生物质能与生物质热裂解液化技术

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热利用
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•炉子：189.09 M 户；
•炕：19.24 M 个
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燃气利用
生物质
生物转化
沼气 农 村 沼 气 工 业 沼 气 生 物 质 氢 氢气 化 学 制 氢
化学转化
合成气 空 气 气 化 氢 气 气 化 蒸 汽 气 化
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截至到2005年底，我国拥 有成熟的大中小型沼气生 产技术，年利用量75亿立 方米 户用沼气池1700万口， 年产气57亿立方米
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生物质应用的重要性
人类利用生物质 能的历史长达百 万年，贯穿人类 的文明发展史
一百多年的高强度开采消费使化 石能源渐趋枯竭，其对环境的沉 重压力也引起国际社会的极大忧 虑。自上世纪90年代以来“可持 续发展”成为时代的最强音。生 物质能重新成为可再生能源的亮 点！
19世纪 煤炭利 用兴起 20世纪以来石 油天然气成为 主要能量来源
”Successful"
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重要性
1. 发展可再生能源是世界能源战略发展的趋势 • 各国政府高度重视可再生能源的发展 • 可再生能源技术研发和装备制造水平取得了重大 进步 • 可再生能源投资呈现多元化趋势 • 可再生能源呈现规模化发展趋势 • 政策扶持仍是其主要推动力 • 可再生能源在未来全球能源供应中占有突出地位 2. 我国经济和社会发展所面临的能源形势 • 能源需求高速增长 • 传统能源形式供应严峻 • 环境压力日益增大 • 发展可再生能源是我国的能源战略要求 3. 我国发展可再生能源的紧迫性和长期战略意义 • 建设资源节约型社会的需要 • 调整能源结构和保障能源安全的需要 • 建设社会主义新农村的需要 • 保护生态环境和减少温室气体排放的需要 • 开拓新的经济增长领域的需要 4. 可再生能源发展的战略地位 • 可以在能源供应中逐渐发挥重要作用 • 在减排温室气体和环境污染方面做出重要贡献
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发展可再 生能源
生物质能源
可再生性
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生物质能源利用远景规划
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中国生物质能资源种类

农业废弃物：
植物类废弃物(农林生产过程中产生的残余物) 动物类废弃物(牧、渔业生产过程中产生的残余物) 加工类废弃物(农林牧渔业加工过程中产生的残余物) 农村城镇生活垃圾 林业生物质资源：薪炭林、经济林、林业剩余物 生活垃圾：城市生活垃圾等 有机废物：生活污水、工业有机废水和废渣 能源作物：甘蔗、木薯、油菜、甜高粱等 能源植物：速生林、芒草等
生产 消耗 石油进口量 依赖度
：1230Mt ：1302Mt ：1.4亿吨 ：39.7％
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中国能源 收支图
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需求
解决能源与环境危机，提高生活品质，建立绿色能源体系
方案
结合国情民情，发展可再生能源……
E
发展 历程
”Hopeless"
”Drowning"
”Struggling"
”Unsure"
”Hesitant"
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热裂解过程包括
去除杂质
原料 细碎
热解
冷产物
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生物质热解的应用
直接作为燃 料 脱水糖 水解或发酵
醇类 肥料和土壤 改良剂
热解炉
NH3
反应
生化石灰
生物油
石灰
反应
燃料改良剂 和化学产品 燃料改良剂 和化学产品 化学品和粘 合剂 特殊化学品 合成气及氢 气柴油及锅 炉燃料
灰份 活性碳 蒸汽 +CO2
我国生物质资源类型分布
(单位：亿吨标准煤 /年 )
城市生活垃 圾 0.8
禽畜粪便 0.9 薪材及林业 加工剩余物 1 农业加工残 余物 0.42
农作物秸 秆 3.4
农作物秸秆是我国生物质资源的主体，占总量的一半以上
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我国生物质能源资源估算
项目 现有生物质能源资源 已利用量 可利用量 新增生物质能资源 农林等有机废弃物增加
0.0
合计 实际可利用量
0.5
7.3 5.5
1.0
9.7 8.2
1.0
10.8 9.8
14
5.0 2.8
5.3 3.3
单位：亿tce
我国生物质能利用
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我国的生物质能开发利用

生物质能利用现状：
商品化的生物质能仅占一 次能源消费的 0.5% 左右。 总体上利用规模小、技术 水准和产业化水平低，与 发达国家相比还有很大差 距，急需提高发展。
生物质能与生物质热裂 解液化技术
2008.11
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生物质能基本概念
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生物质的特性及组成




