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清洁生物质秸秆能源研究进展
发布时间：2013-04-21 13:22 来源：未知
生物质秸秆是一种洁净的可再生能源，它的开发利用越来越受到人们的关注。我国作为农业大国，生物质资源十分丰富，每年农作物秸秆产量达7亿多吨。但大部分秸秆被废弃燃烧，不仅污染环境，而且由于热效率低，造成能源的浪费。其能源利用已成为国内外众多学者研究的焦点。我国农村每年要消费6亿多吨标准煤的能源用于生活和生产，生物质秸秆中硫的平均含量不到0.15%，煤碳中硫的含量达到1.412%，是秸秆硫含量的9倍，秸秆洁净能源燃烧时，避免了因燃烧产生的S02 \N02而产生酸雨，它是一种二氧化碳零排放的可再生能源，减少了C02过量释放造成的温室效应。由于目前研发的秸秆能源成本较高，相当于原油的1.2~3.6倍，如何开发出高效催化剂，降低产品成本，提高产率，已成为利用秸秆转化为可利用能源的关键因素�？⑶褰嗟目稍偕茉词墙饩瞿茉次；�，减少环境污染，走可持续发展的必由之路。下面就国内外生物质秸秆能源转化技术在这一领域取得的研究进展作一综述。
1、秸秆能源转化技术研究进展
1.1生产沼气技术
我国的沼气技术运用已相当成熟，到1996年底，我国已有600万农户用上沼气，沼气池主要原料是作物秸秆和动物粪便。就目前沼气的利用，具有许多优越性，它不仅能实现作物秸秆就地高能化，而且还实现了能源清洁化。沼气燃烧的热效率比城市煤气高出40%，若全国10%的农户用上沼气，每年就可消耗2000多万吨秸秆，变废为宝。减少了其它能源供应上运输成本。
1.2秸秆生物型煤技术
目前作物秸秆在农村主要用于燃烧生活用能。何建等利用作物秸秆得到生物型煤最佳生产条件：生物型煤成型主机的压力为17 MPa，进料转速为40 r/min，成型速率为7 r/min，生物型煤与原煤比较，具有热效率高、灰分少、生物质来源广泛、生产成本低等优点，既能节省能源，又能明显减少大气污染，具有储存、运输和使用方便等特点。这一技术在农村具有很好推广使用价值。
富通新新能源生产销售的秸秆颗�；�、秸秆压块机专业压制秸秆煤。
1.3热解气法制可燃气技术
马承愚等报道了秸秆热解气化法制可燃气技术，其生产工艺流程为：先将秸秆切碎后，由螺旋输送机输送到干馏气化炉中，秸秆在氧气不充足的条件下，干馏、热解、气化，被还原成CmHD c0、H2等可燃性混合气体。产生的可燃气体经冷却器降温后，进入气液分离器，除去水和焦油，过滤后可得纯净可燃气体。
目前，美国、英国、加拿大等国家学者开展了循环流化床、加压流化床等的研究，已实现了工业化应用。该工艺自动化程度较高，气化效率60%~80%，可燃气体热值170—250 MJ／m3。蒋剑春等研究开发的内循环锥形流态化气化炉内，对稻草、麦秸等秸秆粉碎后，气化反应在600~ 820C的一个较宽温度范围内，原料气化所产生的煤气热值达7.7 MJ／n13，添加Ca0催化剂能明显提高煤气热值，降低CO组分，Na2C03催化气化能提高气体H2的含量。目前该技术存在的主要问题是燃气热值低，焦油含量大，热能利用效率低，前期投入资金短期很难回收，气体成本较高，农户难以承受。
1.4秸秆发电技术
秸秆发电在欧洲的一些国家已得到广泛应用，世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂子1988年在丹麦投产。秸秆是清洁的可再生资源，秸秆经切碎，锤磨成15—20 mm后发电，每2t秸秆产生的热量相当于It标准煤，其热值相当于煤炭的85qo~ 90%。秸秆燃烧的含硫量只有3.3010，远低于煤的平均含硫量，与同等规模每年发电1. 38亿度的燃煤电厂相比，秸秆发电每年可节约煤炭10多万吨，减少S02排放量400 t。目前，我国第一个完全利用秸秆发电的项目——河北省晋州市秸秆发电厂前期建厂工作正在加紧进行。秸秆发电锅炉排出的灰渣还可作为农家肥再利用，其生态经济效益十分明显。周肇秋等报道利用稻壳发电技术，其气化发电成本约为0. 26元/kWh，受电成本0.29元/kWh，接近小型煤电发电成本。
1.5燃料乙醇技术
