生物質(zhì)利用技術(shù)分析和探討

1、學(xué)校代碼：10904 畢 業(yè) 論 文中國(guó)煤化工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景姓 名：潘冬冬學(xué) 號(hào)：201306230149指導(dǎo)教師：肖瑞瑞學(xué) 院：化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)完成日期：2016年1月5日生物質(zhì)利用技術(shù)分析和探討專(zhuān)業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù) 姓名：潘冬冬 指導(dǎo)教師：肖瑞瑞 摘 要： 生物質(zhì)是一種可再生的清潔能源，高效開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)對(duì)緩解全球能源危機(jī)、生態(tài)環(huán)境惡化等熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題必將發(fā)揮重要作用為此，介紹了生物質(zhì)能資源的特點(diǎn)和利用現(xiàn)狀，并概述了國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)利用技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)進(jìn)展關(guān)鍵詞： 生物質(zhì)，利用，物化轉(zhuǎn)換，氣化，液化ABSTRACT Biomass is a kind of rene

2、wable clean energy, efficient exploitation and utilization of biomass to ease the global energy crisis, the deterioration of ecological environment and the issues such as will play an important role. Therefore, this paper introduces the characteristics of biomass resources and utilization status, an

3、d summarized the progress in research and development of biomass utilization technology at home and abroad. Key Words: Biomass, The Use Of Chemical Conversion, Gasification, Liquefaction 1、生物質(zhì)能簡(jiǎn)介及轉(zhuǎn)化利用途徑1 1.1可再生能源1 1.2生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑22.生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)之秸稈發(fā)電2 生物質(zhì)能發(fā)電23.生物質(zhì)能利用生物液體燃料之沼氣34.我國(guó)主要能源作物的資源量分析3 4.1資源量3 4.2作

4、物4 4.2.1木薯4 4.2.2甘薯4 4.2.3甘蔗4 4.2.4甜高粱4 4.2.5油菜4 4.2.6玉米45.我國(guó)的生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀及前景5參考文獻(xiàn)7答 謝81、生物質(zhì)能簡(jiǎn)介及轉(zhuǎn)化利用途徑1.1可再生能源：可再生能源是指具有自我恢復(fù)原有特性，并可持續(xù)利用的一次能源。包括太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、氫能、風(fēng)能、波浪能以及海洋表面與深層之間的熱循環(huán)等。從探明的儲(chǔ)量分析，現(xiàn)在地球上的石油、天然氣和煤炭的總儲(chǔ)量分別為石油 1萬(wàn)億桶，天然氣 120萬(wàn)億立方米，煤炭 1萬(wàn)億噸。按照全世界對(duì)化石燃料的消耗速度計(jì)算，這些能源可供人類(lèi)使用的時(shí)間大約還有：石油 45-50年，天然氣 50-60年，煤炭 200

5、-220年。在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，盡量減少對(duì)不可再生的化石燃料的消耗，在有可能的情況下多使用可再生能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能、潮汐能)，是我們從現(xiàn)在起要關(guān)心和參與的事情。據(jù)IEA 國(guó)際能源署的定義，生物質(zhì)能分為固體生物質(zhì)、木炭、城市固體廢棄物、生物液態(tài)燃料和沼氣等，其直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固體燃料、液體燃料和氣體燃料。依據(jù)是否能大規(guī)模代替常規(guī)化石能源，而將生物質(zhì)能分為傳統(tǒng)生物質(zhì)能和現(xiàn)代生物質(zhì)能。傳統(tǒng)生物質(zhì)能主要包括農(nóng)村生活用途：薪柴、秸稈、稻草、稻殼和其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和畜禽糞便等；傳統(tǒng)生物質(zhì)能主要限于發(fā)展中國(guó)家，廣義來(lái)說(shuō)它包括所有小規(guī)模使用的生物質(zhì)能?，F(xiàn)

