生物質節(jié)能減排

1、生物質化工節(jié)能減排技術摘要：今年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，化工行業(yè)也取得巨大的發(fā)展，與此同時，由于化工行業(yè)的高污染性、高能耗 性，嚴重違背了當今資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的要求。為了積極配合社會的發(fā)展，化工行業(yè)正在積極研究節(jié)能 減排技術，落實節(jié)能減排政策方針中的各項經(jīng)濟指標。根據(jù)查閱的相關文獻，本文主要將闡述多種化工行業(yè)的節(jié)能 減排技術，將重點闡述眾多節(jié)能減排技術中的生物質化工節(jié)能減排技術。關鍵字：化工行業(yè)；節(jié)能減排；生物質化工21世紀，越來越多的人意識到節(jié)約資源和保護環(huán)境的重要性。而化工行業(yè)在得到經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展 的同時，所帶來的能源高消費和污染問題，給我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會主義和諧社會的

2、構 建帶來極大的制約，節(jié)能減排已成為化工企業(yè)建設發(fā)展的首要任務。節(jié)能減排可以分為兩個發(fā)面， 一是節(jié)能，開發(fā)新能源，替代傳統(tǒng)的化石能源；二是減排，減少化工企業(yè)中的三廢的排放或者對其 進行處理達標后再排放。目前為止，我國已利用多種新能源，也在減排方面得到了較大發(fā)展，根據(jù) 查閱的相關文獻，本文在介紹多種節(jié)能減排技術的同時，著重介紹節(jié)能減排技術中的生物質化工節(jié) 能減排技術和其發(fā)展現(xiàn)狀。一、化工行業(yè)的多種節(jié)能減排技術簡介（一）流化床節(jié)能減排技術當前化工行業(yè)乃至多種行業(yè)都會用到提供熱量或煙氣的鍋爐，一般情況下，提供熱量鍋爐的燃 燒原料為不可再生的化石能源，且由于的鍋爐設置的缺陷，對燃料的利用率偏低，排放了

3、大量的殘 渣，污染了環(huán)境造成 PM2.5的同時，還浪費了資源。因此針對該缺陷，化工行業(yè)開發(fā)出一種對于鍋 爐中燃料燃燒的新技術，即將常規(guī)使用的上排氣循環(huán)流化床技術改為下排氣循環(huán)流化床燃燒技術， 即采用了下排氣中溫旋風分離技術，阻力降低，能耗減少，同時節(jié)煤效果顯著，明顯提高了效率， 降低了污染物排放。提供高溫煙氣的鍋爐， 在化工行業(yè)中采用的重油燃燒和噴煤粉燃燒，但是該燃油方法成本較高,經(jīng)濟性較差，噴煤粉燃燒中的直接噴燃也會產(chǎn)生大量的可吸入顆粒物，帶來較嚴重的環(huán)境污染。因 此，針對此技術，改進的節(jié)能減排技術為根據(jù)流化床干燥原理開發(fā)的流化床高溫煙氣發(fā)生技術，即 采用分段配風、大過量空氣系數(shù)、大孔徑、變

4、節(jié)距風帽等先進技術措施，提高了燃燒效率，降低了 煙塵的排放2。（二）捕集和分離煙道氣中二氧化碳的新型微孔金屬有機框架材料美國羅格斯大學教授李靜開發(fā)的新型微孔金屬有機框架材料，用于煙道氣中二氧化塔的捕集和 分離，具有低成本、高選擇性，高容量的優(yōu)勢，減少化工行業(yè)中二氧化碳的排放量。（三）以空冷代替水冷的空氣冷卻器的節(jié)能減排技術空氣冷卻器已廣泛應用于石油行業(yè)，在節(jié)能環(huán)保方面取得了一定的成果，但在化工行業(yè)還在小范圍 使用，普及不廣?？諝饫鋮s器可以節(jié)省大量的工業(yè)用水，減少了冷卻后水的污染，降低了基建費用。特別是在缺水的地方，以空冷代替水冷，在緩解水源不足的同時，也減少了化工行業(yè)對當?shù)厮Y源 的污染，起到

