生物质能转换形式及秸秆气化技术

关键词： 生物质； 生物质能； 能源转换； 秸秆气化 中图分类号： &%#’(%
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表 ! 生物质气化技术产业发展目标 （ 亿+）
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阶段， 我国东北玉米主产区， 若无外部补贴 （每生产 ，陈化玉米燃料乙醇项 ! - 燃料乙醇需补贴 "." 元） 目在经济上不可接受； 若在国内其它地区运行此项 目， 经济上更不可行。 我国利用纤维素生产酒精的潜力是十分巨大 的。我国每年仅农作物秸秆产量就达 # 亿 - ， 可生产 无水酒精近 ! 亿 -。利用纤维素生产酒精的技术目 前虽已基本成熟，但由于纤维素酶的成本过高， 且 生产过程中酶用量偏大， 导致纤维素酒精的价格无 法与粮食酒精相竞争。因此， 需加强以下几个方面 的研究： 第一， 通过基因工程选育高产纤维素酶、 木 质素酶菌种； 第二， 进行固体发酵技术的研究， 解决 污染重、 成本高的问题； 第三， 进一步研究纤维素原 料预处理、 酶水解及水解发酵等技术， 以有效降低 纤维素生产酒精的生产成本。
国生物质转化利用技术还刚起步， 大量生物质被白 白烧掉， 既造成浪费， 又污染环境。生物质能源的转 换及利用， 对于合理利用资源、 缓解能源紧张、 提高 能源品位、 改善环境质量具有重要意义。 回收利用生物质的途径是综合的、多元的， 已 形成所谓的 “+:” 路线， 即 :799;< （饲料） 、 （纤 :0H<; 维） 、 （燃料） 、 （肥料） 和 :;;9&=7BP （原 :4;8 :;<=080>;< 料） 等。在生物质 “+:” 的转换利用中， 能量转换及利 用技术是主要研究方向。目前， 生物质能源转换的 方式主要有 ! 种， 即生物质气化、 生物质固化和生 物质液化。其中应用较多的是生物质气化技术和生 物质液化技术。
&.%、 N.0 和灰尘排放量比石化燃料要小得多，是一
种清洁燃料。生物质能被称为是取之不尽、 用之不 竭的未来能源。 我国生物质资源非常丰富， 全国每年可生产生 物质 +" 亿 =， 其中农业生产的生物质约 O 亿 =。但我
收稿日期： 修订日期： %""+*"M*%% ； %""’*"%*#" 作者简介： 毛建华 （#$M" —） ， 男， 浙江人， 研究员， 主要从事土壤肥料方面研究工作 (
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天津农业科学
第 !" 卷
是 “热煤气” 再与空气二次混合， 进行完全燃烧。 “热煤气”的直燃热利用与生物质物料的直接 燃烧相比， 有以下特点： （!） 燃烧完全， 洁净， 无污染物排放； 燃烧温度高， 热煤气的显热与其所含的其 （"） 它可燃烧成分燃烧释放的潜热，使燃烧温度高达 特殊燃烧条件下可达 ! ’%% &， 而秸秆直接 ! $%% &， 燃烧的火焰温度仅 #%%(’%% &； （)） 热煤气燃烧火力强， 升温快， 可取代煤、 油 等常规能源； （*） 可调控， 燃烧的火焰温度、 热能强度可适时 控制、 调节， 并实现开、 关两位操作。 生物质气化技术包括沼气发酵技术和秸秆气 化技术 （即热解气化技术） 。从我国新能源和可再生 能源产业发展目标中可看出， 未来 !% 年内， 生物质 气化技术产业将得到快速发展 （表 ! ） 。
参考文献： ［! ］ 李瑞阳%#! 世纪的重要能源——生物质能 ［0］ （!(） ： %世界科学， !&&&
#%# 秸秆气化集中供气技术 自 !&&’ 年在山东桓台建成我国第一个秸秆气