6、代生物質(zhì)能是指那些可以大規(guī)模用于代替常規(guī)能源即礦物類(lèi)固體、液體和氣體燃料的各種生物能1。生物質(zhì)資源具有總量大，低污染，分布廣，可儲(chǔ)存運(yùn)輸，易燃的特點(diǎn)。首先，全球生物質(zhì)能消耗量?jī)H次于煤、石油、天然氣，位居第4 位。地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重），相當(dāng)于目前每年總能耗的10倍。我國(guó)生物質(zhì)能也極為豐富，現(xiàn)在每年農(nóng)業(yè)剩余物量約為6.50 億t，2010 年達(dá)到7.26 億t，相當(dāng)于5 億t 標(biāo)煤。如果考慮日益增多的城市垃圾和生活污水、禽獸糞便等其他生物質(zhì)資源，我國(guó)每年的生物質(zhì)資源達(dá)6 億t 標(biāo)煤以上，扣除一部分做飼料和其他原料，可開(kāi)發(fā)為能源的生物質(zhì)資源達(dá)3 億多噸標(biāo)煤2。其次，

7、它是通過(guò)碳、氫、氧循環(huán)利用太陽(yáng)能的過(guò)程，理論上不產(chǎn)生溫室氣體，低含量的N，S化合物，可以大量減少SOx等有毒氣體排放，被稱(chēng)為綠色石油。每利用一萬(wàn)噸椐桿代替燃煤，可以減少CO2排放.4t，SO2 40t，煙塵100t。再次，生物質(zhì)能存在于世界上所有國(guó)家和地區(qū)，而且廉價(jià)、易取，生產(chǎn)過(guò)程十分簡(jiǎn)單。然后，在可再生能源中，生物質(zhì)能是唯一可以?xún)?chǔ)存與運(yùn)輸?shù)哪茉?，?duì)其加工轉(zhuǎn)換與連續(xù)使用提供方便。最后，在400左右的溫度下，生物質(zhì)能源大部分揮發(fā)組分可釋出，將其轉(zhuǎn)化為氣體燃料比較容易實(shí)現(xiàn)。1.2生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑主要包括燃燒、熱化學(xué)法、生物化學(xué)法、物理化學(xué)法等，可轉(zhuǎn)化為二次能源，分別為熱量或

8、電力、生物質(zhì)燃?xì)?、生物原油或木炭、液化油、沼氣、氫氣和成型燃料等。生物質(zhì)發(fā)電是利用農(nóng)作物秸稈、果樹(shù)枝、林業(yè)加工廢棄物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物、禽畜糞便等燃燒發(fā)電的技術(shù)。生物質(zhì)發(fā)電一共有四個(gè)主要過(guò)程，莊稼生長(zhǎng)，收獲并獲得廢料，運(yùn)輸廢料，燃燒廢料。2.生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)之秸稈發(fā)電2.1生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電是現(xiàn)代生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用的成熟技術(shù)，是通過(guò)將生物質(zhì)能直接燃燒或轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w后燃燒，產(chǎn)生熱量進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，生物質(zhì)能發(fā)電，特別是秸稈發(fā)電已形成非常成熟的產(chǎn)業(yè)，成為一些國(guó)家重要的發(fā)電和供熱方式。目前國(guó)際上，丹麥在秸稈發(fā)電技術(shù)上較為先進(jìn)，且得到了廣泛應(yīng)用。丹麥BWE 公司是世界領(lǐng)先者，

9、第一家秸稈燃燒發(fā)電廠于1998 年投入運(yùn)行。此后，BWE 公司在西歐設(shè)計(jì)并建造了大量的生物發(fā)電廠，其中最大的發(fā)電廠是英國(guó)的Elyan 發(fā)電廠，裝機(jī)容量為38mW。目前丹麥建立了13 家秸稈發(fā)電廠，還有一部分燒木屑或垃圾的發(fā)電廠也兼燒秸稈，秸稈發(fā)電等可再生能源占到全國(guó)能源消費(fèi)量的24%以上。BWE 公司的秸稈發(fā)電技術(shù)已走向世界，被聯(lián)合國(guó)列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，瑞典、芬蘭、西班牙等國(guó)由BWE 公司提供技術(shù)設(shè)備建成了秸稈發(fā)電廠，許多國(guó)家還制定了相應(yīng)的計(jì)劃，如日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”，美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”，印度的“綠色能源工廠”等，它們都將秸稈發(fā)電技術(shù)作為21 世紀(jì)發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程。在生物質(zhì)能中秸稈已經(jīng)

