体燃料,将净化后的气体燃料直接送入锅炉、内燃2.3.1燃料乙醇发电机或燃气机的燃烧室中燃烧发电。燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的生物能农林生物质发电产业主要集中在发达国家,印源。燃料乙醇技术是利用酵母等乙醇发酵微生物,在度、巴西和东南亚等发展中国家也积极研发,或者引无氧的环境下通过特定酶系分解代谢可发酵糖生成进技术建设相关发电项目。目前,欧洲和美国在利乙醇(1。乙醇以一定的比例掺入汽油可作为汽车燃Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用来源可分为糖质原料淀粉原料和纤维素原判趣用生物质气化方面处于世界领先地位。美国建立的料,替代部分汽油使排放的尾气更清洁。按原料的世界先进水平,可生产中热值气体。美国纽约的斯将糖或淀粉发酵生产燃料乙醇是传统的成熟工塔藤垃圾处理站投资2000万$,采用湿法处理垃圾,艺,利用纤维素原料生产乙醇是今后发酵法生产乙醇回收沼气,用于发电,同时生产肥料。印度Anna大学的重点发展方向之一。目前,美国国家可再生能源实新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气验室(NREL)进行同时糖化和共发酵工艺(SSCF)的研化农林剩余物和稻壳、木屑、甘蔗渣等,建立了一个中究把葡萄糖和木糖的发酵液放在一起用于发酵的微试规模的流化床系统,气体用于柴油发电机发电。芬生物中国煤化工单纯利用五碳糖发兰是世界上利用林业废料和造纸废弃物等生物质发酵菌CNMH⑤%~38%和10%~电最成功的国家之一,其技术与设备为国际领先水30%。NREL还建立了一套日处理生物质t规模的中平。芬兰最大的能源公司一福斯特威勒公司是具有试装置积极开发基于木质纤维素类原料燃料乙醇生2011年6月农机化研究第6期产技术,并进行综合技术分析。美国马斯科马(Maco-示范放大提供技术基础。农业部规划设计研究院承ma)公司开发的统合生物处理技术是利用纤维类生物担的“甜高粱茎秆制取乙醇技术”课题,发展了甜髙粱质为原料、低成本生产生物燃料的加工工艺。公司利茎秆固体发酵工艺。甜高粱茎秆制取乙醇技术成果用工程化微生物(包括令纤维素发酵)转化的耐热菌,的推广应用,不仅形成具有中国特色的燃料乙醇发展而不是成本高昂的纤维素酶,一步实现纤维素至乙醇模式,还开辟了具有战略性的能源农业和生物质能源的转化。美国爱荷华州立大学( lowa State University)产业,对我国实现可持续发展具有重要意义。据记者的研究人员正在开发利用热化学催化技术,从植物生初步统计,已涉足乙醇汽油业务的上市公司有丰原生物质中高效提取乙醇的综合体系。英国英力士公司化、S吉生化、华资实业、广东甘化、敦煌种业、荣华实( INEOS)已经掌握了将生活垃圾转变为燃料的技术工业和华冠科技等23。艺,并计划到2011年底大规模采用这项工艺生产燃我国发展燃料乙醇应坚持“非粮“原则,纤维素生料。在生产过程中,加热垃圾产生气体,气体和某些产乙醇在技术上已有相应进步,是未来生物质能源技细菌反应产生乙醇,乙醇经过净化变为燃料术与产业化利用的发展方向。酶在化学或生物化学中由于成本高,是纤维素或232生物柴油生物质转化为乙醇的一大障碍。美国南达科达州立生物柴油是以各种油脂(包括植物油、动物油脂大学研究人员于2010年7月19日宣布,开发了使酶和废餐饮油等)为原料,经过转酯化加工处理后生产重复利用于生产纤维素乙醇过程的方法。结果表明,出的一种液体燃料,生物柴油可作为柴油的替代品。将酶使用5次取得成功,但活性从100%降低到40%,目前,工业上生产生物柴油的方法主要是酯交换法,仍可保持酶原来活性的40%。包括酸或碱催化法、生物酶催化法、工程微藻法和超由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及临界法等。纤维素自身的晶体结构,使得催化剂很难与纤维素接近几年来,国内外较多研究釆用脂肪酶催化酯交触,直接影响其糖化水解以及发酵的过程。Δ.wqji换反应生产生物柴油,即用动植物油和低碳醇通过脂和A. Pekarovicova报道了超声波处理法对酶水解和肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸酯。加拿大发酵的影响。超声波能碎解木质素大分子,影响纤维BIOX公司将 David Bookcock公司开发的技术(美国专的化学性能和物理结构。 