5、了節(jié)能的效果，可以推廣使用3。除了上述說列舉出的化工行業(yè)的節(jié)能減排技術之外，還有很對的節(jié)能減排新技術。例如，在物 質的循環(huán)、再生、利用的基礎上發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟；選擇節(jié)能型生產(chǎn)工藝；余能資源再利用技術；開發(fā) 新能源，例如太陽能源和生物質能源等等。二、生物質化工節(jié)能減排技術在化工行業(yè)節(jié)能減排的號召下，節(jié)能方面由于化石燃料資源性枯竭問題和環(huán)境污染問題，人們更寄希望于可再生、清潔的生物質加工轉化成可替代化石燃料的生物燃料和化學產(chǎn)品。生物質則是指可再生和循環(huán)利用的生物有機物質，主要包括種植、養(yǎng)殖、林業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工和生活等有機 廢棄物，以及利用邊際性土地種植的能源植物生產(chǎn)的纖維資源、油脂或其他次生代謝產(chǎn)物等

6、。并且生物質是唯一可轉化成固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)能源的可再生資源、蘊藏量巨大，生物質已成為國際上 可再生能源發(fā)展和節(jié)能減排的重點方向。作為可再生資源和節(jié)能減排技術的生物質能化利用的主要方向包括：生物質燃氣、生物質液體 燃料、生物質成型燃料、生物質發(fā)電、微藻能源等。（一）生物質氣化制燃氣生物質氣化技術是指以生物質為原料，以氧氣（空氣、富氧性氣體或純氧等）、水蒸氣或氫氣等為氣化劑，在高溫條件下通過熱化學反應將生物質轉化為可燃性氣體的過程。生物質氣化過程還會 產(chǎn)生生物質炭、生物質提取液（活性有機物、焦油）等副產(chǎn)物。1、制氫氫能的制取一般由電解水和煤炭轉化等制氫工藝而來，這些傳統(tǒng)制氫工藝能耗大，且伴隨大量

7、的二氧化碳的釋放，違背了節(jié)能減排的要求。而生物質以其二氧化碳零排放與資源可再生的特點， 制氫技術備受關注。生物質制氫應用較成熟的是熱化學轉化法制氫，分別有氣化、熱解和超臨界轉 化制氫。氣化是指在氣化介質存在的條件下，組成生物質的碳氫化合物轉化為可燃氣體的過程，主要包 括三個過程：生物質氣化、合成氣催化重整、氫氣分離與凈化。熱解則是生物質在隔絕氧氣的條件下，受熱分解的過程，主要包括兩個過程：一是通過生物質 熱解得到氣、液、固 3種產(chǎn)物，二是利用熱裂解產(chǎn)生的合成氣或者通過催化重整熱裂解所得到的生物油制取氫氣。超臨界轉化法則是利用超臨界狀態(tài)下的水作為反映介質，生物質在其中進行熱解、氧化、還原 等一系

8、列熱化學反應，適于處理濕度較大的生物質【7。2、制沼氣對化工企業(yè)中的高濃度有機廢水和廢渣，可以采用就近的原則，合理布局，建設工業(yè)大中型沼 氣。通過高溫全混厭氧發(fā)酵、中溫上流式厭氧污泥床，膨脹顆粒污泥床相結合的工藝提高厭氧發(fā)酵 COD去除率，擴大沼氣消化液資源化利用規(guī)模，降低有機廢水好氧處理的負荷。是一項減排的新應 用。同時，對于城市垃圾，農(nóng)村剩余農(nóng)作物等等也可以建設沼氣池，通過菌種的發(fā)酵提供燃氣，取 代化石能源的利用。（二）生物質液體燃料8（生不同的生物質原料種類和轉化方式也可生產(chǎn)出性能各異的多種液體燃料，從生物質資源出發(fā)， 可以采用物理、化學和生物加工工藝（發(fā)酵、熱解、氣化和萃?。?，將生物質

9、轉化為一些中間產(chǎn)品 物油、合成氣、脂類和脂肪酸），這些中間產(chǎn)物可以進一步提質加工（合成、加氫、費托合成和酯交 換），得到性能優(yōu)良、用途廣泛的生物質液體燃料，主要包括醇類燃料、烴類燃料和生物柴油等等。1、醇類燃料醇類燃料在生物質液體燃料中占比最大，其中生物乙醇是當前發(fā)展力度最強的液體燃料之一。 醇類燃料的生物質轉化途徑主要有三種。一是生物質直接發(fā)酵途徑，在該途徑中纖維素生物質原料直接發(fā)酵途徑是生物質轉化生產(chǎn)生物 乙醇的典型途徑。該途徑主要包括纖維素原料預處理、纖維素水解、糖發(fā)酵、產(chǎn)品回收和精制等工 藝過程，如何將生物質中的纖維素和半纖維素轉化為微生物利用的糖，是該工藝過程的核心技術問 題；二是生