10、被認(rèn)為是最具開(kāi)發(fā)利用規(guī)模的一種綠色可再生能源，推廣秸稈發(fā)電，將具有重要意義：農(nóng)作物秸稈量大，覆蓋面廣，燃料來(lái)源充足。秸稈含硫量很低。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)有關(guān)研究表明，秸稈的平均含硫量只有3.80 ，而煤的平均含硫量約達(dá)1%。且低溫燃燒產(chǎn)生的氮氧化物較少，所以除塵后的煙氣不進(jìn)行脫硫，煙氣可直接通過(guò)煙囪排入大氣。丹麥等國(guó)家的運(yùn)行試驗(yàn)表明秸稈鍋爐經(jīng)除塵后的煙氣不加其他凈化措施完全能夠滿(mǎn)足環(huán)保要求。所以秸稈發(fā)電不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，還有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。各類(lèi)作物秸稈發(fā)熱量略有區(qū)別，但經(jīng)測(cè)定，秸稈熱值15000kJ/kg，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的50%。其中麥秸稈、玉米秸稈的發(fā)熱量在農(nóng)作物秸稈中最小，低位發(fā)熱量

11、有14.40mJ/kg，相當(dāng)0.492kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。使用秸稈發(fā)電，可降低煤炭消耗。秸稈通常含有3%-5%的灰分，這種灰以鍋爐飛灰和灰渣、爐底灰的形式被收集，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。作為燃料，煤炭開(kāi)采具有一定的危險(xiǎn)性，特別是礦井開(kāi)采，管理難度大。農(nóng)作物秸稈與其相比，則危險(xiǎn)性小，易管理，且屬于廢棄物利用。德國(guó)在20 世紀(jì)80年代提出的控制NOX 排放的燃料分級(jí)燃燒技術(shù)，也可用于秸稈煤粉混燒。試驗(yàn)證明，對(duì)于固體和液體燃料，再燃燃料的揮發(fā)分越高，則再燃效果越好。在固體燃料中，稻秸的揮發(fā)分為75%，為最佳再燃燃料。到2005年底，全世界生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量約為5000萬(wàn)千

12、瓦，主要集中在北歐和美國(guó)。3.生物質(zhì)能利用生物液體燃料之沼氣沼氣已是成熟的生物質(zhì)能利用技術(shù)，在歐洲、中國(guó)和印度等地已建設(shè)了大量沼氣工程和分散的戶(hù)用沼氣池。生物液體燃料是重要的石油替代產(chǎn)品，主要包括燃料乙醇和生物柴油。全世界生物燃料乙醇年產(chǎn)量約3000萬(wàn)噸，主要集中在巴西、美國(guó)；生物柴油年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸，主要集中在德國(guó)。4.我國(guó)主要能源作物的資源量分析4.1資源量中國(guó)現(xiàn)有荒草地7億多畝，鹽堿地15億畝。利用山地、荒地等未利用土地，選擇適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)條件的品種進(jìn)行培育和繁殖，重點(diǎn)支持咀薯類(lèi)、甜高粱、糖蜜及纖維素資源等非糧原料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。4.2作物4.2.1木薯：2005年中國(guó)木薯種植面積約60萬(wàn)公

13、頃，總產(chǎn)量1100萬(wàn)噸。中國(guó)在適合木薯生長(zhǎng)的廣西、廣東、海南、福建、云南五省區(qū)約荒草地、裸土地、后備宜林、宜農(nóng)、宜牧荒山、荒地等未利用土地2億畝。若開(kāi)發(fā)l5，則用于種植面積至少為4000萬(wàn)畝，按畝產(chǎn)2噸計(jì)算，收獲8000萬(wàn)噸木薯，在保證現(xiàn)有木薯淀粉生產(chǎn)水平下，可生產(chǎn)燃料乙醇約1000萬(wàn)噸。4.2.2甘薯：中國(guó)甘薯種植面積廣泛，2005年種植面積500萬(wàn)公頃，總產(chǎn)量l億多噸，畝產(chǎn)鮮薯約2-5噸，其中直接食用15，加工45，飼料35。淀粉含量在1830，約8噸甘薯可生產(chǎn)1噸燃料乙醇。目前，四川、山東、重慶、河南、安徽、河北尚有7000多萬(wàn)畝荒地可供開(kāi)發(fā)。4.2.3甘蔗：2005年全國(guó)甘蔗種植面積約

