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生物质天然气与热裂解项目对比

发布时间:2014-11-18 14:38:26 浏览次数:2474


生物质天然气项目与秸秆热裂解项目经济、技术对比



一、秸秆热裂解项目有如下介绍


报告题目:生物质能与生物质快速热解技术的现状与进展

报 告 人:朱锡锋(教授/博士生导师)

报告时间:2011年01月0日上午0:00

报告地点:国际交流中心208会议室

报告人简介:
 
    朱锡锋,男,962年5月生,安徽南陵人。生物质快速热解领域与生物油雾化燃烧领域的资深国家级专家。983年本科毕业于合肥工业大学机械制造专 业,996年博士毕业于浙江大学流体传动及控制专业;996~998年于中国科技大学热能工程专业从事博士后研究;2002~2003年于荷兰BTG从事 访问研究。
现任中国科技大学热科学和能源工程系教授、博士生导师,安徽省生物质洁净能源重点实验室主任,兼任中国科学院能?#27425;?#21592;会专家组成员、中国能源研究会能源系统专委会委员、中国生物质能研究开发中心副理事长、中国生物质能协会常务理事与《燃料化学学报》编委。
    主要研究领域为生物质热解液化、生物油燃烧特性与生物油精制应用等,近年来主持或作为骨干成员参加了国家重大基础研究计划(973)、国家自然科学基 金、教育部211工程、中科院知识创新工程和安徽省科技攻关等重要项目的研究。已在生物质能源领域现已出版专著部、发表学术论文20余篇、授权专利6项。
现已研制开发出多种类型和规格的生物质热解液化装置。
    2006年0月,设计完成成熟的生物油雾化燃烧设备,在生物油燃烧应用方面获得了阶段性的重要研究进展。生物油雾化燃烧设备的运行情况表明,生物油的 燃烧温度可达400℃以上,完全能够满足锅炉?#28909;?#21147;燃烧设备的要求,它可以替代柴油或重油直接在锅炉和工业窑炉中燃?#23637;?#28909;,?#37096;?#20197;用在?#26032;?#26426;和透平中燃烧 发电。
热解技术是一种在无氧、?#23460;?#30340;反应温度(500℃左右),快速加热(1000~10000℃/s)、短的气相停留时间(不超过2s)的条件下,将各种秸杆、谷壳、森林废弃物和木屑热转化为热解气体、炭和不可冷凝气体,然后热解气体被快速冷凝,获得一种称为生物质热解油的 初级液体燃?#31995;?#25216;术。


 2  热解液化技术原理


    热解液化技术的原理是在常压、超高加热速率(103-104K/s)、超短产物停留时间(0.5~1s)、适中温度(500℃左右)的条件下,生物质被热分解,生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽,蒸汽被迅速移出反应器(防止可冷凝有机分子进一步热裂解为不可凝气体分 子)进行冷凝,冷凝后可以获得大量液体燃料、少量不可冷凝气体和炭 


3  热解液化技术工艺流程


    本热解液化工艺流程如下图所示。生物质进入流化床后,受热分解为有机蒸汽、不可冷凝?#30446;?#29123;气和炭粉。在旋风分离器内,炭 粉?#29615;?#31163;下来,有机蒸汽、不可冷凝燃气则进入冷凝器,有机蒸汽在冷凝器内被冷凝为生物油。热解获得的炭粉和从冷凝器出来的不可冷凝?#30446;?#29123;气被送入流化床反 应器底部的燃烧器内进行燃烧,燃烧后获得的大部分高温烟气(主要是氮气和二氧化碳的混合气体)作为流化载气均匀分布的?#31561;?#24202;内,剩余的高温烟气则在流化床 外壁?#30446;?#24515;夹套内流动,起保温作用。 


4 秸秆生物质油的理化?#21103;?nbsp;


性 质

秸秆油

锯末油

水分(wt%)

25.2

9.0

pH

2.8

2.1

密度(kg/m3)

190

300

运动粘度(mm2/s)

28

240

低热值(MJ/kg)

7.42

8.2

碳(wt%)

41.7

53.5

氢(wt%)

7.7

6.4

氧(wt%)

50.3

40.2

氮(wt%)