Kitchaiya等研究了微波处理利6642399和6712867)推向工业化。该工艺使转化木质纤维对酶水解的影响。在常压下,240W的微波速度和效率提高,而且采用酸催化步骤使含游离脂肪处理稻草或蔗渣浸入甘油中10min后,反应温度高达30%的任意原料转化为生物柴油。日本大阪市200℃时,还原糖浓度提高两倍。立工业研究所成功开发使用固定化脂酶连续生产生据有关部门统计,在2004-2006年两年内,国内物柴油,分段添加甲醇进行反应,反应温度为30℃,植以生物燃料乙醇或非粮生物液体燃料等名目提出的物油转化率达95%,得到的产品可直接用作生物柴意向建设生产能力已超过千万吨。中国成为继巴西、油。芬兰纳斯特(Nese)石油公司投资1亿欧元在芬美国之后的全球第三大生物燃料乙醇生产国和消费兰帕尔伏炼油厂建设加氢法生物柴油装置,通过加氢国。我国现在已经开始在交通燃料中使用燃料乙醇。裂化方法生产生物柴油。以非粮原料生产燃料乙醇的技术已初步具备商业化美国是世界上最早研究生物柴油的国家之一。目发展条件。目前,中粮集团在河北、广西、内蒙古等3前,美国生物柴油主要以大豆为生产原料,同时也在地已有共计80万t乙醇项目进入前期准备阶段,这些积极探索其它途径,如“工程微藻法”等生产生物柴项目将避免直接以玉米或小麦等粮食为原料,为我国油。2007年,美国启动了微藻能源计划,被称为“微型非粮乙醇奠定良好的基础。华东理工大学承担的“纤曼哈顿计划”。2008年10月,英国碳基金公司启动了维素废弃物制取乙醇技术”课题已打通了纤维素原料目前世界上最大的藻类生物燃料项目,投入2600万酸水解制取乙醇的工艺路线,在国内首次建成了由纤英镑用于发展相关技术和基础设施,该项目预计到维素废弃物年产酒精600t的示范工程累计运行超过2020年实化1000h,通过生物和热转化方法有机的结合,开发了水中国煤化工油一直是我国石油替解残渣快速裂解液化活性炭的制备以及纤维素酶水代能CNMHG我国系统的生物柴解等工艺技术。该系统将成为我国自主开发纤维素油研究始于中国科学院“八五”重点科研项目“燃料油原料生产燃料乙醇技术的中试研究实验平台,为工业植物的研究与应用技术,完成了对金沙江流域燃料2011年6月农机化研究第6期油植物资源的调查及栽培技术研究,建立了30hm2小华东理工大学、浙江大学、中国科学院山西煤化桐子栽培示范片。从20世纪90年代开始,长沙市新所和广州能源研究所等单位开展了相关的实验室研技术研究所与湖南省林业科学院对能源植物和生物究,利用可再生的生物质转化为清洁的燃料二甲醚。柴油进行了长达10a的合作,并完成了“植物油能源23.4燃料甲醇利用技术”研究。陕西省汉中春光生物能源开发公司国外从20世纪80年代开始研究生物质气化合成的春光项目,由中国日用化学工业研究院设计完成,甲醇燃料。20世纪90年代,生物质气化合成甲醇系项目选用“预酯化酯交换制取脂肪酸甲酯”,由中科院统的研究得到了广泛的发展,如美国的 Hynol Process自动化研究所为其提供生物柴油生产线自动控制工项目、NREL的生物质甲醇项目、瑞典的BAL- Fuels艺及其装置。国风塑业大股东国风集团正在建设 Project和Bio-Met- Project以及日本MH的生物质60万v/a生物柴油项目。清华大学完成了生物酶转气化合成甲醇系统等。日本筑波大学材料科学院化可再生油脂原料制备生物柴油该生物柴油的关键的研究人员开发出一种新型催化剂,可有效地将生物技术指标符合美国及德国生物柴油标准,并符合我国质低温气化,用所得到的无焦油气体作为合成气来生0号优等柴油标准,这种环境友好的生物酶法生物柴产甲醇、二甲醚或液体燃料。美国国家可再生能源实油技术将有望实现产业化。中石化开发了基于超临验室建成了合成甲醇小型示范装置,研究生物质气化界的生物柴油生产技术,即将工业化。2009年,武汉间接合成液体燃料的机理和可行性。理工大学成功开发出以菊芋为原料生产碳7-碳15我国朱灵峰等对玉米秸秆燃气进行合成气优烷烃类柴油的全新生物柴油加工路线,目前正寻求资化实验,在5MPa压力下,采用等温积分反应器和国产金开展中试和示范生产系统建设。专家认为,该原料C生铜基催化剂,对合成气进行催化合成甲醇。路线符合我国制定的生物燃料发展原则,其产业化将目前,人们对生物质间接液化制备发动机燃料试为生物柴油行业带来重大变革。验及工艺的研究还不多,但由于其清洁环保的特点,生物柴油作为一种优质的液体燃料,是我国生物已经引起人们的重视。