能源和環(huán)境問(wèn)題是目前全球關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)可再生能源已成為了當(dāng)前的緊迫任務(wù)，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專(zhuān)業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
生物質(zhì)能作為唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源，其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用近年來(lái)受到了全世界的重視。生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量，具有以下特點(diǎn)：①是一種可再生的綠色能源；②可消除產(chǎn)生溫室效應(yīng)。由于生物質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程中光合作用吸收的C02與其燃燒中排放的C02相等，在利用上實(shí)現(xiàn)了C02總量的零排放；③與煤相比，生物質(zhì)含灰分通常較少，而且?guī)缀醪缓�，燃燒產(chǎn)生的廢棄物和污染物較少；④生物質(zhì)燃燒具有能量密度低、灰熔點(diǎn)低和易結(jié)渣等特點(diǎn)。
生物質(zhì)資源形式繁多，數(shù)量龐大，廣義上包括有木材及林產(chǎn)加工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、禽畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢水及生活污水，城鎮(zhèn)固體有機(jī)垃圾及能源植物等。福建省地處亞熱帶，森林覆蓋率達(dá)62.9%，而且，隨著我省城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾的產(chǎn)量逐年增加，生物質(zhì)資源更加豐富。研究生物質(zhì)能源化轉(zhuǎn)化的有關(guān)技術(shù)，促進(jìn)生物質(zhì)能高效開(kāi)發(fā)利用，不僅能夠彌補(bǔ)我省常規(guī)能源的不足，而且有利于減少環(huán)境污染，對(duì)于推動(dòng)我省循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，具有重要的意義。
2．生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的若干技術(shù)分析
根據(jù)所提供的最終能源產(chǎn)品形態(tài)，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)可分為燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生化轉(zhuǎn)化技術(shù)等三類(lèi)。其中，與熱能利用相關(guān)的主要有燃燒技術(shù)、氣化技術(shù)和液化技術(shù)等。
2.1成型顆粒燃料技術(shù)
生物質(zhì)經(jīng)干燥和適當(dāng)?shù)姆鬯楹�，通過(guò)噴霧或加水調(diào)濕，在模具中經(jīng)一定壓力和溫度作用成型，冷卻后就制成為生物質(zhì)成型燃料。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，目前的生物質(zhì)成型燃料技術(shù)可分為黏結(jié)成型、壓縮顆粒燃料和熱壓縮成型工藝，可制成棒狀、塊狀、顆粒狀等各種成型燃料。
相對(duì)于一般的生物質(zhì)燃料如農(nóng)作物秸稈，生物質(zhì)壓縮成型燃料具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①燃燒效率較高。一般農(nóng)作物秸稈中的揮發(fā)分在200℃左右時(shí)就開(kāi)始析出，此時(shí)如果來(lái)不及提供足夠的燃燒空氣，則未能燃盡的揮發(fā)分將以黑煙的形式被氣流帶出，使得燃燒效率較低，同時(shí)又造成環(huán)境污染；而壓縮成型的秸稈燃料由于結(jié)構(gòu)致密，能夠有效限制其揮發(fā)分析出速度，因此可以緩解一般生物質(zhì)燃燒早期出現(xiàn)的空氣一燃料供給的矛盾，有利于提高燃燒效率。
②有利于實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。一般生物質(zhì)燃料結(jié)構(gòu)松散，在析出揮發(fā)份后，極易在氣流的運(yùn)動(dòng)作用下解體，形成黑飛絮，被氣流帶出燃燒室后易于在尾部煙道積垢或排入大氣中污染環(huán)境。而生物質(zhì)壓縮成型后，由于燃料中碳密度增加，結(jié)構(gòu)致密，在析出揮發(fā)分后一般以藍(lán)色火眼包裹焦碳的形式燃燒，便于實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。
通過(guò)與原煤摻混成型，還可以由生物質(zhì)加工生產(chǎn)生物質(zhì)型煤。生物質(zhì)型煤具有易著火、燃燒快、不冒煙、可固硫、灰渣含碳量低且不結(jié)渣等優(yōu)點(diǎn)；一般生物質(zhì)型煤的生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1所示。
2.2鍋爐燃燒技術(shù)
由于生物質(zhì)的含硫量比煤低，而煤的熱值又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般生物質(zhì)，煤與生物質(zhì)混燒可以利用這兩種燃料的優(yōu)勢(shì)，既有利于生物質(zhì)能的利用，減少煤耗量，又有利于減少燃燒有害物質(zhì)如NOx和S02等的排放，是一種值得推廣的可再生能源利用方案。
