生物質(zhì)液體燃料發(fā)展方向與對策研究

1、生物質(zhì)液體燃料發(fā)展方向與對策研究袁振宏藺國芬（中國生物質(zhì)能技術開發(fā)中心）劉國喜李太浩呂鐵彪等（吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院）摘要，本研究在廣泛收集國內(nèi)外技術經(jīng)擠瓷料的基礎上，運用層次分析法和系統(tǒng)動力學等數(shù)學研究方法建立了數(shù)學分析模型，以計算機仿真模擬對各種生物質(zhì)馥體燃料技術進行了經(jīng)濟技術評價與分析，得出各項目的優(yōu)先旋展排序表和生物質(zhì)液體燃料的攪展趨勢一同時，根據(jù)我田具體國情培出我國各項生物質(zhì)液體燃料技術的發(fā)展方向與對策，“廈分階段發(fā)展時閫表，可為我陶政府各有關部門在制定發(fā)展規(guī)劃和計劃時提供科學依據(jù)導言眾所周知當今世界已面臨著化石能源終將枯竭的挑戰(zhàn)，作為現(xiàn)代液體能源支柱的石油，在不久的將來其有限的資

2、源必將消耗貽盡，開發(fā)各種替代液體能源已成為當務之急。生物質(zhì)能源又稱綠色能源，包括各種速生的能源林、薪炭林、經(jīng)濟林、用材林、灌木林，和各種衷作物廢棄物：農(nóng)作物秸稈、稻殼、玉米芯、蔗渣等以及各類有機垃圾等。以高新技術開發(fā)和利用生物質(zhì)液體能源，已受到世界各國的廣泛關注。有許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等其中生物質(zhì)液體燃料的開投研究都占有相當?shù)谋戎?。其它諸如菲律賓、加拿大、芬蘭等國都是生物質(zhì)資源豐富的國家，在開發(fā)和利用生物質(zhì)液體能源方面都具有較先進的技術水平然而，開發(fā)生物質(zhì)液體燃料是一項系統(tǒng)工程，其實現(xiàn)，需要以科學的論證和周

3、密的策劃為基礎。本課題旨在探討在我國開發(fā)生物質(zhì)液體燃料的必要性和可行性，對國內(nèi)外各種技術進行綜合技術經(jīng)濟評價和發(fā)展趨勢分析，根據(jù)我國的具體情況，提出發(fā)展方向和發(fā)展戰(zhàn)略為國家制定開發(fā)生物質(zhì)液體燃料計劃和規(guī)劃提供科學依據(jù)。研究方法資料與數(shù)據(jù)的收集通過各圖際經(jīng)濟組織公布的文件與資料，獲得有關數(shù)據(jù)；通過各部委的官方信息渠道，包括公開文件與年鑒，獲得有關數(shù)據(jù)通過計算機檢索科學文獻，獲得有關資料與數(shù)據(jù)；查閱有關教材和科技著作，掌握各項定量判斷技術指標；數(shù)據(jù)處理建立能源基礎數(shù)據(jù)庫；建立綜合評價的數(shù)學模型：技術方案選擇考慮乙醇發(fā)酵、直接液化、千餾熱解、氣化合成甲醇、植物油、石油樹技術。綜合評價因素：技術性因素

4、結構主要考慮了六個指標，社會性因素結構主要考慮了四個指標，經(jīng)濟性因素結構主要考慮了三個指標。特米涮帝指粒，¨，刪嘲營技術測度指數(shù)（：。和為權重，并符合條件：篝蒂一，建立發(fā)展與對策研究的數(shù)學模型：在運用系統(tǒng)動力學、基礎數(shù)據(jù)庫結合專家數(shù)據(jù)的方法的基礎上，建立發(fā)展與對策研究的數(shù)學模型。數(shù)據(jù)運算與結果輸出：各部分研究與計算結果均以書面方式完成，作為研究報告的附件紀錄存檔。結果分析歸納全部信息資料，進行生物質(zhì)液體燃料技術發(fā)展的背景研究。針對國內(nèi)外發(fā)展狀況，剖析各種生物質(zhì)液體燃料及其生產(chǎn)技術的研究和開發(fā)現(xiàn)狀。剖析各項技術方案的技術性優(yōu)劣和經(jīng)濟性差異，提出優(yōu)先發(fā)展方案。明確我國生物質(zhì)液體燃料的發(fā)展