质能产业的一个发展方向,但中国的生物柴油产业在燃料乙醇和生物柴油等能源产品都要依托能源作初期没打好基础,形成“南方麻风树、北方黄连木”的物的大面积种植,这会造成能源作物与粮食作物争局面,在未来数年内,微藻有望代替麻风树和黄连木,地、争政策和争资源的局面。如何保持能源作物与粮成为生物柴油的主要原料。解决原料来源及其相配食作物的平衡,既保证国家粮食安全,又促进能源农套的技术问题是生物柴油产业发展的关键。业发展是一个难点。我国政府提出发展生物质燃料2.3.3二甲醚要按照“不与人争粮,不与粮争地”的原则进行。木本二甲醚(DME)是一种最简单的脂肪醚,又称木油料植物为原料生产生物柴油将是今后生物能源发醚、甲醚,是一种理想的清洁燃料。未来DME应用的展的方向。我国可以充分利用11608万hm2边际性最大潜在市场是作为柴油代用燃料,也可以替代液化土地来种植甜高粱、木薯、甘薯和旱生灌木等能源植石油气。二甲醚的工业生产技术主要有甲醇脱水工物,以非粮食作物为原料生产燃料乙醇等,具有极大艺和合成气直接合成工艺。目前,工业上主要是甲醇的能源开发潜力。脱水技术生产二甲醚。合成气一步合成二甲醚的生物质液体燃料需要大力发展,其进程与规模涉工业化,仍在开发之中。及到资源的获得、技术的进步和成本的下降一系列重新奥集团股份有限公司年产60万t甲醇/40万t大问题。应大力支持用纤维素、半纤维素做原料的燃二甲醚项目在内蒙古鄂尔多斯市建成投产,装置运行料乙醇技术发展。生物质转化为液体燃料时还需要平稳,生产负荷达70%以上。该项目采用水煤浆加压消耗等量甚至更多的化石能源,所以除了通过改进原气化技术、耐硫变换及低温甲醇洗净化技术、低压甲有工艺减少能耗外,还应积极探索新的工艺路线。低醇合成技术和新奥节能型二甲醇合成技术,以国内设能耗转化技术将成为新的研究热点备为主,建成国内最大的单系列煤基二甲醚装置。2.42009年,山西华园高科技开发中心和美国和声事中国煤化工的木质素在加热条业有限公司共同投资的山西华园90万t煤层气经甲件下CNMHG粘着强度,然后通过醇制二甲醚项目在山西寿阳县开工建设,该项目总投机械的方式给生物质施加适当的压力,将分散的生物资53亿元,是目前亚洲最大的煤层气开发项目。质转化为具有一定形状和密度的燃料。制成的商品2011年6月农机化研究第6期性燃料,体积小、能量密度相对高,便于运输、销售及关系;二是成型炭燃烧过程中产生大量的可燃性气燃用。生物质直接燃烧和固化成型技术的研究开发,体,其中含有很大一部分焦油对人体和环境会造成污主要着重于专用燃烧设备的设计和成型物的应用。染;三是得率较低。这些都是该领域研究工作者亟待国外生物质压缩成型燃料的开发工作始于20世解决的问题。纪40年代。1948年,日本申报了利用木屑为原料生产棒状成型燃料的第1个专利。50年代初期生产出3总结了商品化的棒状成型机。60年代成立了木质成型燃前,各国研究者对气化设备的研究主要集中在料行业协会。70年代初,美国又研究开发了内压滚筒大型设备上,而对农户热衷的户用秸秆气化炉的研制式粒状成型机。亚洲除日本外,泰国、印度,和菲律宾工作甚少报道。今后应对这类维护简单、易于推广和等国从80年代开始开展了生物质致密成型机设备及适宜就地取材的小型气化设备加以重视,进行改造设成型工艺方面的研究。70年代末瑞典 Stockholm计,使生物质能在我国农村得到有效利用,为节能减Energy公司首先将3座100MW燃油锅炉改为使用生排和新农村建设服务。并在借鉴国外研究经验的基物质颗粒燃料。Krat热电工厂在世界上首先开发热、础上,结合我国生物质资源分布特点,开发适合我国电颗粒燃料联产技术并投入商业化生产,能效高达农村的户用气化炉设备。86%。现巳成功开发的成型技术按成型物形状分主随着我国生物质能源产业化的技术发展与市场条要有3大类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状件完善,严格按照不与民争粮不与粮争地的原则,通成型物技术、欧洲各国开发的活塞式挤压制得圆柱块过在技术上的突破,商业环境的改善,将秸秆、禽畜粪状成型技术以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成便和有机废水等生物质转化为高品位能源,使生物质型技术和设备2]。能形成大规模的产业化和商业化。我国从20世纪80年代起开始致力于生物质致密成型技术的研究。中国林业科学研究院林产化学工参考文献业研究所在“七五”期间承担了生物质致密成型机及[1]闫有枉世纪绿色可再生能源一生物质[J.