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                生物质液化技术

                发布时间: 2016-07-09 15:52:42   作者:无   来源:

                 

                第一部分:概述
                第二部分:技术原理
                第三部分:国内发展和应用现状
                第四部分;国外发展和应用现状
                第五部分:供应商信息
                第六部分:经典案例
                第七部分:参考文献
                 
                概述
                1. 定义生物质液化主要包括转化成燃料乙醇、生物柴油、合成燃料和生物质直接液化。生物质液化产品氧含量高,碳、氢含量低,能量密度低,是制约将生物油直接作为液体能源产品的重要因素。一些研究者致力于生物质与塑料废弃物共液化的研究,废弃塑料如聚乙烯和聚丙烯可能在裂解反应条件下为生物质液化供氢,抑制焦炭的形成,有利于提高液体产物得率和液体燃料的氢含量。
                2. 作用我国生物质废弃物资源丰富,每年至少有6亿吨农作物秸秆、400万吨甘蔗渣、100万吨森林采伐加工剩余物,再加上来自造纸、食品发酵和轻化工业的数百万吨工业纤维渣,数量相当巨大。因此,若能利用这些生物质废弃物转化为液体燃料,开发新的利用途径,将有助于我国能源可持续性发展和维护社会和能源安全。
                 
                技术原理
                生物液化技术
                a)   燃料乙醇技术
                燃料乙醇生产方法: 1化学合成法用化学方法使乙烯与水结合生成的乙醇称之为合成乙醇.以区别于用发酵法制取的乙醇。化学合成法又分为乙烯间接水合法和乙烯直接水合法。乙烯间接水合法具有效率高、乙烯单程转化率高、原料纯度要求不苛刻、反应温度及压力不高等优点,但此工艺过程产生大量稀硫酸。对设备造成严重腐蚀,限制了该工艺的发展。乙烯直接水合法的工艺流程合理,对设备腐蚀小,易形成大型化、现代化的规模生产,有逐渐代替间接水合法的趋势。2发酵法生物发酵法是以淀粉质、糖或纤维素等为原料,通过缀生物代谢产生乙醇.该方法生产出的乙醇杂质含量较低。生物发酵法生产乙醇的基本过程可总结为:原料琏堡糖徼蟛氅乙醇醪液骂乙醇实质上.微生物是这一过程酌主导者,也就是说微生物的乙醇转化能力是乙醇生产工艺中菌种选择的主要标准。
                乙醇发酵工艺: 1间歇式发酵间歇式发酵是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和操作工艺的不同,间歇发酵有以下几种方法。(1)一次加满法将糖化醪冷却到27O‘℃后。接入大约为糖化醪量10%的酒母混合均匀.经60一叮2h的发酵即成熟。此法操作筒便,易于管理,但酒母用量大,适用于糖化锅与发酵罐客积相等的小型乙醇厂。(2)分次添加法将发酵罐容积13左右的糖化醪入罐后。接入10%酵母进行发酵;2-3h后,第2次加入糖化醪;再隔2-3 h。第3次加入糖化醪。直至加到发酵罐容积的90%为止。此法适用于糖化锅容量小而发酵罐客量大的工厂。2半连续发酵半连续发酵是在主发酵阶段采用连续发酵.而后采用阃歇发酵的方法。在半连续发酵中.醪液的流加方式有两种。第一种方式,将数个发酵罐连接起来组为一组,使前3个罐保持连续发酵状态。开始投产时,第1只罐接入酒母.使该罐始终处于主发酵状态.连续流加糖化醪。待第1罐加满后.流入第2罐。此时可分别向第12两罐流加糖化醪,并保持两罐始终处于主发酵状态;待第2罐加满后,自然流入第3罐:第3罐加满后,流入第4罐;第4罐加满后,则由第3罐改流至第5罐;第5罐加满后,改流至第6罐,依次类推。第45罐发酵结束后,送去蒸馏。洗刷罐体后再重复以上操作。第二种方式,由7^8个罐串联组成一组,用管道将前罐的上部接通下罐的底部。投产时。先制备13体积的酒母,加入第1只发酵罐;在保持主发酵状态下,流加糖化醪至满罐,流入第2罐。待第2罐醪液加至罐客113时,糖化醪转流加至第2罐;第2罐加满后。流入第3罐。重复下一罐操作。直至末罐。3循环连续发酵法将90个罐串联组成连续发酵罐组,其流程是从前罐的上部流入下罐的底部。投产时。先将酒母打入第1只罐,同时加入糖化醪.在保持该罐处于主发酵状态下,流加糖化醪至满,自然流入第2罐,再依次流入下一罐,直至末罐。待醪液流至末罐并加满后。发酵醪即成熟。将末罐成熟的发酵醪送去蒸馏。洗刷末罐并杀茵,重新接种发酵,然后以来罐为首罐,以相反方向重复以上操作。进行循环连续发酵。
                b)   生物柴油技术
                    生物柴油是指由甲醇等醇类物质与油脂中的主要成分甘油三酯发生酯交换反应,生成相应的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯即生物柴油。生产生物柴油的原料很多,既可以是各种废弃的动植物油,也可以是含油量比较高的油料植物。我国生物柴油的研究开发也取得了一些重大成果,产生了若干生产生物柴油的企业,如海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司。他们都已开发出拥有自主知识产权的技术,并相继建成了超过lt的生产规模。生物柴油的生产方法有酸碱法和酶法。其中,酸碱法技术已成熟,已大量使用,但污染较重;酶法技术未成熟,成本高。生物柴油作为一种优质的液体燃料,是我国生物质能产业的一个发展方向。
                c)   合成燃料技术
                合成燃料是指采用热化学转化的方法将生物质先气化制成合成气,再经费托合成等工艺生产高品质的醇、醚及烃类燃料,以替代汽油、柴油等液体燃料。合成燃料由于投资大,成本高,系统集成还存在一定问题,国内外还未真正投入使用。但因其具有品质高,环保,易于在动力系统上直接使用等优点,是未来生物质利用的重要方向之一。
                主要合成产品与用途:甲醇、低碳醇、二甲醚、LPG、汽、柴油、其他化学品等汽油添加剂化学品、第二代民用燃料、发动机燃料、发动机燃料。原料适应性广,包括农业、林业废弃物、各种速生的能源植物,以及由各种生物质固化而成的“生物质煤”、液化而成的“生物质浆”、“生物油”均可适用于该技术;超洁净燃料,无N0xSOx和黑烟排放;可直接作为生活用能和交通运输动力燃料;“第二代生物燃料”,发展前景广阔。
                d)   直接液化技术
                直接液化是一个低温高压、有催化剂参与情况下的将生物质转化为液体的一种热化学反应过程, 在中等温度、较高压力以及氢气参与的情况下也可以发生。直接液化可以通过改变溶
                剂、液化温度、压力和催化剂等反应条件来改变液化产物的性质, 获得不同用途的液化产品, 其产物可以替代部分石化产品, 还可以进一步作为化工原料生产其他产品。主要包括快速热解液化和加压液化呻。目前,我国浙江大学、中国科学技术大学已建成多种快速热解示范装置,但尚未实现产业化,仍处在实验室研究阶段。
                 