14、2000多萬(wàn)畝，主要分布在廣西、云南、廣東、海南和福建等南方9省區(qū)，甘蔗產(chǎn)量為8600多萬(wàn)噸，主要用于制糖。生產(chǎn)燃料乙醇主要是利用制糖下腳料糖蜜生產(chǎn)酒精。副產(chǎn)品糖蜜200多萬(wàn)噸，可以生產(chǎn)燃料乙醇60萬(wàn)噸。4.2.4甜高粱：甜高梁是普通高粱的一個(gè)變種，具有耐干旱、耐水澇、抗鹽堿等多重抗逆性。除獲得糧食外，畝產(chǎn)莖桿4噸左右，含耱量17左右。目前，全國(guó)高粱播種面積為800多萬(wàn)畝(其中甜高粱40萬(wàn)畝)，總產(chǎn)量250多萬(wàn)噸。中國(guó)現(xiàn)有鹽堿地1000多萬(wàn)公頃，若開(kāi)發(fā)1，5，種植3000萬(wàn)畝甜高粱，產(chǎn)量按大田50計(jì)，收獲甜高粱莖桿09億噸可生產(chǎn)1500萬(wàn)噸燃料乙醇。4.2.5油菜：2005年全國(guó)油菜播種面積為

15、l億畝，總產(chǎn)量1300多萬(wàn)噸。長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)是最集中的油菜產(chǎn)區(qū)，播種面積和產(chǎn)量均占全國(guó)的80以上。中國(guó)南方水田區(qū)每年有冬閑田約400萬(wàn)公頃，其它區(qū)域也存在不同類(lèi)型的季節(jié)性閑地約500萬(wàn)公頃。適合種植油菜籽，開(kāi)發(fā)生物柴油。油菜畝產(chǎn)菜籽150公斤，平均產(chǎn)油率30。如利用上述土地的50種植油菜，可生產(chǎn)菜籽2000多萬(wàn)噸，生產(chǎn)生物柴油約600萬(wàn)噸。4.2.6玉米：2005年全國(guó)玉米播種面積達(dá)到2600萬(wàn)公頃，玉米總產(chǎn)量近14億噸。其中作為飼料占73；工業(yè)利用量占20：食用量不到6。中國(guó)己建設(shè)了以陳化糧為原料生產(chǎn)燃料乙醇的示范工程，分別在6省市進(jìn)行示范，年生產(chǎn)能力達(dá)100萬(wàn)噸。玉米加工后的副產(chǎn)品是很好

16、的蛋白質(zhì)飼料。由于加工過(guò)程中玉米的粗蛋白營(yíng)養(yǎng)成分被保留，而且濃縮了發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的許多營(yíng)養(yǎng)成分，飼喂效果更好。中國(guó)能源飼料原料來(lái)源豐富，但蛋白質(zhì)飼料原料短缺，每年進(jìn)口高達(dá)2200萬(wàn)噸。35.我國(guó)的生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀及前景2005年，我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用總量(不包括傳統(tǒng)方式利用生物質(zhì)能)約1.66億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約為2005年全國(guó)一次能源消費(fèi)總量的7.5%。我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)生量約6億噸，除部分作為造紙?jiān)虾托竽溜暳贤?，大約3億噸可作為燃料使用，折合約1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。林木枝椏和林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億噸，大約3億噸可作為能源利用，折合約2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。甜高粱、小桐子、黃連木、油桐等能源作物(植物)

17、可種植面積達(dá)2000多萬(wàn)公頃，可滿(mǎn)足年產(chǎn)量約5000萬(wàn)噸生物液體燃料的原料需求。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)家，農(nóng)村人口占總?cè)丝诘?0%以上，生物質(zhì)能一直是農(nóng)村的主要能源之一，在國(guó)家能源構(gòu)成中也占有重要地位。我國(guó)政府及有關(guān)部門(mén)對(duì)生物質(zhì)能利用極為重視，已連續(xù)四個(gè)“五年計(jì)劃”將生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，開(kāi)展了生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，并取得了多項(xiàng)科研成果。2005 年12 月在山東棗莊的十里泉發(fā)電廠建成投產(chǎn)的我國(guó)首臺(tái)“煤粉秸稈混燃”發(fā)電機(jī)組，從丹麥BWE 公司引進(jìn)秸稈發(fā)電技術(shù)，每年將燃用10.50 萬(wàn)多t 秸稈，相當(dāng)于減少7.56 萬(wàn)t 原煤消耗，與改造前單純?nèi)济喊l(fā)電相比，利用秸