贵州化工生物质成型理论的研究课题,在1990年研究开发成2003,28(5):1.功棒状成型燃料成型制造工艺设备系统,在1998年[2】王小孟,谭江林陈金珠我国生物质能源开发利用的现率先研究开发成功颗粒成型燃料热成型制造工艺设状[].江西林业科技,2006(5):45-57备系统。上海申德机械有限公司在消化引进欧洲成3]陈益华,李志红,沈形我国生物质能利用的现状及发展熟生物质固化成型技术基础上,自主研发创新,在国对策[J],农机化研究,2006(1):25内率先成功研制生物质固化成型成套设备。辽宁省[4]王振平.开发生物质能保护生态环境[J].济南教育学院学报,2004(6):55能源研究所对生物质压缩成型的原理、主要因素、工[5]陈晨生物质能产业:国家政策意在推动而非限制[N]艺及生物质压缩成型机械等方面展开了研究3;浙科学时报,2007-12-19(3)江大学对切碎棉秆进行了高密度压缩成型试验,研究[6]蒋剑春生物质能源应用研究现状与发展前景[]林产了压力、温度和切碎棉秆粒度大小对成型块松弛密度化学与工业,2002,2(2):76-77的影响。山东临沂生物质型煤示范厂是目前国内[7]蒋剑春林业生物质热化学转化利用研究现状[J.生惟一的具有工业规模的生物质型煤生产厂,设计年产物质化学工程,2006(s1):24-31量为3万t,实际年产量为1万t。辽宁省能源研究所、[8]赵军许庆利孔海平等生物质能源产业化及研究现西北农业大学、中国林科院林产化工研究所、陕西武状[J].浙江化工,2006,37(3):13-14功轻工机械厂和江苏东海县粮食机械厂等十余家单9] Umar K Mirza, Nasir Ahmad, Tariq majeed. An overview of位研究和开发生物质成型燃料技术与设备。生物质biomass energy utilization in Pakistan[J]. Renewcble And型煤具有优良的燃烧性能和环保节能效应,但在中国Energy Reviews, 2008, 12(7): 198910]管数园.生物质能转化利用技术[EB/OL].(2010-03尚处于实验室研究和工业试生产阶段,尚未形成规模gdahuifeng/6601. html产业,技术经济因素阻碍了工业化发展应用。中国煤化工典林业生物质能源产业目前,固化技术仍存在的主要问题:一是对设备CNMHG20.40(5)31-36的要求较高,成型燃料的密度是决定成型炭质量的重[12]周洁生物质能技术展望[N]中国经济导报,006-07要指标,它与成型机的性能特别是螺杆的性能有极大B02)2011年6月农机化研究第6期[13]邱钟明陈砺生物质气化技术研究现状及发展前景地与技术的发展研究[J].电工电能新技术,2007,26[J].可再生能源,2002(4):16-19(1):13-26.[14]FANL-S.Gas-liqμuid- solid fluidization engineering[26]张应桂,周勇.生物质能转化技术利用现状与环境评价[M][J].化学工程师,2007(11):33-36[15] KUNIID, LEVERSPIEL O. Fluidization engineering[M].[27]春生.生物质能产业有望迎来新一轮大发展[N].中国New York: Butterworth Heineman, 1991证券报,2007-09-14(B05)[16] FRANCO C, PINTO F, GULYURTLU I,etl. The study of[28]“十五”863计划能源技术领域后续能源技术主题专家reactions influencing the biomass steam gasification process组中国可再生能源技术开发与发展方向[J].中国科[J].Fuel,2003,82(7):835-842技产业,2006(2):64-68.[17] JAVIER G, JOSE C, MARIA P,etal. Biomass gasification[29]高永钰.微藻将成为生物柴油的主要原料[EBOL]in atmospheric and bubbing fluidized bed: effect of the type2010-07-07).http://www.newenergy.orgcn/html/of gasifying agent on the product distribution[ J].Biomass007/761033613.htmland Bioenergy,1999,17(5):389-40[30]赵蕾.