生物质能源基础及核心技术发展.docx
- 文档编号:624597
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:24.68KB
生物质能源基础及核心技术发展.docx
《生物质能源基础及核心技术发展.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物质能源基础及核心技术发展.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
生物质能源基础及核心技术发展
生物质能源基本及技术发展
生物质能源技术就是把生物质转化为能源并加以运用技术,按照生物质特点及转化方式可分为固体燃料生产技术、液体燃料生产技术、气体燃料生产技术。
固体生物燃料技术涉及生物质成型技术、生物质直接燃烧技术和生物质与煤混烧技术,是广泛应用且非常成熟技术,生物质常温成型技术代表着固体生物质燃料发展趋势;生物液体燃料可以代替石油作为运送燃料,不但能解决能源安全问题,尚有助于减少温室气体排放,还可以作为基本有机化工原料,代表着生物能源发展方向,液体生物燃料涉及燃料乙醇、生物柴油、生物质经气化或液化过程再竟化学合成得到生物燃油BtL(BiomasstoLiquidFuel);气体生物燃料涉及沼气、生物质气化、生物质制氢等技术,工业化生产沼气以及沼气净化后作为运送燃料GtL(GastoLiquidFuel)是近期内发展气体生物燃料现实可行技术。
1、固体生物质燃料
生物质成型燃料燃烧是把生物质固化成型后采用略加改进后老式燃煤设备燃用,该技术将低品味生物质转化为高品味易储存、易运送、能量密度高生物质颗粒(pellets)状或状(briquettes)燃料,热运用效率明显提高,能效可达45%(如瑞典Kcraft热电工厂),超过普通煤能效。
欧洲在生物质成型燃料方面起步较早,900万人口瑞典年颗粒燃料使用量为120万吨,瑞典20%集中供热是生物质颗粒燃料完毕;600万人口丹麦年消费成型燃料70万吨。
瑞典还开发了生物质与固体垃圾共成型燃烧技术,解决了垃圾燃烧有害气体二恶英(dioxin)超标问题。
直接燃烧作为能源转化形式是一项老式技术,具备低成本、低风险等优越性,但效率相对较低,还会因燃烧不充分而污染环境。
锅炉燃烧采用当代化锅炉技术,合用于大规模运用生物质;垃圾焚烧也采用锅炉燃烧技术,但由于垃圾品味低及腐蚀性强等因素,对技术水平和投资规定高于锅炉燃烧。
通过技术改进,生物质直接燃烧能效已明显提高,直接燃烧能效已达30%(如丹麦Energy2秸杆发电厂,瑞典UmeaEnergy垃圾热电厂)。
美国生物质直接燃烧发电约占可再生能源发电量70%,美国生物质发电装机容量为9799MW,发电370亿Kwh。
1)生物质固体燃料生产技术
当前国内外普遍使用生物质成型工艺流程如图1-1所示。
压缩技术重要涉及螺旋挤压式成型技术、活塞冲压成型技术和压辊式成型技术,其中前两种技术发展较快,技术比较成熟,应用较广。
但普通成型技术需要将生物质加热到80°C以上才干使其成型,因此能耗较高,增长了生物制成型燃料成本。
既有生物质成型技术必要在加热条件下进行,常温成型技术则打破了这一老式概念。
当前,中华人民共和国(清华大学)和意大利(比萨大学)两国分别开发出生物质常温(<40°C)成型技术,使生物质成型燃料成本明显减少,为生物质成型燃料广泛应用奠定了基本。
生物质材料力传导性极差,但通过缩短力传导距离,给其一种剪切力,可使被木质素包裹纤维素分子团错位、变形、延展,在较小压力下,可使其相邻相嵌、重新组合而成型。
运用这一理论制造机械设备,可以实现自然含水率生物质不用任何添加剂、粘结剂常温压缩成型。
常温成型技术为生物质低成本地高效运用打开了以便之门,不但可以生产高效固体清洁燃料,并且提高了生物质能量密度,以便运送,可以作为液体燃料和生物化工产品生产原料。
成型燃料还解决了直接燃烧能效低问题,使颗粒燃料可以在千家万户作为炊事、取暖燃料,而以往生物质直燃技术只合用于大型锅炉系统,小型直燃系统能效仅为10-15%,且因燃烧不完全导致环境污染。
但是,在原料脱水预解决、提高单机生产能力方面尚需做大量工作。