18、稈煤粉混燒發(fā)電技術(shù)改造后的這臺(tái)機(jī)組每年可減少SO2 排放1.50t，有效減少了有害氣體及懸浮顆粒對(duì)大氣的污染4。畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)有機(jī)廢水理論上可年產(chǎn)沼氣約800億立方米，全國(guó)城市生活垃圾年產(chǎn)生量約1.2億噸。2005年底，全國(guó)戶(hù)用沼氣池已達(dá)到1800萬(wàn)戶(hù)，年產(chǎn)沼氣約70億立方米；建成大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程和工業(yè)有機(jī)廢水沼氣工程約1500處，年產(chǎn)沼氣約10億立方米。沼氣技術(shù)已從單純的能源利用發(fā)展成廢棄物處理和生物質(zhì)多層次綜合利用，并廣泛地同養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)相結(jié)合，成為發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)和鞏固生態(tài)建設(shè)成果的一個(gè)重要途徑。沼氣工程的零部件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，沼氣技術(shù)服務(wù)體系已比較完善。我國(guó)已開(kāi)始在交通燃料

19、中使用燃料乙醇。以糧食為原料的燃料乙醇年生產(chǎn)能力為102萬(wàn)噸；以非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)已初步具備商業(yè)化發(fā)展條件。以餐飲業(yè)廢油、榨油廠油渣、油料作物為原料的生物柴油生產(chǎn)能力達(dá)到年產(chǎn)5萬(wàn)噸。到2020年，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電(包括蔗渣發(fā)電)總裝機(jī)容量將達(dá)到2400萬(wàn)千瓦。在宜林荒山、荒地、沙地開(kāi)展能源林建設(shè)，為農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電提供燃料。到2020年，將建成大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程10000座、工業(yè)有機(jī)廢水沼氣工程6000座，年產(chǎn)沼氣約140億立方米，沼氣發(fā)電達(dá)到300萬(wàn)千瓦。到2020年，約8000萬(wàn)戶(hù)(約3億人)農(nóng)村居民生活燃?xì)庵饕褂谜託?，年沼氣利用量約300億立方米。根據(jù)我國(guó)土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特

20、點(diǎn)，合理選育和科學(xué)種植能源植物，建設(shè)規(guī)?；瞎?yīng)基地和大型生物液體燃料加工企業(yè)。雖然我國(guó)在生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)方面取得了很好成績(jī)，但技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在一定差距；在我國(guó)現(xiàn)實(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中還存在一些消極因素制約并阻礙著生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展、推廣和應(yīng)用。我國(guó)生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)有必要借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，積極尋求國(guó)際合作的機(jī)會(huì)，引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)與裝備，爭(zhēng)取國(guó)際組織或發(fā)達(dá)國(guó)家的援助或資助，建立具有規(guī)模效益的新技術(shù)實(shí)驗(yàn)示范工程，加大開(kāi)發(fā)與應(yīng)用力度，加快我國(guó)生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。參考文獻(xiàn)1 樊沖,汪軍.生物質(zhì)能的利用技術(shù) 上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093起止頁(yè)碼（第115121頁(yè)）2 李平，徐浩泉.蔗糠燃料特性與煤粉混燒技術(shù)的研究J.實(shí)驗(yàn)研究，2001（1）31- 33.起止頁(yè)碼（第220235頁(yè)）3寇建平，中國(guó)生物質(zhì)能使用現(xiàn)狀及展望，農(nóng)業(yè)部科教司能源生態(tài)處，北京1000264 賈小黎，丁航等.中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、問(wèn)題和建議J.太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)論壇，2007（5）10- 13.5 吳根，白麗梅等.生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討J.環(huán)境科學(xué)與管理，2008（3