书城科普读物南极北极哪里冷
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第23章 生物质快速分解温度

生物质是唯一可以转化为液体燃料的可再生能源,将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足,而且有助于保护生态环境。生物质包括各种速生的能源植物、农业废弃物、林业废弃物、水生植物及各种有机垃圾等。我国生物质资源丰富,理论年产量为50亿吨左右,发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。

生物质能源化技术主要包括气化、直接燃烧发电、固化成型及液化等。目前,前3种技术已经达到比较成熟的商业化阶段,而生物质的液化还处于研究、开发及示范阶段。从产物来分,生物质液化可分为制取液体燃料(乙醇和生物油等)和制取化学品。由于制取化学品需要较为复杂的产品分离与提纯过程,技术要求高,成本高,目前国内外还处于实验室研究阶段。高温燃烧气将生物质快速加热分解,反应温度600℃。

生物质生产燃料乙醇的原料主要有剩余粮食、能源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。用粮食生产燃料乙醇虽然成本高,价格上对石油燃料没有竞争力,但有时粮食连年增收,会囤积大量陈化粮。燃料乙醇可按一定比例加到汽油中作为汽车燃料。国内外燃料乙醇的应用证明,它能够使发动机处于良好的技术状态,改善不良的排放,有明显的环境效益。然而我国剩余粮食即使按大丰收时的3000万吨全部转化为乙醇来算,可生产1000万吨乙醇,也只有2000年原油缺口的1/10;而且随着中国人口的持续增长,粮食很难出现大量剩余。因此,陈化粮是一种不可靠的能源。

生物质快速热解液化是在传统裂解基础上发展起来的一种技术,相对于传统裂解,它采用超高加热速率(102~104K/s),超短产物停留时间(0.2~3s)及适中的裂解温度,使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子,使焦炭和产物气降到最低限度,从而最大限度获得液体产品。这种液体产品被称为生物质油,为棕黑色黏性液体,可直接作为燃料使用,也可经精制成为化石燃料的替代物。因此,随着化石燃料资源的逐渐减少,生物质快速热解液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。

自1980年以来,生物质快速热解技术取得了很大进展,成为最有开发潜力的生物质液化技术之一。国际能源署组织了美国、加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国等国的10多个研究小组进行了10余年的研究与开发工作,重点对该过程的发展潜力、技术经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了调研,认为生物质快速热解技术比其他技术可获得更多的能源和更大的效益。

在生物质快速裂解技术中,循环流化床工艺被使用得最多。该工艺具有很高的加热和传热速率,且处理量可以达到较高的规模,取得的液体产率最高。热等离子体快速热解液化是最近出现的生物质液化新方法,它采用热等离子体加热生物质颗粒,使其快速升温,然后迅速分离、冷凝,得到液体产物。