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第44卷第3期2010年5月生物质化学工程B iomass Che m ical Eng i n eering V o.l 44No .3M ay 2010生物质热解液化制备生物油技术研究进展收稿日期:2010-02-03基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助(200804251020作者简介:路冉冉(1987-,女,山东聊城人,硕士生,研究方向为微波生物质热解技术*通讯作者:商辉(1974-,女,河北保定人,副研究员,博士,从事生物能源与微波化学研究;E -m ai:l shangh l@j m sn .co m 。
路冉冉1,商辉1*,李军2(1.中国石油大学(北京重质油国家重点实验室,北京102249;2.中国石油规划总院,北京100083摘要:介绍了国内外生物质热解液化工艺、主要反应器及其应用现状;简述了生物质催化热解、生物质与煤共热解液化、微波生物质热解、热等离子体生物质热解几种新型热解工艺;并对目前生物质热解动力学研究进行了总结;对未来生物质热解液化技术的研究进行了展望。
关键词:生物质;热解;液化;生物油中图分类号:TQ351 文献标识码:A 文章编号:1673-5854(201003-0054-06Research Progress on Bi o mass Pyr ol ysis Technol ogy f or L i qui d O il Producti onLU Ran -ran 1,SHANG H u i 1,LI Jun 2(1.S tate K ey L aboratory of H eavy O il Processing ,China U n i versity of Pe tro leum (Be iji ng,Be iji ng 102249,Ch i na ;2.Ch i na P etro l eu m Eng i nee ri ng and P l ann i ng Instit ute ,Be iji ng 100083,Chi naAbstrac t :B i om ass li que facti on techno logy,m ai n reactor types for b i om ass pyro lysis and t he ir deve lop m ent status i n do m estic and aboard we re descr ibed .Cata l y ti c py ro l y si s of b i omass ,co -li que facti on o f bio m ass and coa,l m i crowave assi sted pyro l ysis as w ell as ther m a l plas m a b i o m ass pyro l ysis techno l og ies were descri bed ,and t he curren t k i neti cs o f b i om ass pyro lysisw ere su mm ar ized .T he future o f bio m ass li que facti on techno log i es w ere prospected .K ey word s :b i o m ass ;pyrolysis ;lique facti on ;b i o -o il能源是社会经济发展和人类赖以生存的基础,当前社会的主要能源是化石能源,属不可再生资源。
秸秆热解液化制备生物油技术石油短缺和能源结构不合理是我国的基本国情，经济的快速增长也决定我国能源消费将不断增长。
面对能源紧缺特别是液体燃料的严重短缺和巨大消耗、石化能源消耗带来环境污染的多重压力，提高我国能源安全水平、缓解生态环境污染迫在眉睫。
解决能源安全和环境污染问题，一方面要节约能源，减少能源消耗，但最根本的是寻求和开发来源充足、供应安全、环境友好的替代能源。
生物质能是以生物质为载体的能量，是一种可再生、资源丰富且相对较利于环保的能源。
农作物秸秆主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类，是生物质资源最重要的来源之一。
据统计，我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨，占世界作物秸秆总产量的20%～30%。