生物质能指有机物中除了化石燃料 以外的所有来源于动、植物的物质 通过光合作用将太阳能转化为碳水 化合物的物质 达到了自身的CO2释放平衡 是一种可再生清洁能源，含硫、氮 量很低 分布广泛，容易燃烧，灰份低，缺 乏煤炭的地域可以充分利用生物质 能 能量密度、热值及热效率较低
提炼
可燃气
乙醇 焦转换器 水
反应
分离
催化改性
生物质液化
生物质直接热裂解液化
生物质间接液化
流化床热裂解试验研究
热裂解制取合成气
热裂解机理研究
焦油催化裂化研究
动力学分析
气体合成DME
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流化床生物质热裂解
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研究背景
现有转化途径的瓶颈 生物质快速热裂解是生物质转化为液体燃料最有希望、最经
济的方式
2006 5.0 2.2 2.8 0.0
2010 5.0 2.0 3.0 0.3 0.2
2020 5.0 1.8 3.2 2.3 1.4 0.4
2030 5.0 1.5 3.5 4.7 3.0 0.7
2050 5.0 1.0 4.0 5.8 4.0 0.8
能源林业和能源农业种植
0.1
边际土地开发利用种植
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液化技术
直接液化 间接液化
生物柴油
生物质热裂解的重要性
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生物质热解的含义
•生物质利用的重要方式 •在惰性或有限供氧条件下进行 •温度一般控制在500～650℃之 间 •产物包括炭、可冷凝气体和不 可冷凝气体 •热解气体的主要成分为H2、 CO2、CO、CH4与少量碳氢化 合物（例如，乙烷） •可冷凝气体可以转化为生物燃 油 •液体成分一般含有乙醇、醋酸、 水或焦油等，非常复杂 •生物燃油可作为汽油添加剂使 用，也可用来提取部分酚类和 左旋葡聚糖等重要医疗化工原 料



2004年，中国《车用乙醇汽油扩大试点方案》，涉及黑龙江、 吉林、辽宁、河南、安徽5个全省，及河北、山东、江苏、湖 北4个为省内部分地区 吉林省车用乙醇汽油市场覆盖率已接近90％，2004年乙醇汽 油销售接近80万吨；辽宁、黑龙江和河南3省省内市场覆盖率 也平均达到80％以上 黑吉辽三省都颁布了《销售和使用车用乙醇汽油暂行规定》 在价格、税收、清洗费用等做出了优惠规定。其他如：《山 东省车用乙醇汽油推广使用办法》、《河南省车用乙醇汽油 管理办法》等个省份政策性文件相应出台
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生物柴油
产量： 100,000 t/y
原料： 地沟油，工农加工废油
Fujian Zuoyue Biodiesel facility
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2001年海南正和生物能源公司 在河北邯郸建成以回收废油、 野生油料为原料的年产1万t生 物柴油试验厂。 2002年8月四川古杉油脂化学 公司以植物油下脚料为原料生 产生物柴油，年生产能力1.5万t。 2002年9月福建龙岩卓越新能 源发展有限公司建成年产2万t 生物柴油装置，以地沟油作为 原料，并在2003年建成年生产 能力10万t的生产装置。
养殖场和工业废水沼 气工程2500多座，年产 气18亿立方米
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农村分散的小型沼气池： 12.89 m户
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生物质气化中央供气系统: 488 套， 105,214 户受益
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生物质发电
生物质发电
气化过程
气化发电
内 燃 机
燃 气 轮 机 联 合 循 环
燃烧过程
直燃发电
气 化 燃 烧
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固体燃料