10、物質合成氣發(fā)酵途徑，該途徑采用了生物與熱化學相結合，即生物質首先經(jīng)氣化生成富 含CO和H2可燃氣體，再經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵將CO和H2轉化為乙醇，該工藝過程的核心技術問題是菌種性能較差，篩選乙醇產(chǎn)率高、耐氧性好的菌種是該技術的關鍵；三是生物質合成氣化學合成，該途徑是制備生物質基低碳醇的重要轉化途徑。該途徑中生物質 首先經(jīng)氣化得到原料氣，原料氣經(jīng)凈化去除雜質、灰分及一些硫化物，通過補碳或脫去多余的碳來 調節(jié)原料氣的組成，原料氣經(jīng)壓縮進一步同過催化合成低碳醇。上海奉賢則建立了以硫酸水解工藝為主，年產(chǎn)燃料乙醇600t的示范工廠。2、烴類燃料微藻熱化學途徑、生物質合成氣費托合成、烴類燃料的生物質轉化途徑主

11、要有生物質液化加氫、 生物質發(fā)酵脂肪酸加氫及油脂類加氫途徑等。生物質液化加氫途徑中生物質液化的方式較多，其中生物質快速熱解制取生物油被認為是最有 前途的生物質能源轉化途徑之一9。生物質熱解液化是指生物質在缺氧狀態(tài)下迅速受熱分解，從而得到液體產(chǎn)物生物油的熱化學過程，熱解反應器是熱解工藝的核心設備。微藻熱化學途徑則是微藻生物質轉化生成液體燃料的全新方式。微藻熱解主要有催化熱解和直 接液化法熱解，其中催化熱解是以干燥的藻粉為原料，通過采用催化劑來提高熱解油的產(chǎn)量和質量，并且可以得到芳烴含量高、辛烷值高的汽油10。3、生物柴油目前生物柴油生產(chǎn)的主要技術是化學酯交換法，主要使用液體催化劑。其中，應用液體

12、堿催化法必須嚴格脫除原料油中的游離酸和水分，避免催化劑失活而影響酯交換效率；應用液體酸催化法,雖可使少量水分和游離酸不影響產(chǎn)率，但甲醇和副產(chǎn)物丙三醇成乳化相很難分離，且酸易腐蝕設備11O（三）生物質固化成型燃料固化是指將生物質原料或生物質原料和煤等其它含碳物質的混合物，在添加或不添加粘結劑的 情況下，經(jīng)過粉碎、壓制成型等制得生物質成型燃料，其主要屬于物理轉化的過程。生物質型煤技 術則是其中一種，該技術將中國有限的煤炭資源和農(nóng)村大量的可再生秸稈林木廢棄物結合起來，不 僅可以實現(xiàn)煤炭尤其是低階煤的高效清潔利用，而且可以實現(xiàn)農(nóng)林廢棄生物質的資源化和能源化利 用。生物質型煤成型工藝主要有烘干、粉碎、混

13、合、高壓成型四部分組成。其中成型可分為冷壓成 型、混合成型和熱壓成型3類。不同成型方式制得的煤的物理性能和燃燒特性有較大的不同。冷壓成型制得型煤燃燒性能和強度較高，且設備及工藝研究成熟，但型煤不具防水性；熱壓成型時，可 不用任何添加劑即可制出高強度的生物質復合型煤，降低了加工成本；而利用生物質制備黏結劑混 合成型可制得強度高，燃燒性能好的工業(yè)型煤，但處理過程中需用到強堿，在實際工業(yè)生產(chǎn)中需要 控制強堿使用量來減少對設備的腐蝕。（四）直燃發(fā)電生物質直燃技術可以有效解決農(nóng)林剩余物堆放、燃燒帶來的污染和安全問題，也可以通過其供 電減少化工界對化石能源的消耗，符合節(jié)能減排的要求。有學者通過利用林間剩余

14、物直接燃燒來加 熱蒸汽爐內的水，并產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機轉動進而帶動發(fā)電機發(fā)電，并發(fā)現(xiàn)汽輪機轉速與鍋爐壓力、充電電壓與汽輪機轉速、充電電流與汽輪機轉速都呈線性關系12。三、生物質技術發(fā)展現(xiàn)狀生物質技術的應用廣泛，有的技術已得到規(guī)模應用，有的技術正在發(fā)展中，有的技術主要是引 進國外技術及設備。根據(jù)查閱的相關文獻，本章主要根據(jù)上述闡述的部分生物質能化利用方向的國 內的發(fā)展現(xiàn)狀。（一）生物質氣化制燃氣現(xiàn)狀生物質常規(guī)化學轉化制氫技術，尤其是氣化制氫及熱解制氫技術發(fā)展較為成熟，已經(jīng)可以實現(xiàn)以實際生物質為原料進行的規(guī)?；a(chǎn)，但是產(chǎn)氫率不高，仍需要加大研究力度與技術開發(fā)。對于沼氣工程，近年來，我國沼氣工程得到