近几年，随着我国农村经济发展和农民收入增加，农村居民用能结构正在发生着明显的变化，煤、油、气、电等商品能源得到越来越普遍的应用。
秸秆的大量剩余，导致了一系列的环境和社会问题，每到夏秋两季，“村村点火，处处冒烟”的现象十分普遍。
据调查，目前我国秸秆利用率约为33%，其中经过技术处理后利用的仅约占2.6%。
秸秆就地焚烧不仅造成大量资源和能源浪费，环境污染也不容忽视。
因此，开展秸秆的能源高效转化利用技术研究和能源产品开发成为亟待解决的农业、能源和环境问题，对保障国家能源安全、国民经济可持续发展和保护环境具有重要意义。
生物质液化主要包括生物化学法制备燃料乙醇和热化学法制备生物油，前者一般指采用水解、发酵等手段将秸秆等生物质转化成燃料乙醇，后者则是通过快速热解液化、加压催化液化等进行转化。
生物质液化生物油能替代石油的前景早已引起世界各国的普遍重视，许多国家纷纷将其列为国家能源可持续发展战略的重要组成部分和21世纪能源发展战略的基本选择之一。
1热化学法制备生物油技术1.1快速热解液化秸秆、林业废弃物等生物质快速热解液化技术是采用常压、超高加热速率(103K/s～104K/s)、超短产物停留时间(0.5～1s)及适中的裂解温度(500℃左右)，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽，蒸汽被迅速冷凝，同时获得液体燃料、少量不可凝气体和焦炭。
广西科学院学报 2008,24(3):225～230Journal of Gua ng xi Academ y of Sciences V ol.24,N o.3 Aug ust 2008收稿日期:2008-01-17修回日期:2008-07-08作者简介:王富丽(1976-),女,硕士,主要从事催化合成反应及其生物质转化研究。
生物质快速热解液化技术的研究进展The Advances in the Liquefaction Technologies of Fast Pyrolysis of Biomass王富丽1,黄世勇1,宋清滨2,黄志民1,黎贞崇1W ANG Fu-li 1,HU AN G Shi-yong 1,SONG Qing-bin 2,HUAN G Z hi-min 1,LI Zhen-chong1(1.广西科学院,广西南宁 530007;2.辽宁林业职业技术学院,辽宁沈阳 110101)(1.Guang xi Academy of Sciences ,Nanning ,Guangxi ,530007,China ; 2.Liaoning Forestry Vocation -Technical College ,Shenyang ,Liao ning ,110101,C hina )摘要:生物质快速热解液化技术的研究已经取得了较大进展,但是在工艺技术上仍然存在生物质转化不完全、生物质利用率不高,有些生物质原料热解获得的生物油组成复杂、热值较低、不能直接利用等问题;同时生物质快速热解液化技术理论研究滞后,制约了该技术水平的提高和发展。
我国生物质快速热解液化技术的研究起步较晚,建议加大资助力度以缩小与欧美等发达国家的差距。
关键词:生物质 快速热解 液化 进展中图法分类号:T K6 文献标识码:A 文章编号:1002-7378(2008)03-0225-06Abstract:The liquefaction technologies of fast pyroly sis of biom ass have obtained g reat advances in the recent years.How ever,there are som e draw backs in the technologies such as incomplete conv ersion of biomass,low using rate of stocks,complex com ponents and low caloric values of bio -oil and difficultly direct utilization .At the same time ,the study on mechanism of biomass liquefaction of fast pyroly sis also lags,which limits the prog ress and promotion of the technologies.As a result,the theory studies can not efficiently