瑞典StockholmEnergy公司1970年代末一方面将3座100MW燃油锅炉改为使用生物质颗粒燃料;Kraft热电工厂在世界上一方面开发热、电、颗粒燃料联产技术并投入商业化生产,能效高达86%。
瑞典生物质成型燃料已广泛应用于供热和工业锅炉,其中集中供热20%是由颗粒燃料提供。
瑞典人均燃料占有量为130kg,居世界第一位。
2)生物质直接燃烧技术
生物质水分较高(有高达60%左右),热值较低,燃烧过程还要考虑结渣和腐蚀问题。
芬兰从1970年就开始开发流化床锅炉技术,当前这项技术已经成熟,并成为生物质燃烧供热发电工艺基本技术。
这种技术大规模条件下效率较高,单位投资也较合理。
但它规定生物质集中,数量巨大。
如果考虑生物质大规模收集或运送,成本也较高,适于当代化大农场或大型加工厂废物解决,对生物质较分散发展中华人民共和国家也许不适合。
普通生物质直接燃烧发电过程涉及:
生物质与过量空气在锅炉中燃烧,产生热烟气和锅炉热互换部件换热,产生出高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能依照不同技术路线,分为气轮机、蒸气机和斯特林发动机等。
意大利开发了适合村镇使用小型生物质发电(Villagepowerplant)技术,燃烧秸杆或木屑生热,锅炉中介质是油而不是普通水,再通过油加热有机硅油产生蒸汽驱动透平机发电,该系统热能运用率比普通系统高5%以上,已在德国使用。
3)生物质与煤混烧技术
既有电厂运用木材或农作物残存物与煤混合燃烧是比较现实技术,除了可以提高农林废物运用率外,还可以减少燃煤电厂NOx排放。
从20世纪90年代起,丹麦、奥地利等欧洲国家开始对生物质能发电技术进行开发和研究。
通过近年努力,已研制出用于木屑、秸秆、谷壳等发电锅炉。
在美国,有300多家发电厂采用生物质能与煤炭混合燃烧技术,装机容量达6000MW。
国内已有多家锅炉厂家生产生物质和煤混烧链条炉和流化床炉,分别在东南亚国家和国内广东等省运营。
2、液体生物燃料
1973年第一次石油危机后,人类就在寻找可以代替石油燃料。
而生物液体燃料正是抱负选取-来源于可再生资源、温室气体净排放几乎为零、还可以代替石油生产人类所需化学品。
当前液体生物燃料重要被用于代替化石然油作为运送燃料,如代替汽油燃料乙醇和代替石油基柴油生物柴油。
而生物柴油又分从植物油得到生物柴油,和通过气化或液化得到BtL。
BtL技术被以为是最有前程生物液体燃料技术。
欧盟委员会积极推动生物燃料发展,制定了到生物燃料占运送燃料5%目的;美国正在运筹通过法律手段强制在运送燃料中添加生物燃料,详细比例是柴油中添加2%生物柴油,汽油中添加5%燃料乙醇;英国政府筹划从起规定生产运送燃油能源公司必要有3%原料是来自可再生资源,并且比例将逐年提高。
1)燃料乙醇
从1970年代起,巴西一方面开始用燃料乙醇某些代替汽油,已经成为当今世界上最大燃料乙醇生产和消费国,也是唯一不使用纯汽油燃料国家。
美国在20世纪70年代末,制定了“乙醇发展筹划”,开始大力推广车用乙醇汽油,美国燃料乙醇产量达到35亿加仑,还进口了1.3亿加仑;到全国已有500万辆以燃料乙醇为燃料灵活燃料汽车(FlexibleFuelVehicles,VFFs)。
当前,中华人民共和国燃料乙醇产量仅次于巴西、美国,居世界第3位,为102万吨/年。
世界乙醇产量已达到2760万吨,大某些作为燃料乙醇使用。
燃料乙醇是当前最现实可行代替石油燃料,进入新世纪以来各国都积极发展燃料乙醇产业。
在美国8月颁布《能源法案》中宣布,美国筹划到生产2200万吨燃料乙醇,到2025年以减少从中东地区进口石油75%。
a.既有燃料乙醇生产技术
既有燃料乙醇重要以粮食基淀粉为原料,如美国用玉米生产1000万吨乙醇,欧洲用小麦生产160万吨乙醇;仅巴西以甘蔗为原料,年生产乙醇约1200万吨。
国内燃料乙醇产量102万吨,重要以玉米为原料。
乙醇生产基本上都是通过微生物对葡萄糖发酵得到乙醇。
乙醇生产原料各种各样,重要是玉米、小麦等淀粉质原料,尚有诸如甘蔗、糖蜜、甜菜等糖质原料,亦有木质纤维素类植物生物质原料等。
无论采用何种原料,其乙醇生产工艺大同小异。