化集中供气试点以来， 山东、 河北、 河南、 辽宁、 黑龙 江、 吉林、 北京、 天津、 江苏、 安徽、 山西、 湖北、 云南、 甘肃等省市都陆续推广应用了秸秆气化集中供气 技术。至目前， 全国已有 ’(( 多个秸秆气化集中供 气站。经过十几年来的科技攻关、 试验示范， 该项技 术已不断改进， 设备配套亦日益完善， 燃气站的运 行管理积累了一定经验，并制定了相应的企业、 地 方和行业标准， 这些都为该项技术的产业化发展奠 定了良好基础。 “生物质能技术及产品”被列入 #((’ 年度科技 部重点支持的 “科技型中小企业技术创新基金” 项 目。 目前， 山 #((’ 年 ) 月笔者参加了该项目的评审。 东省科学院能源所、 辽宁省能源所、 河南省能源所、 河南焦作秸秆燃气公司、 中科院广州能源所、 林科院 林产化工所、 浙江大学热能所、 四川绵阳通美能源公 司、 河北石油化工院等都有秸秆气化设备的生产。 秸秆气化集中供气技术目前已形成了包括热 解气化炉、 储气装置、 输配气系统和燃具等配套技 术和产品。集中供气系统通常以自然村为单位， 一 个 #(( 户居民的自然村， 系统总投资为 ’( 万元， 户 均只需负担 # ((( 元，这对一些地区的村镇居民是 可以承担的。 天津市北辰区大张庄镇小孟庄村 #((* 年 # 月， 的秸秆气化系统正式投入运行。全村 #(( 多户 +(( 余人用秸秆燃气， 每年消耗秸秆量 +(( ,。每户每天 $ 用气 * - ， 一天不超过 ! 元钱。 农民把秸秆卖给供气
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工业废水沼气工程 沼气累计总量 农业废弃物沼气工程 沼气累计总量 秸秆气化供气 0 发电 累计供气总量
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（摘自 《中国新能源和可再生能源产业发展目标》 ）
!," 生物质液化技术
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",! 秸秆气化的热化反应特点
以纤维素、 半纤维素和木质素构成的农作物秸 秆与煤质燃料及硬木燃料的热化学反应是大不相 同的 （表 " ） 。 可以看出， 一年生的农作物秸秆和杂草， 属高 挥发分 、 低炭化度的物料， 其 纤 维 素 含 量 高 达 ’$/ 左右， 炭化程度 （以 固 定 炭 占 可 燃 组 分 的 比 例 为 标 志） 平均为 !’/ ， 但含量仅为 ! 0 # （!#/(!.,"/ ） 的固 定 炭 ， 其 发 热 量 却 占 物 料 总 发 热 量 的 ! 0 ) （)*/( 。由此可得出， 秸秆类生物质物料由其属性决 )1/） 定了其热化反应的 “三高三低” 特点， 即： （! ） 挥发分
天津农业科学 土壤肥料
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（$ ） ： !""# ， $! %&津市土壤肥料研究所， 天津 !""#$% ）
摘
要： 阐述了生物质能转换利用的主要形式， 并对秸秆气化集中供气技术做了重点介绍。 文献标识码： ) 文章编号： （ %""’ ） #""’*’+"" "#*"""+*"!
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! 年生 ! 年生 ! 年生 ! 年生
含量高， 炭化程度低； （# ） 气化或燃烧产物 “油气” 含 量高， 热反应温度低； （$ ） 水分含量 （大 气 环 境 水 和 结晶水） 及气化煤气中惰性气体 （氮 ） 含量高、 气化 煤气的热值低。
第!期
毛建华： 生物质能转换形式及秸秆气化技术 表 # 不同物料的组分含量及发热量
・ ・ " （ 1）
物料 无烟煤 烟煤 硬木料 豆秸 稻草 玉米秸 杂草
挥发分占可燃组分的比例
固定炭占可燃组分的比例
固定炭发热量占总发热量的比例
注 地质纪年 地质纪年 多年生
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!,"," 生 物 质 直 接 液 化 和 裂 解 液 化 技 术 生 物 质 的
直接液化 （又称高压液化） 是将生物质、 一定的溶剂 和催化剂放入高压釜中，通入氢气或惰性气体， 在 适当的温度和压力下将生物质直接液化的技术。 生物质裂解液化是在无氧或缺氧条件下，利用 热能切断生物质大分子链，使之转变为小分子物质 的过程。 生物质直接液化和生物质裂解液化技术， 最 终得到的是生物柴油等生物质油及其它化工原料。
生物质液化技术是通过物理、化学和生物方 法， 使木质素、 纤维素或淀粉等转化为醇类、 可燃性 油或其它化工原料。生物质液化技术主要包括： 生 物质水解发酵制燃料乙醇技术， 生物质直接液化技 术和生物质裂解液化技术。