5、方向，提出制定我國發(fā)展對策的建設性意見。結果與討論背景研究世界的石油能源概況世界石油的大量生產(chǎn)始于本世紀年代，相對煤炭來說石油大規(guī)模開采比較容易、煉油工業(yè)化發(fā)展、石油產(chǎn)品的價格低廉，石油燃料得到了廣泛的應用，使石油作為優(yōu)質(zhì)能源逐步取代了煤炭，成為世界能源結構中的重要部分。從圖可以看出，石油的產(chǎn)量增長極快，年年期間，石油產(chǎn)量增長接近于倍。事實上，石油消費在能源消費中結構中占很大比例，達以上，居其它各項能源構成分之酋。據(jù)有關專家預測，在世紀，世界能源消費仍以石油為主。固世界石油產(chǎn)量變化曲線世界的石油資源并不豐富，據(jù)年探明儲量總計約為億噸，如果以每年億噸消費計算，大致可供開采年左右。當今石油開采環(huán)境

6、的惡劣，大量使用引起了嚴重的環(huán)境問題。因此，目前世界各國都在控制石油的開采和使用，而大力尋求代替石油的液體燃料石油燃料造成的環(huán)境污染礦物能源，包括石油，消費過程中不斷放出大量的廢氣，造成大氣中的含量不斷增高，而大氣中是造成溫室效應的主要原因。圖示出了年間，世界化石燃料消費引起的排放水平變化曲線。圖世界化石燃料消費排放量變化曲線（）在全球燃用化石燃料排放的中，約來自石油能源的消費，基本與煤炭持平。我國的排放量僅次于美國、前蘇聯(lián)而居世界第三位。據(jù)統(tǒng)計，年我國排放的量中，燃油產(chǎn)生的約噸。占我國排放總量的左右。據(jù)我國科學家估計，下世紀初，我國使用化石燃料排放量將是年排放量的倍。生物質(zhì)能資源及其利用據(jù)推

7、測。我國生物質(zhì)能資源總量約有億噸，年僅農(nóng)作物秸稈、薪柴和人畜糞便三項合計產(chǎn)量就達億噸標準煤以上，實物量分別為億噸、億噸和億噸。此外，據(jù)有關專家預測，年我國城市垃圾的生物質(zhì)能資源量將達億噸標準煤。八十年代啦前，我國農(nóng)民一直沿用落后的生物質(zhì)能利用方式一直接燃燒熱利用率低下低于。大部分農(nóng)作物秸稈作為燃料直接燃燒，每年達億噸以上；作為牲畜飼料和工業(yè)原料，約噸左右：僅億噸左右還田，作為肥料。為滿足基本生活能源的需求，不得不過量采伐薪柴，致使大面積森林植被破壞，水土流失，土地沙化。生態(tài)環(huán)境陷于惡性循環(huán)。僅近年形成的沙化面積約有萬公頃。草原衰退面積約有萬公頃，每天沖走的表土量達億噸。生態(tài)的失衡，使抵御自然災