15、了全面發(fā)展，全國大中型沼氣工程4700多處，形成了產(chǎn)業(yè)雛形，幾乎所有常規(guī)的和高效的厭氧發(fā)酵工藝在我國都有示范應用，但是由于大部分沼氣工 程未實施熱電聯(lián)產(chǎn)，工程運行效果受環(huán)境溫度影響較大，常年運行穩(wěn)定性較差，有待于進一步提高13O（二）生物質液體燃料現(xiàn)狀眾多的生物質轉化制備液體燃料途徑中，只有生物質發(fā)酵制乙醇途徑和化學酯交換法基本實現(xiàn)了商業(yè)化應用，其他大部分轉化途徑仍處于開發(fā)階段，大規(guī)模利用生物質生產(chǎn)液體燃料的工業(yè)化進程中仍存在許多技術和經(jīng)濟問題，有待于進一步研究。我國燃料乙醇發(fā)展較快，如吉林燃料乙醇公 司擴建成為國內最大的乙醇生產(chǎn)企業(yè)。上海奉賢建立了以烯酸水解工藝為主，年產(chǎn)燃料乙醇600噸的示

16、范工廠等等。（三）生物質固化成型燃料發(fā)展現(xiàn)狀生物質型煤具有優(yōu)良的燃燒性能和環(huán)保節(jié)能效應，具有極大的開發(fā)潛力，我國生物質成型燃料生產(chǎn) 廠約200家，總產(chǎn)量達200噸，但目前中國生物質型煤技術總體水平較低，還未形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。而 目前中國正處于發(fā)展的關鍵時期，生物質煤作為高校、潔凈的固體燃料，有價值開發(fā)14。（四）生物直燃發(fā)電我國目前已建和在建的生物質直燃電廠主要靠引進國外技術，缺乏自主知識產(chǎn)權的先進技術和設備，導致投資成本高。鑒于此，我國也開展了生物質直燃發(fā)電設備的自主研發(fā)，并取得了明顯進展，江蘇宿遷市建成投產(chǎn)的秸稈直燃發(fā)電項目為我國首臺采用完全自主知識產(chǎn)權技術設備的生物質 直燃發(fā)電項目。四、總結

17、響應現(xiàn)在節(jié)能減排的要求，化工界已經(jīng)開發(fā)出多種節(jié)能減排技術，在節(jié)約資源保護環(huán)境的同時，也優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。其中生物質化工節(jié)能減排技術，是一個綜合性應用很強的節(jié)能減排技術，利用 生物質產(chǎn)出的各種燃氣、液體燃料、固體成型燃料以及電，不僅可以降低化工界對于化石資源的利 用，也可以通過生物質生產(chǎn)的三態(tài)燃料生產(chǎn)化工產(chǎn)品，減少了二氧化碳的排放，符合節(jié)能減排的要 求。但是某些技術還有待于提高，以實現(xiàn)大規(guī)模應用。參考文獻1 鞠付棟，陳漢平，楊海平等.化工行業(yè)節(jié)能減排新技術和戰(zhàn)略選擇J.化工進展，2009(28):15.2 陳小琛.超高溫煙氣發(fā)生工藝及燃燒器模擬研究D.武漢，華中科技大學，20083 王婷婷.探析化

18、工行業(yè)節(jié)能減排新技術和戰(zhàn)略選擇J.化工技術.4 石元春.決勝生物質M.北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版史，2011.5 張齊生，馬中青，周建斌.生物質氣化技術的再認識J.南京林業(yè)大學學報，2013, 1(37):110.陳冠益，徐瑩等.生物質化學制氫技術研究進展J.浙江大學學報，2014, 7(48):13191327.7 倪萌，Leungmkh, Sumathyk.生物質熱化學過程制氫技術J.可再生能源，2004(5):3639.8 常春，孫培勤，孫紹輝等.我國生物質能源現(xiàn)代化應用前景展望(二)J.中外能源，2014,7(19):1625.9 BUTLER E, DEV LIN G , MEIER D, et al. A Review of Recent Laboratory Research and Commercial Development in FastPyrolysis and Upgradi