目前，生物質(zhì)與煤混燒工藝大多數(shù)采用了（循環(huán)）流化床鍋爐設(shè)備，存在的主要問(wèn)題是，一般生物質(zhì)中含有較多的堿金屬元素，燃燒時(shí)與煤中的灰互相作用，容易發(fā)生結(jié)渣，影響鍋爐運(yùn)行的安全性，這一點(diǎn)對(duì)于在與福建無(wú)煙煤這種灰熔點(diǎn)較低的無(wú)煙煤混燒時(shí)表現(xiàn)得更為突出；另外，由于堿金屬的揮發(fā)分較低，隨煙氣排出爐膛時(shí)，容易與飛灰一起附著在尾部受熱面的金屬管壁上，產(chǎn)生低溫腐蝕；還有，由于生物質(zhì)和煤的密度不同，在流化床燃燒中經(jīng)常發(fā)生分層現(xiàn)象，特別是與福建無(wú)煙煤這種高密度煤混燒，分層現(xiàn)象更為明顯，從而也影響了鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行。
由于多數(shù)生物質(zhì)的熱值較低，在目前煤與生物質(zhì)的混合燃燒工藝中，為了取得較好的燃燒效果，入爐燃料中煤的比例一般占50%以上，即主要燃料是煤，生物質(zhì)僅為輔助燃料，混燒的本質(zhì)仍是“煤摻燒生物質(zhì)”；如何提高生物質(zhì)與煤混燒中生物質(zhì)的份額，是該技術(shù)今后發(fā)展需要解決的一個(gè)問(wèn)題。
2.3.氣化技術(shù)
熱解和氣化是生物質(zhì)制氣的兩種主要方式。熱解主要用于制備生物油，但當(dāng)增加物料停留時(shí)間、提高反應(yīng)溫度后，熱解后氣體的成份可發(fā)生相當(dāng)變化：氣化則可以獲得有較高H/C比的多元?dú)怏w，且氣體組分比較穩(wěn)定，是目前生物質(zhì)制氣的主要方法。
氣化為部分燃燒或缺氧燃燒。生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣作為氣化介質(zhì)，在高溫條件下通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程，是生物質(zhì)在高溫狀態(tài)下發(fā)生的熱裂解過(guò)程。生物質(zhì)氣化所產(chǎn)生氣體的主要成份有CO、H2和CH4等。研究發(fā)現(xiàn)，不同生物質(zhì)原料、不同催化劑、不同反應(yīng)溫度等對(duì)氣化產(chǎn)物的成分（氣體成分）有很大影響。生物質(zhì)氣化的主要裝置有上吸式固定床氣化爐、下吸式固定床氣化爐和流化床氣化爐。以上吸式氣化爐為例，一般情況下，生物質(zhì)從氣化裝置的頂部加入，空氣從氣化裝置的底部加入，生物質(zhì)依靠自身的重力逐漸下落到爐子底部，氣化后形成的灰渣從底部清除，氣化產(chǎn)生的可燃?xì)鈴纳喜勘晃�。依�?jù)生物質(zhì)在氣化器中發(fā)生的不同熱化學(xué)反應(yīng)，氣化爐從上至下可依次分為干燥層、熱解層、還原層和氧化層四個(gè)區(qū)域（實(shí)際操作過(guò)程中，上述四個(gè)區(qū)域相互滲透和交錯(cuò)，并沒(méi)有明確的邊界）。
生物質(zhì)的氣化反應(yīng)主要發(fā)生在氧化層和還原層內(nèi)。生物質(zhì)中所含碳元素的燃燒為其氣化過(guò)程提供了能量，氣化過(guò)程中的其它反應(yīng)的進(jìn)行程度則取決于生物質(zhì)中碳氧化階段的放熱情況。在生物質(zhì)氣化的諸多反應(yīng)中，只有氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，釋放出的熱量為生物質(zhì)干燥、熱解和還原階段提供熱量。
3.4液化技術(shù)
將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，稱(chēng)為生物質(zhì)液化。目前，生物質(zhì)液化技術(shù)的研究主要集中在制取二甲醚和燃料乙醇等方面。
1)制取二甲醚
二甲醚(DME)是一種非腐蝕性有機(jī)物，可替代柴油作為汽車(chē)燃料或替代液化石油氣作民用燃料。作為二甲醚的合成氣來(lái)源有很多，與來(lái)自于煤氣化產(chǎn)物的合成氣相比，來(lái)自于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的合成氣有它獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：首先，生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以直鏈結(jié)構(gòu)為主，不同于煤中的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有利于將其直鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為小分子；其次，生物質(zhì)中含有較大比例的O，作為高溫?zé)峤庠弦子谛纬蒀O，從而可提高合成氣品質(zhì)：再者，生物質(zhì)中其他雜質(zhì)少，比如木材中，S含量不超過(guò)0.06%，在合成氣中含量稀少，便于簡(jiǎn)化后續(xù)的催化反應(yīng)，減少凈化設(shè)備，節(jié)約初投資。