在乙醇生产中,为了加速蒸煮、糖化、发酵反映速度,需要对固体原料粉碎,普通分为干法和湿法两种。
在以玉米为原料湿法生产工艺中,玉米油、蛋白饲料和玉米谷盶粉这些副产品收入占玉米自身费用60%或者更多;与此相对照,干法生产过程中得到副产品收入在同等条件下普通占玉米费用45%。
美国重要采用湿法工艺生产。
但湿法工艺中存在大量污水解决问题,国内丰原集团公司开发了“半干法”玉米解决技术,不但提高了玉米运用率,还明显减少了废水量,解决了湿法解决玉米工艺中污水解决问题。
b.燃料乙醇技术开发前景
当前乙醇生产成本较高,如何减少乙醇成本并使之能与石油基燃料产品在价格上竞争是世界性难题,其中原料成本占产品总成本70%左右,能耗也是构成成本重要因素。
这两个影响乙醇成本核心因素,已成为各国研究开发热点。
某些技术即将应用于工业化生产,涉及:
非粮食原料生产乙醇技术,乙醇生产节能技术,纤维素乙醇生产技术等。
纤维素乙醇研究已有几十年历史,最早技术是浓酸水解法。
当前国际上生产纤维素乙醇重要采用稀酸水解和酶水解技术。
最抱负是一体化乙醇生产技术CPB(ConsolidateBioprocessing),即同一微生物完毕产纤维素酶、纤维素水解、乙醇发酵过程,但乙醇产率不高,产生有机酸等副产物,尚需大量基本研究。
2)生物柴油
生物柴油是燃料乙醇以外另一种液体生物燃料,从动植物油脂生产一种长链脂肪酸单烷基酯,在工业应用上重要指脂肪酸甲酯。
天然油脂多由直链脂肪酸甘油三酯构成,与甲醇酯互换后,分子量降至与柴油接近,从而使其具备更接近于柴油性能,十六烷值高,润滑性能好,是一种优质清洁柴油。
同步这些长链脂肪酸单烷基酯可生物降解,高闪点,无毒,VOC低,具备优良润滑性能和溶解性,因此也是制造可生物降解高附加值精细化工产品原料。
生物柴油在欧盟已大量使用,欧盟生物柴油产量为224万吨,仅德国就已有1800个加油站供应生物柴油,并已颁布了德国工业原则(EDIN51606)。
美国试图通过立法,在全国柴油中添加2%生物柴油。
马来西亚大力推动以棕榈油为原料生产生物柴油,生产潜力达万吨/年;印度正积极开发麻风果生物柴油,将在5-内达到1000万吨/年生产能力,英国石油BP已介入印度麻风果生物柴油产业。
a.国外生物柴油生产技术
生物柴油生产是由甘油三酸酯与甲醇通过酯互换制备生物柴油,甘油为副产品。
欧洲重要以菜子油为原料生产生物柴油,美国则以大豆油为原料生产。
普通小生物柴油厂采用间歇酯互换反映,而大型公司都采用持续酯互换反映生产生物柴油。
德国鲁奇(Lurgi)公司采用是两级持续醇解工艺油脂转化率达96%,过量甲醇可以回收继续作为原料进行反映。
德国斯科特公司(Sket)采用是持续脱甘油醇解工艺可以使醇解反映平衡不断向右移动,从而获得极高转化率。
鲁奇两级持续醇解工艺和斯科特持续脱甘油醇解工艺在欧洲和美国均有10万吨/年级工业化生产装置。
这两种工艺都在常压下进行,均加工精炼油脂。
其长处是工艺成熟,可间歇或持续操作,反映条件温和,适合于优质原料;缺陷是原料需精制,控制酸值不大于0.5,工艺流程复杂,甘油回收能耗高,三废排放多,腐蚀严重。
德国汉高(Henkel)公司开发了碱催化持续高压醇解工艺。
该工艺醇解温度220-240℃,压力9-10MPa,原料中甘油三酸酯转化率接近100%,游离脂肪酸大某些可以与甲醇发生酯化反映而生成脂肪酸甲酯。
此工艺长处是可使用高酸值原料,催化剂用量少,工艺流程短,适合规模化持续生产;缺陷是反映条件苛刻,对反映器规定高,甘油回收能耗较高。
b.国内生物柴油生产技术
国内重要以高酸值废弃油脂为原料,大多采用硫酸、有机磺酸等液体酸催化剂进行酸催化酯化-酯互换制备生物柴油。
中石化开发了基于超临界生物柴油生产技术,即将工业化。
此外,国内外还在研究:
a.BtL生产生物柴油术:
植物油犹如石油同样资源,每年产量是有限,以其为原料生产生物柴油不能满足大规模使用生物柴油需要和经济性;另一方面,除低芥酸、低硫甙“双低”菜子油外,其她原料油生产生物柴油只能以2-20%比例与石油基柴油混合,不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物质能 基础 核心技术 发展