泔水油变身生物柴油[EB/OL].(2010[18 RAPAGNA S. Steam gasification of biomass in a fluid-izedbed of olive particles[J]. Biomass and Bioenergy, 2000, 196171033033.html(3):187-197[31]佚名.菊芋制生物柴油:迎来生物柴油行业重大变革[19]邓先伦,高一苇,许玉,等.生物质气化与设备的研究进Leb/Ol].(2010-05-15).http://www.newenergy展[J].生物质化学工程,2007,41(6):38org.cn/Hm/0095/5150927262.html[20]陈晓光,朱斌生物质气化技术是农林固体废物资源化[32]阴秀丽,常杰,汪俊锋,等.由生物质气化方法制取甲醇的有效途径[J].四川职业技术学院学报,2006,16燃料[J]煤炭转化,2003,26(4):26-30(3):111-113[3]朱灵峰张佰良,梁庚白,等.秸秆类生物质催化合成甲[21]曹稳根段红钧我国生物质能资源及其利用技术现状醛的实验研究[J].可再生能源,2004(4):12-15[J].安徽农业科学,2008,36(14):6001-6003[34]刘石彩,蒋剑春生物质能源转化技术与应用(Ⅱ)—生[22]佚名生物质能源基础及技术发展[EB/OL].(2010物质压缩成型燃料生产技术和设备[J]生物质化学工05-12).htlp://www.newenergy.orgcn/html0105/程,2007,41(4):59-6351210324783.htm[35]何元斌生物质压缩成型燃料及成型技术(一)[J].农[23]陈雪琴.生物质能或圈定三大开发重点[N].中国改革村能源,1995(5):35-36报,2009-11-17(5)[36]何元斌生物质压缩成型燃料及成型技术(二)[门]农[24]汤楚宙,苏爱华,谢方平,等.湖南省可再生能源开发利村能源,1995(6):34-35用及发展对策[J].湖南农业大学学报(自然科学版),[37]盛奎川,钱湘群,吴杰.切碎棉杆高密度压缩成型的试2005,31(6):698-702验研究[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),200[25]严陆光,夏训诚,周风起,等.我国大规模可再生能源基(2):31-35Progress in Biomass Energy UtilizationGuo Haixia, Zuo Yueming, Zhang Hu(1. College of Engineering, Shanxi Agriculture University, Taigu 030801, China; 2. College of Engineering Technolo-gy, Jilin Agriculture University, Changchun 130118, ChinaAbstract: Biomass energy is an important part of renewable energy. Utilization and development of biomass energy proded a path for solving the problems of energy and environment. The author summarized the progress of research and de-velopment of technology o in domestic and abroad in recent years, and analyzed the main problems of our country in thisfield. It points out the direction for further study of biomass energy utilizationKey words: biomass energy; utilization; research progress中国煤化工CNMHG