[00922732]生物质快速裂解制燃料油技术及应用研究

1.课题来源与背景：该课题是上海市科学技术委员会科技攻关项目。项目名称：生物质快速裂解制燃料油技术及应用研究；项目编号：022312138。项目承担时间：2002.11-2004.12。能源短缺是中国经济发展的一个瓶颈，该课题研究生物质快速裂解转化为燃料油，对国家能源短缺可提供一个解决途径，具有重要的应用前景。2.应用领域和技术原理：该成果主要应用于能源领域，将生物质转化为环境友好的液体燃料，由于生物质是可再生资源，来减少对储量有限的石油等化石燃料的依赖，实现能源的可持续发展，为能源安全提供保障。同时，由于生物质硫氮含量少，而且具有二氧化碳零排放的独特优点，可减少环境污染。生物质快速裂解被认为是生物质制取液体燃料的有效而可行的方法。生物质的快速裂解是指在中等温度、高加热速率和极短的停留时间内，生物质经裂解获得最大的液体产率。3.性能指标：1)建立了一套处理量为5kg/h的小型生物质流化床快速裂解装置，考察了裂解条件(温度、停留时间等)对产物的影响，确定工艺路线，研究其转化规律，最大液体产率可达70%。2)采用萃取、柱层析及多种现代分析测试技术对生物质裂解液体产品的水相和油相组分分别进行了详尽的分析，对产品组成有了较好的了解。3)对尾气进行了净化，采用水淋喷洗和吸附技术，尾气焦油脱除率达99.2%。4)设计并建立50kg/h的冷模裂解装置，研究其流化特性，为进一步放大奠定基础。5)对其应用特性－燃烧特性进行了研究，并对副产品乙酸进行了回收。采用热重分析法对生物质裂解焦油的燃烧过程进行了研究，探讨了生物质油的燃烧特性；生物质油氧含量较高，较原油更容易燃烧；生物质油硫、氮含量低，有助于环境保护，而且燃烧完全，不产生灰渣。6)申请发明专利两项。由生物质水解残渣制备生物油的方法，发明专利申请号：02111779.9。生物质快速裂解制备液体燃料的方法，发明专利申请号：02145149.4。7)发表论文6篇。(其中SCI1篇，EI2篇)8)培养博士1名，硕士1名。4.技术的创新性和先进性1)尾气中焦油的存在是实现尾气循环的大难题，采用喷淋及吸附等技术对尾气焦油进行脱除，焦油脱除率达99.2%。2)由于生物质的独特性质，导致液体产品中含有较多的水分，而人们只注意了它的油相，对油相进行了大量的研究，而对水相的研究则未见报道。对于生物质的应用，经济上还存在问题，因此为了降低生产成本对水相中乙酸、羟基丙酮等副产品实现回收，为提高过程的经济性奠定基础。3)由于液体组成十分复杂，对于液体产物的分析报道甚少，而且都没能给出其详尽分析。对生物质快速裂解液体产品的精确分离和分析不仅能找到油特性和热解反应条件的关系，而且可进一步认识反应过程并为油品的精制提供依据。采用多种现代分析测试技术，对生物油的特性有了很好的了解，为其应用和进一步加工奠定良好基础。4)由于生物质油含有较低的硫、氮化合物，并且具有二氧化碳零排放的优点，因此生物质油可直接在锅炉中燃烧。为了更好地处理生物质油燃烧过程中出现的问题，了解生物质油的燃烧特性就显得尤为重要。采用热重分析方法研究生物质油的燃烧特性，并建立其燃烧动力学模型，为其燃烧提供依据。5.推广应用前景：生物质作为可再生能源，以生物质作为原料生产液体燃料，不但可以弥补化石燃料的不足，缓解过分依赖大量进口石油的被动局面，实现中国能源安全战略，而且由生物质转化而来的燃料比较干净，基本上不含硫，氮成分，可看作绿色燃料，同时具有总体上不增加二氧化碳排放量的独特优点。总之，既解决能源短缺的问题，又保护了环境，实现了可持续发展的战略。中国是农业大国，每年有大量生物质废弃物产生，此外城市垃圾和林木加工残余物中也有相当量生物质存在。但这些资源至今未被充分利用，且常因就地焚烧而污染环境。随着农村经济的发展，这已成为一个全国性的问题。由生物质生产液体燃料的装置容易小型化，产品便于运输，存储。这样就可考虑把工厂分散建在原料产地附近，把液体产品收集后再集中处理，避免了生物质原料运输困难的问题，降低了生产成本，很适合于中国的国情，同时提高了农民的经济收入。从课题组前面的研究可以看出，技术上不存在问题，因此技术是可行的。经济方面，由于实验装置规模较小，设备折旧费和人工费占了很大的比例，随着装置的扩大，设备折旧费和人工费都可降低。此外课题组还进行了副产品的开发与回收，这样可以提高生物质制燃料油技术的综合经济效益，大大提高该技术的市场竞争和适应能力。此外，从能源安全考虑，开展该方面的研究与开发具有极其重要的战略意义。而且，课题组正在进行燃料油的提质研究，将对解决中国的能源短缺问题起到积极的作用。推广应用范围为生物质资源丰富及燃料油短缺的地区，需要有一定的规模，以提高过程的经济性。总之，该研究中所用技术都具有较大的发展前景，是有发展潜力的技术之一，对于中国的能源工业发展和环境保护都有积极的意义。