8、害的能力更為脆弱。僅年，全國受自然災害影響的公頃耕地中，成災面積占，達萬公頃。近幾年來，隨著改革開發(fā)政策的落實，我國能源、交通業(yè)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，人民生活水平日益提高，農(nóng)民已開始追求高消費生活，包括追求高檔次能源產(chǎn)品，如石油液化氣和電力等。忽視了生物質(zhì)的能源與生態(tài)環(huán)境作用，大量的農(nóng)作物秸稈得不到利用，有些地區(qū)竟將這些本可以作為能源利用的秸稈白白地就地焚燒。如此，不僅使國家的能源交通業(yè)不堪重負，而且，農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境問題也將日趨嚴重。生物質(zhì)液體燃料技術分析技術分類將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為液體燃料具有十分悠久的歷史，如古代造酒技術。隨著科學技術的進步，許多新方法，新工藝新設備不斷地出現(xiàn)。不同的轉(zhuǎn)換技術按

9、其基本原理可分為三大類：生物化學過程，即用微生物發(fā)酵方法將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為液體燃料的過程。熱化學過程，即在較高溫度的條件下，通過一系列熱化學反應獲得液體燃料的過程。光生化過程，即指植物通過光合作用直接獲得液體燃料的過程，如石油樹和油料植物。技術成熟度把各類轉(zhuǎn)換技術按其成熟度分為、三類：表示基本成熟或已達到推廣的實用技術：表示正在進行應用性試驗研究的技術：表示處在初期的研究階段，離實用還較遠。屬未來的能源技術。技術經(jīng)濟綜合評價在國家整體開發(fā)水平上來說，開發(fā)生物質(zhì)液體燃料是項龐大的系統(tǒng)工程，其影響因素相當復雜，需要進行科學嚴密的技術經(jīng)濟評價。對于各種技術項目的確立或優(yōu)化選擇，我們不能僅滿足于對單項技術

10、指標或經(jīng)濟指標的評估，而要對各種影響因素進行綜合的分析和評價，也就是說，需要建立一種科學的檢驗方法和數(shù)量標準，對各優(yōu)選項目予以客觀、準確和可靠的判斷。技術評價第類技術以生物質(zhì)制取乙醇技術，其技術測度指數(shù)最高。事實上，用生物質(zhì)制取乙醇的工藝已有悠久的歷史，到目前為止，技術上已經(jīng)基本成熟。乙醇的生產(chǎn)原材料種類繁多，資源豐富，理論上所有含糖、淀粉、纖維素的生物質(zhì)都可作為乙醇生產(chǎn)的原料。乙醇作為燃料使用在一些國家和地區(qū)已經(jīng)廣泛使用。并且成本己接近于石油產(chǎn)品成本。最引人注目的是利用纖維索原料生產(chǎn)乙醇的技術，世界性熱門課題。纖維素原料幾乎包括所有的農(nóng)林廢棄物、城市生活有機垃圾和工業(yè)有機廢棄物，目前，主要是

11、技術上和經(jīng)濟上的問題今后，加強纖維紊原料的利用，進步降低乙醇生產(chǎn)成本，是開發(fā)乙醇燃料的科研主攻方向。第類技術生物質(zhì)熱解技術和直接液化技術，到目前為止技術已基本成熟，唯一的難點是粗產(chǎn)品一生物油的加工轉(zhuǎn)換聞題。挹對來說，熱解技術略優(yōu)于直接液化技術。從近幾年來的發(fā)展速度來看，也說明了這一點。從我國的實際情況考慮。近期內(nèi)發(fā)展生物質(zhì)熱解和直接液化技術是適宜的。，第類技術生物質(zhì)氣化合成甲醇技術和植物油技術在我國的發(fā)展尚處于初始階段。雖然利用煤合成氣合成甲醇的技術早已成熟，生物質(zhì)氣化技術在我國也已經(jīng)廣泛應用，但是從生物質(zhì)獲得甲醇合成氣的研究還處于實驗室階段。相對來說，技術比較復雜，近期內(nèi)不會有太大的發(fā)展。至