利用生物質(zhì)制取二甲醚的技術(shù)有一步法和二步法之分。二步法是先利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化合成氣合成甲醇，再在固體催化劑（國(guó)內(nèi)外大多采用Y -A1203/Si02制成的ZSM-5分子篩）作用下脫水制得二甲醚。二步法技術(shù)較成熟，制備的二甲醚純度高，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，要經(jīng)過(guò)甲醇合成、甲醇精餾和二甲醚精餾等過(guò)程，而且存在有設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染等問(wèn)題，目前正逐步被淘汰。一步法是將合成甲醇和甲醇脫水兩個(gè)反應(yīng)結(jié)合在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成，即由生物質(zhì)氣化（或熱解）產(chǎn)生的合成氣經(jīng)催化作用（一般采用Cu-Zn-AI系催化劑）直接合成二甲醚。一步法具有投資省、生產(chǎn)工藝流程短、生產(chǎn)過(guò)程能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且合成氣轉(zhuǎn)化率較高，有推廣使用前景。
一般情況下，生物質(zhì)高溫?zé)峤鈿怏w中含有15%氫氣，15 %CO，約30%C02和約15%的CH4，其中H2和CO的成分比例大約為1：1，適合于作為合成DME的原料氣。由生物質(zhì)熱解氣制取二甲醚的主要反應(yīng)原理可描述如下：
由于漿態(tài)床反應(yīng)器易于實(shí)現(xiàn)恒溫操作，能有效緩解催化劑結(jié)炭現(xiàn)象，有利于保持催化劑的反應(yīng)活性，而且還可使用貧氫合成氣，目前，一步法制取二甲醚的技術(shù)研究大多是在漿態(tài)床反應(yīng)釜中進(jìn)行。
2)制取燃料乙醇
由生物質(zhì)制取燃料乙醇的方法主要有兩種：一種是通過(guò)酵母等微生物發(fā)酵糖原料（甘蔗、甜菜、甜高梁和各種水果）或淀粉原料（玉米、小麥、土豆、紅薯、木薯等）制得酒精；另一種則是通過(guò)酸水解纖維素類(lèi)原料得到可發(fā)酵糖，再由酵母來(lái)發(fā)酵可發(fā)酵糖制得酒精。
由于淀粉分子由長(zhǎng)鏈葡萄糖分子組成，通過(guò)水解可以較容易地將淀粉分子轉(zhuǎn)變成葡萄糖分子，然后發(fā)酵成乙醇。目前，絕大多數(shù)燃料乙醇是通過(guò)淀粉水解發(fā)酵制取的，其中約90%是以玉米為原料。圖3描述了由玉米制取變性燃料乙醇的流程。
糖和淀粉屬于食物，用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇存在有與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，而且該生產(chǎn)方法的原料成本過(guò)高，占生產(chǎn)成本的40%以上，從目前的生產(chǎn)情況看，廠家得靠政府補(bǔ)貼才能維持，其發(fā)展前景不佳。相反的，纖維素類(lèi)生物質(zhì)種類(lèi)繁多，數(shù)量巨大，利用纖維素類(lèi)生物質(zhì)來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，不僅原料豐富（可以得之于速生林），而且還能夠充分利用農(nóng)林廢棄物，有利于改善環(huán)境，因此技術(shù)前景廣闊，意義重大。
以木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原料制取燃料乙醇的技術(shù)關(guān)鍵在于生物質(zhì)的水解。生物質(zhì)水解是指木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)在一定溫度和催化劑的作用下，使其中的纖維素和半纖維素加水分解（糖化）成為單糖（己糖和戊糖）的過(guò)程。生物質(zhì)水解的方法很多，其中二步法水解和滲濾床水解是兩項(xiàng)最有可能商業(yè)化的方法。以木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)為原料、通過(guò)酸水解生產(chǎn)燃料乙醇的主要過(guò)程原理可表述為
目前，國(guó)內(nèi)水解纖維素類(lèi)原料制取燃料乙醇的工作還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
3、結(jié)語(yǔ)
生物質(zhì)能作為一種可再生能源，在未來(lái)能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中必將占有重要的一席之地。我國(guó)的生物質(zhì)資源豐富，但利用形式相對(duì)單一，主要有直接燃燒、發(fā)酵利用和成型燃料等三種方式，其中以燃燒為主，總體技術(shù)層次較低，利用效率不高，而且尚未形成規(guī)模化綜合利用．
從根本上講，生物質(zhì)能資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用有賴(lài)于政策扶持和能源科技的進(jìn)步。目前，我國(guó)關(guān)于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用的技術(shù)不少尚處于實(shí)驗(yàn)室研究或半工業(yè)化中試、優(yōu)化、改進(jìn)階段，與國(guó)外相比尚有不少差距。 開(kāi)展生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化和綜合利用技術(shù)研究，加大研發(fā)投入，盡快擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)我省我國(guó)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，改善能源結(jié)構(gòu)，增加能源生產(chǎn)渠道，緩解能源供應(yīng)緊張局面，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
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