                国内发展和应用现状
                “十五”期间,我国在吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司、河南天寇燃料乙醇有限公司和安徽丰原燃料酒精股份有限公司分别建设了以陈化粮为原料的燃料乙醇生产厂,生产能力达到102ta;并从2002年开始,先后在东北三省以及河南、安徽、山东、江苏、湖北、河北等9个省分2期进行了车用乙醇汽油试点和示范。取得了良好的效果旧。但面对我国人多地少的实际,大规模推广应用粮食生产燃料乙醇显然存在着原料供应的瓶颈问题,长远来说,必须开发非粮作物的能源作物。为保证原料来源,我国开展了非粮食能源作物一甜高粱培育等关键技术的研究与开发,包括利用甜高粱茎秆汁液和纤维素废弃物等生物质制取乙醇的技术工艺。我国在黑龙江省已建成年产5 000 t的甜高粱茎秆生产乙醇示范装置,初步具备了规模化开发的基础,但在纤维素废弃物制取乙醇燃料技术方面还存在技术尚不成熟,如预处理、纤维素酶和多糖发酵等关键性问题尚待解决。
                 
                国外发展和应用现状
                国外的生物质能利用则主要集中在把生物质能转化为电力和把生物质能转化为燃料方面。从20世纪70年代末期开始到现在,许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划。
                巴西:巴西是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家,也是世界上发展替代能源、采用乙醇为汽车燃料最为成功的国家。1976年就实施了世界上最大乙醇利用计划——普洛阿尔库尔(Proalcool)计划,经过近30年的努力,全国燃料乙醇年产量已经从最初几万吨,发展到如今的1400t。同时,蔗渣发电率也得到大大提高,发电若自给有余,则出售给国家电网。巴西的经验是把乙醇生产当系统工程来抓,从甘蔗育种、栽培、收获、运输到生产厂用的菌种改造、工艺优化、下脚料、废热余能的利用等环环相扣,技术领先于世界。对在甘蔗发酵生产乙醇过程中生产乙醇过程中产生的大量工业废水采取资源化处理,这样既保护了环境,又降低了乙醇的生产成本。
                美国:美国是世界上第2大乙醇燃料使用国,其酒精燃料工业是建立在从玉米中提取乙醇的基础上。目前生物乙醇生产总量估计年产63亿L或更多,占燃料油总销售量的10%,约有1亿辆机动车使用含有乙醇的汽油。目前在美国销售的汽油又三成以上是与乙醇混合的。美国计划在2020年使生物质能耗达到总能耗的25%,到2050年达总能耗的50%
                欧洲国家:在欧洲特别是欧盟,生物质能利用较多。2001年欧盟15国生物质能的消费量为,占可再生能源消费量的61.59%,占欧美能源消费总量的4%。其中,生物质能消费量最高国依次为法国()、瑞典()和德国()。荷兰可再生能源绝大部分为生物质能,占可再生能源产量的94.35%,比利时为94.12%,卢森堡为92%。占国内能源消费总量最高的国家依次为芬兰(19.44%)、瑞典(15.75%)、奥地利(9.98%)和丹麦(9.14%)。
                 
                供应商信息
                Bechtel石油公司
                美国mobel石油公司
                中国石化集团
                 
                经典案例
                木薯燃料乙醇的净能量分析与环境影响评价_基于广西20万吨木薯燃料乙醇项目的分析.pdf
                 
                参考文献
                [1] 孙清,燃料乙醇技术讲座,可再生能源,20104月,第28卷第2
                [2] 胡婷婷,吴洁霞,钟雪梅等,燃料乙醇技术领域中国专利分析及广西相关产业发展的对策,广西轻工业,201 09月第9
                [3] 葛晓东,大同煤化集团煤化工发展方向,《洁净煤技术》2002年第1期第12
                [4] 徐凤英梁英方桂珍,秸秆直接液化技术研究进展,安徽农业科学, 2008, 36( 18) : 7836- 7838