12、于植物油技術，其應用極可能與食用蟲工業(yè)爭奪原料油，而且在可以預見的一段時間內(nèi)，原料油的價格不可能降到使植物油具有市場競爭力的程度，所以近期不宜作為重點發(fā)展項目。盡管如此，當石油發(fā)生嚴重短缺時，又必須起用第三類技術，以應不測，因而，此類技術可為應付緊急情況而在中期發(fā)展（年）的儲備技術。第類技術石油植物技術。由植物直接產(chǎn)生的液態(tài)烴作為燃料極為方便，加工和應用技術非常簡單，大面積栽培還有顯著的生態(tài)和環(huán)境戰(zhàn)略優(yōu)勢。但是，石油植物不僅從栽培到收獲需要數(shù)年的時間，而且從選育優(yōu)良樹種到推廣應用也需要一段相當長的時間。為此，此項液體燃料技術的研究與開發(fā)應列入長遠發(fā)展計劃。能源分析石油供應與液體能源需求分析年以

13、來，我國的經(jīng)濟增長速度進一步加快，石油的消費量從年的，億噸增加至年的億噸，兩年問增長了。年燃料用液體能源為萬噸標準煤，在能源消費彈性系數(shù)為的情況下進行模擬計算表明，至年，液體能源消費需求重將達到億噸標準煤以上。至于石油生產(chǎn)量。年僅為億噸，這將使供需矛盾急劇加大。生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)出分析按中規(guī)模發(fā)展方案的模擬表明到年，可產(chǎn)出生物質(zhì)液體燃料萬噸標準煤，而常規(guī)液體能源生產(chǎn)量大約在億噸標準煤，生物質(zhì)液體能源所占比重可達；至年，可占到，。若以大規(guī)模笈展方案計，到年，生物質(zhì)液體燃料的比重則可達到左右，可使液體能源的供需矛盾得到一定的緩解。資源與環(huán)境分析石油資源我國已探明的石油資源為億噸。估計石油總儲量可能：

14、為，億噸，最終可開采量為多億噸。在屏蔽其他反饋回路的前提下，以中速、高節(jié)能發(fā)展方案和石油儲量在億噸情況下，模擬計算結果，年石油資源只剩下，§年將全部耗盡；即使在最高儲量億噸的前提下，也將在世紀年代末全部耗盡。生物質(zhì)資源我國生物質(zhì)資源豐富，僅農(nóng)作物秸稈和薪柴等農(nóng)林廢棄物，年產(chǎn)量可分別達億噸和億噸，若全部用以生產(chǎn)酒精和其它液體燃料，每年可達億噸，差不多等于我國目前的石油總產(chǎn)量的倍。加上未予統(tǒng)計的城市垃圾、工業(yè)有機廢棄物、水生植物、野生植物等，資源量相當巨大。根據(jù)中規(guī)模發(fā)展方案，年若酒精占生物質(zhì)液體能源的，即萬噸標準煤，相當于萬噸純酒精。象我國這樣的人口大國本來就存在日益嚴重的糧食問題，不

15、可能采取以減少糧食產(chǎn)量的做法，來解決能源問題?？朴棉r(nóng)林廢棄物來制取酒精則育相對的優(yōu)勢，只需用的農(nóng)林業(yè)廢棄物，便可達到發(fā)展目標。環(huán)境污染按指標體系定義的數(shù)據(jù)模擬結果表明，如果不改變液體燃料結構，在以后的三十年間，石油及其產(chǎn)品燃燒而向大氣排放的二氧化碳平均每年達萬噸，一氧化碳萬噸，以及大量的鉛化合物等有害物質(zhì)。生物質(zhì)液體燃料的產(chǎn)出和使用。將使此期間有害氣體的排放量每年降低左右；垃圾的綜合利用和處理也達到較高的水平；到下世紀中葉我國的環(huán)境污染指標可達到本世紀年代的水平。社會經(jīng)濟條件分析社會基礎我國政府極為重視發(fā)展新能源和可再生能源，并制定一項總的方針政策：因地制宜、多能互補、綜會利用、講求實效。在國