我国采用的生物质固化成型燃 料的形状主要有棒状、块状和 颗粒状 生产的致密成型燃料，已应用 于取暖和小型锅炉 全国目前投入使用的生物质压 缩成型设备约在1000台左右， 年产生物质成型燃料不足10万 吨 除了炭化法加工以外，生物质 成型燃料的直接燃烧是主要的 利用方式
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生物质成型燃料生产流程
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燃料乙醇
Fuel ethanol production: 1 M tons (2004) Five plants with capacity of more than 100,000 tons/yr
Jilin Fuel Ethanol Plant
Henan Tianguan Plant
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国家批准建设的4个燃料乙醇定点生产企业： 吉林燃料乙醇：生产能力44万吨 黑龙江华润酒精：生产能力37万吨 河南天冠燃料乙醇：生产能力50万吨 安徽丰原燃料酒精：生产能力44万吨 政策：
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热解
常规热裂解 温度：<600℃ 反应速率： 0.1～1 ℃/s 慢速热裂 解 以生成木炭为目的 的碳化过程
快速热裂解 发生在10～200 ℃/s 的升温速率 小于5s停留时间 闪速热裂解 气相停留时间小于1s 升温速率要大于1000 ℃/s 冷却速率100～1000 ℃/s
生物质热裂解工 艺
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2005能源生产与消耗对比
11.43% 5.96% Petroleum 18.78% 63.83% Natural gas
26.34% 5.62%
Coal
10.46% Coal Petroleum 57.58% Natural gas Nuclear & others
Nuclear & others
流 化 床 燃 烧 炉 排 炉 燃 26 烧
混燃发电
气 化 混 烧 直 接 混 烧
生物质发电: 200万千瓦（2005年底）
蔗渣热电联产175万千瓦 稻壳发电7万千瓦 垃圾发电18万千瓦
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液 体 燃 料
农作物类能源植物 油脂类能源植物 （粮食、甘蔗等） 纤维素类能源植物 （食用油、野生植物油等）
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河南天冠燃料乙醇
产量：50万吨/year 原料：小麦、玉米 产品：燃料乙醇，副产物小麦 谷朊粉、高纯度低压液体二氧 化碳、小麦麸皮、小麦胚芽、 DDS蛋白饲料 销售：在河南、湖北、河北三 省的总销量将达30万多吨 政策： 享受国家补贴 产品销售也由国家统一定价 调拨 价格基本与汽油价格相当 国家调配 “陈化粮”
生物质组分分离
糖及淀粉
木质素及纤维素类
直接液化
溶 剂 及 高 压
油脂及不饱和酸类
发 酵 制 酒 精 燃 料 乙 醇
间接液化
生 物 转 化 产 物 分 馏 汽 油 柴 油 热 解 气 化 催 化 合 成 含 氧 燃 料
快 速 加 热 产 物 精 制 粗 生 物 油
成 分 改 性 生 物 柴 油
产 物 分 馏 汽 油 柴 油
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生 物 质 能 转 换 技 术
炉灶燃烧技术
直接燃烧 固化技术
锅炉燃烧技术 湿压成型 致密成型技术 炭化成型 热压成型 流化床 上吸式固定床
生 物 质 能 转 换 技 术
热化学气化
下吸式固定床 高温空气气化 催化气化制氢
气化技术
生化Hale Waihona Puke Baidu换气化
厌氧发酵有机物制氢 光合微生物制氢 小型户用沼气池制甲烷 大中型消化技术制甲烷 水解发酵 热裂解 燃料乙醇 生物油、化学品 液化油 甲醇、二甲醚 植物油脂化、能源植物
生物质快速热裂解技术容易实现连续化生产和工业化应用，
可将生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且使 用方便的液体燃料——生物油
流化床反应器由于具有独特的优点在生物质热裂解研究中得
到广泛重视
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给料量: 5kg/h
热解最高温度 : 700℃
加热速率: 3000K/s 气体停留时间: <0.5s



中国生物质能利用方式
热利用: 农村柴灶提供生活能源、 生物质工业锅炉提供蒸汽 燃气利用：沼气利用、生物质气化 集中供气；生物质制氢
生物质发电：沼气发电、生物 质气化发电、燃烧发电
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液体燃料：燃料乙醇、生物柴油、气化合成气 柴油或含氧燃料（甲醇和DME等）
固体燃料：生物质固化、燃料炭



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农业废弃物：
畜禽粪便:26亿吨/年 农业秸秆:7亿吨/年 蔬菜类废弃物:1亿吨/年 生活垃圾:2.5亿吨/年 林业废弃物: 0.5亿吨/年 加工废弃物: 1.5亿吨/年 其他: 0.5亿吨/年
林业生物质资源 :
3亿吨/年
生活垃圾 :
1.6亿吨/年
有机废物 :
8.46亿吨/年
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相关远景规划
积极推进包括生物质发 电在内的可再生能源发 展，提高可再生能源在 能源结构中的比例： 2010年达到10％， 2020年达到16％左右。 其中生物质发电装机量: 2010 年 装机量 达到 550 万千瓦； 到2020年达到3000万千 瓦
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生物质潜力：
农作物秸秆为主体 的生物质能资源量 巨大。