生物质能与生物质热裂解液化技术.ppt

1,生物质能与生物质热裂解液化技术2008.11,2,生物质能基本概念,3,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,4,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,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,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！,5,2005能源生产与消耗对比,生产：1230Mt消耗：1302Mt石油进口量：1.4亿吨依赖度：39.7,6,中国能源收支图,7,”Unsure,”Hesitant,”Successful,”Hopeless,”Drowning,”Struggling,发展历程,需求,方案,解决能源与环境危机，提高生活品质，建立绿色能源体系,结合国情民情，发展可再生能源,8,1.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,重要性,发展可再生能源,9,生物质能源,二氧化碳“零排放”,储量大,可再生性,10,生物质能源利用远景规划,11,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,12,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,13,我国生物质资源类型分布,农作物秸秆是我国生物质资源的主体，占总量的一半以上,14,我国生物质能源资源估算,单位：亿tce,15,我国生物质能利用,16,我国的生物质能开发利用,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,生物质潜力：农作物秸秆为主体的生物质能资源量巨大。,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。,17,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,18,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,19,热利用,20,炉子：189.09 M 户；炕：19.24 M 个,21,燃气利用,生物质,生物转化,化学转化,沼气,氢气,合成气,农村沼气,工业沼气,生物质氢,化学制氢,空气气化,氢气气化,蒸汽气化,22,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 养殖场和工业废水沼气工程2500多座，年产气18亿立方米,23,农村分散的小型沼气池：12.89 m户,24,25,生物质气化中央供气系统:488 套，105,214 户受益,26,生物质发电,生物质发电,气化过程,燃烧过程,气化发电,混燃发电,直燃发电,气化混烧,直接混烧,气化燃烧,流化床燃烧,炉排炉燃烧,内燃机,燃气轮机,联合循环,27,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,28,纤维素类能源植物,农作物类能源植物（粮食、甘蔗等）,油脂类能源植物（食用油、野生植物油等）,生物质组分分离,木质素及纤维素类,溶剂及高压,直接液化,间接液化,油脂及不饱和酸类,糖及淀粉,成分改性,生物柴油,发酵制酒精,燃料乙醇,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,生物转化,产物分馏,汽油柴油,液体燃料,29,燃料乙醇,Jilin Fuel Ethanol Plant Henan Tianguan Plant,Fuel ethanol production:1 M tons(2004)Five plants with capacity of more than 100,000 tons/yr,30,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：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,31,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”,32,产量：100,000 t/y原料：地沟油，工农加工废油,Fujian Zuoyue Biodiesel facility,生物柴油,33,2001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。,34,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,35,生物质成型燃料生产流程,36,37,生 物 质 能 转 换 技 术,38,生物质热裂解的重要性,39,生物质热解的含义,热解,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500650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,40,慢速热裂解,生物质热裂解工艺,闪速热裂解,常规热裂解,快速热裂解,以生成木炭为目的的碳化过程,温度：600反应速率：0.11/s,发生在10200/s的升温速率小于5s停留时间,气相停留时间小于1s升温速率要大于1000/s冷却速率1001000/s,41,原料预处理,去除杂质,热裂解过程包括,原料细碎,热解,冷产物,产物储存与分配,热解炉,生物油,反应,NH3,乙醇,石灰,可燃气,焦转换器,活性碳,灰份,蒸汽+CO2,脱水糖,水,直接作为燃料,水解或发酵,反应,反应,分离,提炼,催化改性,醇类,肥料和土壤改良剂,生化石灰,燃料改良剂和化学产品,特殊化学品,合成气及氢气柴油及锅炉燃料,化学品和粘合剂,燃料改良剂和化学产品,生物质热解的应用,43,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,热裂解机理研究,动力学分析,热裂解制取合成气,焦油催化裂化研究,气体合成DME,44,流化床生物质热裂解,45,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 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,研究背景,46,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 生物质粒径:0.2-0.5mm 石英砂粒径:0.4-0.6mm气体流速:0.188m/s,47,流化床生物质热裂解试验台,【1】氮气【2】集气箱【3】控制柜【4】流量计【5】螺旋给料机【6】预热器【7】热电偶【8】保温层【9】主反应器【10】旋风分离器【11】冷凝器【12】气液分离器,48,流化床生物质整合式热裂解试验台改造,49,物料：樟子松（木材加工中常见的原料）颗粒直径：0.280.5mm工况：450、500、550、600收集：一级冷凝、二级冷凝,生物质热裂解试验,樟子松的工业分析和元素分析,50,樟子松热解生物油产率,较高的温度有利于液体产物的生成，但易发生二次反应 在一定的温度范围内生物油产率有极大值 选择适当的热裂解温度可以有效的增加生物油的产率,51,生物油物理性质分析,粘度计,全玻璃过滤漏斗,ZKF-1卡尔费休水分分析仪,52,53,含氧高是生物油稳定性差的主要原因生物油的含水率很高，使生物油热值降低加速生物油变质生物油的粘度在不同的制备方法下差别很大，流动性较差 生物油的pH值较低，这是因为生物油中含有10%左右的有机羧酸和其他酸性化合物生物油中含有的固体颗粒会引起发动机和阀门的磨损、反冲启动等问题,54,四种反应温度下生物油主要化学族类组分分布,几乎都是含氧的不饱和烃类衍生物，包含了酚、酮、醛化合物以及少量的醇和其他例如糖类和呋喃等化合物不同反应温度下生物油的主要化学族类组分只是在相对含量上略有不同生物油主要组成成分大都相同，碳原子数在2-10之间，热裂解温度对生物油的主要化合物成分相对含量有一定影响，但是影响不明显 乙酸、糠醛、1-羟基-2-丙酮、酚类、左旋葡聚糖等物质在樟子松生物油中所占比例较大,55,生物油改性升级技术,催化加氢催化裂解水蒸气重整催化酯化,过滤法添加溶剂萃取离心加入乳化剂添加分子筛,物理方法,化学方法,56,Different biomass flash pyrolysis for bio-oil,57,The bio-oil yield form different biomass,58,Ion graph of GC-MS of bio-oil from bio-oils obtained from pyrolysis of different biomass,稻壳热裂解生物油GC-MS谱图,竹粉热裂解生物油GC-MS谱图,象草热裂解生物油GC-MS谱图,海藻热裂解生物油GC-MS 谱图,樟子松热裂解生物油GC-MS谱图,59,The distributions of main chemical series compounds from bio-oils obtained from pyrolysis of different biomass,60,Emulsions from biomass pyrolysis liquid and diesel,Appearance of different product emulsions,61,Ternary phase diagram of different product emulsions,Stability of different product emulsions,62,Thanks!,