16、家管理水平，充分發(fā)揮各部委職能部門的協(xié)同作用、組織、管理和主持該領域的科研攻關、技術開發(fā)和技術推廣工作，開展國際問的技術交流與合作。在地方，也制定了許多財務上的優(yōu)惠政策，并投入了大量的人力、物力和財力用以發(fā)展新能源和可再生能源?？茖W研究我國的生物質(zhì)液體燃料研究生產(chǎn)雖起步較晚，但發(fā)展速度很快，一些科研成果達到國際先進水平。研究內(nèi)容涉及到各種生物質(zhì)液體燃料技術及其生產(chǎn)工藝和設備。目前所有這些研究項目都取得了不同程度的進展，獲得階段性成果，為進入中間試驗或?qū)嵱眯匝芯侩A段奠定了基礎?？梢钥隙ǖ卣f，在不遠的將來，我國在該領域的研究將會有突破性進展并達到實用水平。需求與市場我國的液體燃料市場一直處于供不應

17、求的狀態(tài)，石油及其產(chǎn)品長期以來一直是短缺商品，嚴格控制使用方向和供應數(shù)量。本課題組進行的預測表明，年我國石油年缺乏量為億噸，年，我屋石油年缺乏量為】億噸。臆著亞太地區(qū)經(jīng)濟的騰飛，世界的石油價格將呈繼續(xù)上漲的趨勢。目前我國正在放開石油價格，逐步取消國家調(diào)撥價完全根據(jù)市場需求情況采取浮動的原油價格。在曰益緊迫的環(huán)境壓力下，生物質(zhì)液體燃料的市場競爭力將不斷得到增強。存在問題不健全的政策、法規(guī)體系：國家到目前為止尚未出臺操作性強的具體政策和法規(guī)。不完善的技術、經(jīng)濟體系：缺乏先進的技術和研究手段，尚未完成單項技術問的優(yōu)化組臺，一直不艟建立起高效轉(zhuǎn)化的綜合示范系統(tǒng)。匱乏的科研經(jīng)費和人才：我國在這一領域的科

18、研投入極少，加之人才流失嚴重，科研進步速度緩慢。社會的認識程度低：人們已忽略了生物質(zhì)液體燃料，缺少大眾宣傳和普及有關知識。我國生物質(zhì)液體燃料的發(fā)展方向與對策在可預見的未來，隨著世界石油資源的日益枯竭，生物質(zhì)液體燃料將顯現(xiàn)出強大的生命力。所以，我國必須盡早、盡快地發(fā)展高新技術，開發(fā)農(nóng)林廢棄物，奠定和發(fā)展適合國情的生物質(zhì)液體能源工業(yè)生產(chǎn)體系，為世紀國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供充足的液體能源保障。發(fā)展方向生物質(zhì)液體燃料關鍵技術重點發(fā)展以纖維素類廢棄物或糖類原料為主的液體燃料技術，如酒精發(fā)酵技術、熱裂解技術和直接液化技術等。生物質(zhì)資源，注意充分利用閑置或退化耕地、荒山和灘涂等土地資源，開發(fā)新的生物質(zhì)能資源，培

19、育和開發(fā)新的能源作物品種，如甜高粱、薪炭林、油料作物品種和石油植物等?；緦Σ呒夹g發(fā)展的環(huán)境建設國家各有關部委共同制定切實可行的國家近、中、遠期發(fā)展規(guī)劃及其實施計劃，在國家統(tǒng)一部署下開發(fā)和利用生物質(zhì)液體燃料。由能源、環(huán)境和司法部門制定相應的能源與環(huán)境法規(guī)，控制常規(guī)液體能源的使用及其污染物的排放，向消費者施加法律影響。由工商和稅務部門制定優(yōu)惠經(jīng)濟政策，如減免稅政策，鼓勵生產(chǎn)和使用生物質(zhì)液體燃料，保護這類企業(yè)的切身利益。建立國家級數(shù)據(jù)庫信息中心和技術咨詢中心加強國內(nèi)外科技信息溝通，開展同發(fā)達國家科研機構及國內(nèi)科研開發(fā)單位間的科技交流與合作：為國家、科研單位和開發(fā)商提供發(fā)展決策、科研立項、可行性研究