instruct the practical project application .Our country starts relativ ely late in the liquefactio n technologies of fast py rolysis of biomass .Therefo re ,for reducing the difference to occident ,it is im portant to increase the inv estment in liquefaction technologies of fast py rolysis of biomass.Key words :biomass,fast pyrolysis,liquefactio n,adv ances 生物质能因其自身具有可再生性、低污染性以及高产量性等优点越来越受到人们的重视。
利用微藻热化学液化制备生物油的研究进展前言随着现代工业的飞速发展，大量化石能源消耗所带来的化石燃料紧缺和严重的环境污染问题已成为制约全球可持续发展的两大难题。
生物质能储量丰富，并且是唯一可以转化为液体燃料的可再生资源，现已逐渐成为国内外新能源研制和开发的热点。
而在众多的生物质中，微藻具有光合作用效率高、生物量大、生长周期短、环境适应能力强、易培养、脂类含量高、生长过程中可高效固定二氧化碳等特点，是制备生物质液体燃料的良好材料[1~5]。
利用微藻制备液体燃料在环保和能源供应方面都具有非常重要的意义，商业化前景良好[6，7]。
2007年， Williams[8]综合近年来的研究成果，指出微藻生物燃料的开发可以降低因使用化石能源给社会和环境带来的影响，将会成为未来生物燃料开发的趋势。
Ayhan Demirbas[9]则指出藻类即将成为最重要的生物燃料来源之一，微藻能源的广泛使用将会解决威胁全人类的全球气候变暖问题。
微藻热化学液化制备生物油技术将藻类转换成液体燃料的研究始于 20世纪 80年代中期，当时人们通常用溶剂萃取微藻中的脂类成分，分离得到油脂后进一步甲酯化或乙酯化生产生物柴油(萃取酯化法)。
该技术起步早，生产工艺相对成熟，所得油品质量好，使用性能与矿物石油基本相当，是目前国内外研究者以微藻为原料制备液体燃料最常用的实验室方法。
但萃取酯化法只能将微藻的脂类组分能源化，对原料脂类含量有较高要求，所得产物性能受脂类组成的影响很大，并存在生产步骤多、过程总体效率较低、能耗高等缺点，难以实现大规模工业化应用。
近年来，人们又研究采用热化学液化的方法将微藻转化为优质的生物油。
生物油是便于运输、存储的绿色燃料，经过精制可转化为替代石油的常规燃料。
生物油(由快速热解木材和微藻制备)与石油的部分典型属性值比较见表1[10]。
热化学液化方法预处理和生产过程简单、生产成本相对较低、转化率高，是实现藻细胞所有组分能源化，获得高产率绿色液体燃料的有效方法，对其进行深入研究，对于解决当前化石能源短缺和环境污染问题具有重要的现实意义。
2013 年第42 卷第8 期·833·石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY［收稿日期］ 2012 - 08 - 24；［修改稿日期］ 2013 - 05 - 02。
［作者简介］ 朱锡锋（1962—），男，安徽省南陵县人，博士，教授，博士生导师，电话 0551 - 63600040，电邮 xfzhu@ 。
［基金项目］ 国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2012AA051803）；国家自然科学基金项目（50930006）；国家科技支撑计划项目（2011BAD22B07）。
特约述评大量使用煤和石油等化石能源不仅导致环境污染，破坏生态系统，而且将加剧化石能源的枯竭，使人类面临能源匮乏的困境。
另外，由于小规模利用生物质炊事取暖的传统方式已不符合现代生活水平发展的需要，近年来，我国农村焚烧秸秆的现象屡禁不止，这一方面造成资源的巨大浪费，另一方面导致环境严重污染。
在此情况下，作为唯一可直接转化为液体燃料的可再生能源，生物质的生化转化技术和热化学转化技术引起国内外学者的广泛关注，其中生物质热解液化技术成为生物质能领域的研究热点，近年来在原料预处理、热解工艺和生物油精制等方面取得了显著进展。
本文从原料预处理、热解工艺和生物油精制3个方面对生物质热解液化技术的最新研究成果进行总结，并指出生物质热解液化技术的未来发展趋势。