用秸秆生产燃料乙醇可作为汽油添加剂，代替现有的MTBE。以秸秆为原料生产乙醇的成本低于用粮食发酵法生产乙醇的成本，现用以淀粉为原料的方法，其原料成本约占总成本的40%。秸秆水解生产乙醇工艺有：①酶解法；②稀酸水解法（H：SOJ、=0.5%～l% ] ;③浓酸水解法其中以酶解法的研究最为活跃，该方法一般要经过原料的预处理、酶水解和发酵。氨法爆破技术具有酶解后糖的浓度高、设备投资成本低、操作简单等特点。A．W6jciak和A．Pek-aro、，lcova报道了超声波处理法对酶水解和发酵的影响，超声波能碎解木质素大分子，影响纤维的化学性能和物理结构。Kitchaiya等研究了微波处理木质纤维对酶水解的影响，在常压下240 W的微波处理稻草或蔗渣侵入甘油中10 rrun后；反应温度200℃时，还原糖浓度提高2倍。纤维水解过程中，是由于内切型-B一葡聚糖酶作用于末端基释放出纤维二糖，最后分解葡萄糖分子。利用作物秸秆生产乙醇的酵母和运动发酵单胞菌的固定化方法具有工艺简单、历时短等优点。Massayuki和Kumaku-ra以肠溶衣聚合物为载体固定化纤维素酶，对微晶纤维素的水解率明显高于游离酶。Raja Rao等研究了静磁场对Saccharomyces Cerevisae发酵木质纤维原料转化乙醇的影响，在磁场中静止24 h时，乙醇浓度提高了3.4倍；若加入木糖异构酶和四硼酸钠，使用Saccharomyces Cerevisae，可同时将葡萄糖和木糖发酵转化成乙醇，收率达90% 。
1.6燃料甲醇技术
朱灵峰等对玉米秸秆转化燃料甲醇进行了研究，在5 MPa压力下，生物质秸秆合成气合成甲醇适宜流量为0.4~0.6 mol/h，最佳的反应温度为230～204℃，1kg C301铜基催化剂可获得最大甲醇收率为0. 56 kg/h。
1.7秸秆转化汽、柴油
杨正宇等报道了利用秸秆内的碳水化合物和木质素原有化学结构的特点，在催化剂作用下，选控断裂醚键、酚醚键、二烷基醚键和联接单元之间的碳一碳键，调控反应条件，形成高活性自由基，实现了秸秆内高分子目的性裁剪、重组，制备出汽、柴油馏分，其液相中40%左右为柴油馏分，20%左右为汽油馏分，其余是苯和苯酚等有机物。该方法为获得石油及精细化工原料开辟了广阔的前景。
1.8生物质制氢
生物质制氢包括生物法和热化学转化法。生物法制氢根据生物生产所需要能量来源，可分为厌氧发酵法生物制氢与光合微生物制氢。两种技术相比，厌氧发酵法生物制氢表现出以下优越性：①发酵产氢菌种的产氢能力要高于光合产氢菌种，而且发酵产氢细菌的生长速度一般比光解产氢要快；②发酵产氢需光源，可以实现持续稳定地生产，而且反应装置的设计、操作及管理简单方便；③制氢设备的反应容积可较大，从而可以从规模上提高单台设备的产氢量；④可发酵的原料来源广，成本低。故此，发酵法生物制氢技术比光合微生物制氢更容易实现规�；⒐ひ祷�。
生物质热化学转换制氢指将生物质通过热化学反应转化为富氢气体。它分为生物质原料的裂解气化和焦油等大分子烃类物质的催化裂解。生物质裂解气化时，气化介质不同，燃料气体的组成及焦油处理的难易程度也不同。实验表明，水蒸气有利于焦油的裂解和可燃气体的生成。同样工艺条件下，用空气作气化介质，产生燃气燃值为4 ~7 MJ/m3，氢气的含量仅为8%～14%；气体介质为水蒸气时产生燃气，其热值气10~16MJ／m3．氢气的含量提高到30%～60%。焦油等大分子烃类物质的催化裂解反应中，镍基催化剂的催化效果较好，在750℃时有很高的裂解效率，但镍基催化剂较昂贵，成本较高。白云石在催化裂解反应中，具有催化效率高、成本低，具有很高的实用价值。
2、结束语
目前，世界各国都在对可再生能源进行研究。生物质秸秆作为一种洁净能源，其利用时不仅S02、N02等危害气体排放量极小，而且具有CO2,零排放的优点，无环境污染的优势，已引起人们对其利用的广泛重视。
我国具有丰富的秸秆资源，若能充分利用，不仅能减少环境污染，变废为宝，而且还是走可持续发展能源的必由之路。今年我国首部《可再生能源法》的出台，将进一步促进我国的可再生资源秸秆的利用。由于液体燃料的优点，秸秆乙醇化技术和生产汽、柴油技术有着广阔应用空间。随着科学技术的不断进步，高效催化剂开发研制获得突破，秸秆清洁能源成本的降低，我们深信，清洁秸秆能源的利用具有美好的前景。
三门峡富通新能源生产销售颗�；⒔崭蜒箍榛�、木屑颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备，同时我们还有大量的生物质颗粒燃料出售。