20、等方面的咨詢服務。在全社會定期開展大規(guī)模宣傳教育活動，普及生物質(zhì)液體燃料的概念與知識提高全社會的節(jié)約資源和環(huán)境保護意識自覺地參與生物質(zhì)液體燃料的開發(fā)，主動使用生物質(zhì)液體燃料。基礎實施建設選擇擁有實力的科研單位，建設國家級重點實驗室，包括：熱化學實驗室、生物化學實驗室和液體燃料應用實驗室等。在代表性強的地區(qū)，建設生物質(zhì)液體燃料發(fā)展基地，包括：資源發(fā)展基地、技術試驗示范基地和設備生產(chǎn)基地等。增加科研投入，從經(jīng)濟上扶持科研和開發(fā)機構，培養(yǎng)大量的專門人才，建立穩(wěn)定的科研隊伍：結語液體能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要能源之一，面對石油資源日益枯竭的前景，必須尋求新的途徑來解決液體燃料的短缺問題，而開發(fā)生物質(zhì)能資

21、源生產(chǎn)液體燃料則是最有效的途徑。生物質(zhì)能資源豐富、具有無窮的可再生性，經(jīng)各種轉(zhuǎn)換技術可以生產(chǎn)出石油的替代液體燃料。各種研究和試驗表明，生物質(zhì)液體燃料不僅具有良好的替代性，而且在科學和技術日益進步的未來，技術經(jīng)濟方面的可行性也將日益顯現(xiàn)出來。我國應調(diào)動各方面的積極因素，加強科研和開發(fā)資金、人才和物資的投入，根據(jù)我國國情將生物質(zhì)液體燃料的研究與開發(fā)列入國家發(fā)展規(guī)劃和計劃中，分階段、有步驟地發(fā)展我國的生物質(zhì)液體燃料。生物質(zhì)催化氣化工業(yè)應用技術蔣劍春鄭文輝金淳戴偉娣張進平應浩劉石彩陶淵博（中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所南京）摘要：本文在富氧條件下研究了生物質(zhì)在流態(tài)化氣化爐和上吸式氣化爐中的氣化過

22、程，探索了催化劑對氣化過程及焦油裂解過程的影響，研究了工藝參數(shù)對煤氣質(zhì)量的影響，給出了一個最佳的工藝操作參數(shù)范圍。煤氣熱值最高可達。關鍵詞：每磣氣化爐生物質(zhì)催化氣化催化劑富氧前言生物質(zhì)原料氣化是一個古老的技術，在二戰(zhàn)期間，氣化技術達到鼎盛時期。但是隨著石油等化石燃料的大量開發(fā)利用，生物質(zhì)氣化技術進入低潮。進入八十年代以來，由于化石燃料的價格增加，同時無節(jié)制地使用化石燃料，使有限的地下資源消耗很大，人類將面臨化石資源枯竭的危險。由于大量使用化石燃料，造成了嚴重的環(huán)境問題。因此，科學家們和各國政府對生物質(zhì)氣化引起了重視并注入了極大熱情。從環(huán)境保護、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)投入了大量的研究開發(fā)經(jīng)費和人力，開展生物質(zhì)氣化新技術的研究。歐美等發(fā)達國家的科研人員，在木質(zhì)原料催化氣化反應方面已經(jīng)作為大量的研究開發(fā)工作。其研究范圍涉及到催化劑的選擇，氣體條件的優(yōu)化和氣化反應裝置的結構及其適應性等方面，并且已經(jīng)在工業(yè)