1 原料预处理作为最简易的预处理方式，破碎和干燥虽能提高生物质原料的传热性能，降低其含水率并改善其热解特性，但经此简单预处理的生物质原料依然存在水含量高、体积密度小和破碎能耗高等不足，而原料中过多的水分会导致生物油的含水率过高，这不仅降低了其热值，而且影响生物油的稳定性，生物质快速热解液化技术研究进展朱锡锋，李 明（中国科学技术大学 安徽省生物质洁净能源重点实验室，安徽 合肥 230026）［摘要］ 总结了生物质热解液化技术在原料预处理、热解工艺和生物油精制3个方面的最新研究成果。
生物质热解技术制备生物油研究现状及展望摘要：随着我国国民经济的不断发展，煤炭、石油等不可再生资源的开发程度也在不断增加，给我国带来了较大的压力。
而生物质能源是一种非常重要的可再生资源，如果能够得到深入全面的开发，就能够较好的进行能源替代，解决当前我国社会环境中所产生的能源危机，避免传统能源使用过程中出现的环境污染。
本文先阐述了生物质热解技术的相关内容，接着从热催化剂和生物质热解反应器两个方面来展示了当前这项技术在制备生物油方面的具体现状，最后还对这项技术的未来发展进行了展望。
关键词：生物质；生物油；热解技术；热催化剂在过去我国经济的发展中，很多行业都处于粗放式运作模式，使得我国社会产业的发展都对生态环境带来了较为显著的破坏。
目前我国已经充分认识到了这种经济发展模式所带来的危害与弊端，并寻求一种绿色高效的经济发展新模式。
而生物质热解技术就是符合这种发展模式的重要方法，同时也能够对当前的农业废弃物和各类生物垃圾进行综合处理，最终将其转化为有用的生物油。
在这种情况下，就有必要对生物质热解技术的发展现状进行全方位的分析，并探索其在我国当前社会行业环境中的应用空间。
一、生物质热解技术的相关概述生物质热解技术主要是指将农林废弃物以及其他有机物垃圾，在无氧或者缺氧环境中进行热分解，组中能够生成生物油、木炭、不可冷凝气体等物质。
在具体反应过程中，最终生成物质的比例主要取决于所使用的工艺内容和外部温度条件。
比如温度处于580℃以下的时候，最终生成的物质主要为木炭；温度处于650℃的时候，最终生成的物质主要为生物油；温度处于1100℃以上的时候，最终生成的物质主要为不可冷凝气体。
通过观察生物质热解技术的具体反应过程可以知道，整个技术主要可以分为催化热解和混合热解。
其中前者主要是使用各类催化剂来实现生物油制备过程的高效性，同时也能够兼顾保证最终生物油的质量。
在催化热解过程中，既可以在反应过程中直接接入各类热催化剂，同时也可以先将生物质进行快速热解，然后使用催化剂进行提质。
生物质热解制取生物油的研究进展摘要：文章介绍了国内外生物质热解的发展现状与趋势，概述了我国生物质热解制取生物油的潜力。
文章对生物质热解制取生物油进行了展望，并指出了生物质热解制取生物油的发展战略。
关键词：生物质热解生物油一、引言维持现代文明社会正常运转的主要能源来自石油、煤和天然气。
然而，这些化石燃料的广泛使用造成了严重环境污染和温室效应。
为了保护环境，实现温室气体减排，缓解能源供需的紧张状况，世界各国均在加紧开发包括生物质能在内的各种可再生能源。
我国农林废弃资源丰富，直接燃烧对环境污染大。
利用生物质热解技术原理可以将麦秸秆、玉米杆、谷壳等废气生物质转化为生物油。
生物油是一种褐色液体，热值约为15MJ/kg，能够用于工业锅炉或窑炉燃烧供热，也可用于涡轮机或透平中燃烧发电。
生物油经过品质提升后（如催化加氢、催化裂解和气化-费托合成），可以转化为汽油或柴油。
该文主要对生物质热解液化研究进展进行介绍，综述了这类可再生资源的利用现状、潜力及今后发展的方向。
二、国内外生物质热解研究现状20 世纪70年代的石油危机，世界各国纷纷寻求可替代化石能源的可再生能源，“生物质”渐渐引起人们的注意，因此对生物质的研究由此开始，尤其是对生物质热解的研究更是引起广大研究者的重视。
上世纪80年代早期，北美首先开展了热解技术的研究工作。
此后，世界各国先后建立了多种热解装置和相关工艺路线，力图实现热解技术的产业化。
生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，许多研究者用闪解来增加热解的液体产物和气体产物。
任铮伟等[1]在最大进料速率为5kg/h的快速裂解流化床内进行了快速热解生物质制取液体燃料的研究。
反应在常压和420～525℃温度范围内进行，以木屑为原料，CO2 为流化气，石英沙为传热介质，最大液体质量产率达到70%。
戴先文等[2]以木屑为原料，氮气为流化气，采用石英沙作为传热介质，在循环流化床中进行快速热解实验。
当温度为550℃，木屑粒径0.38mm，停留时间0.8s时，液体质量产率为63%。