0.3

0.2

硫(wt%)

0.2

0.1


 


生物质热解油用途


    利用热解技术获得的生物油的收率一般在50%~70%。热解获得的生物油是一种棕褐色液体,高位热值约18MJ/kg, 相当于柴油热值的五?#31181;?#20108;,黏度介于汽油与重油之间。生物油可以直接在锅炉和工业窑炉中燃?#23637;?#28909;,?#37096;?#20197;用在?#26032;?#26426;和透平中燃烧发电,这是生物油目前最主 要和最直接的用途,生物油燃烧的火焰温度达1440℃,完全能够满足锅炉?#28909;?#21147;燃烧设备的要求。?#36865;猓?#29983;物油可?#21592;?#36827;一步被提炼成汽、柴油直接用于内燃 机;另外,还可以利用生物油作为化工原料合成各种化学品,如氨基肥料、酚醛树脂和?#35775;?#38500;冰剂。


    2006年6月27日,中科大生物质洁净能源实验室宣布,科技人员研制的一项最新科技成果,可以从根本上解决焚烧秸秆“烟锁城市”这一老大难问题。他们将木屑、?#31350;恰?#29577;米秆和棉花秆等多种原料进行热解液化和再加工,可转化为生物油,这项成果已实产业化指日可待。


    生物质洁净能源实验室郭庆祥教授告诉记者,采用这项技术,可将秸秆等生物质直接转化为生物油,作为燃料可以直接在燃油锅炉和工业窑炉中燃烧使用,精制提炼后可作为车用燃料使用,还可以分离提取高附加值的化学产品。@P<Mc )o^  
   他们提出了该技术实现产业化的最佳?#24223;擼?#39318;先在原料产地将生物质规模?#35782;?#22320;分散热解,转化为便于运输和储存的初级液体燃料——生物油,然后将各地热解得到 的生物油收集后进?#24615;?#21152;工,这样可从根本上解决生物?#39318;试?#20998;散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。
    据专家介绍,热解液化单机最佳规模为每小时处理2吨秸秆,产出吨生物油,生产成本大约为790元/吨,生物油经过简单的品质改良后,热值增加,销售价格假设为000元/吨,用它替代柴油和重油,提供同样的热量,价格?#30452;?#30456;当于柴油和重油现有价格的43.2%和63.1%。目前,该实验室已成功研制出每小时可?#28304;?#29702;20公斤物?#31995;?#33258;热式热解液化工业中试装置,专家们表示,他们有信心在2008年6月前研制建成一座时产000公斤生物油的生物质热解液化示范工厂。



与生物质天然气项目对比


1.  热值对比


    生物质天然气每公斤秸秆转换热值为:1.8 MJ/kg,未计40%发酵?#24615;?#28909;值;即0.4公斤木质素热值


    生物质热解油每公斤秸秆转换热?#31561;?#37096;为:9 MJ/kg;?#24615;?#26080;热值。


    生物质热解油每公斤秸秆原?#31995;?#20301;热值转换率,比生物质天然气每公斤秸秆原?#31995;?#20301;热值转换?#23454;?4%。


    生物质热解油热值转换?#23454;?#30340;原因是:生物质热解油属放热化学反应,凡属放热化学反应的过程,必定要消耗热量,?#20063;?#35770;这些热来自“自源”或“它源”。


2、燃烧方式对比


    生物质热解油进行燃烧?#20445;?#24517;先将自身温度用自身的热量加热到其燃点,方可释放可挥发气体进行燃烧放热,其燃?#23637;?#31243;存在相变。   


    由于在燃烧一吨生物质热解油过程中,必先使这一吨生物质热解油进入燃点,因此生物质热解油的燃烧效率?#31995;汀?/span>


    生物质天然气属可燃气体,燃烧时因未发生相变,进入闪点即可燃烧,由于燃烧方式不同,因此其燃烧效率比液态生物质热解油高。


3、秸秆转换前后的热值比较


    每公斤生物质热解油高位热值:8MJ/kg;低位热值:7.42。


    每公斤秸秆热值:


秸杆名称    高位热值(HHV KJ/Kg)   低位热值(LHV KJ/Kg)   


玉米秸        19065          17746   


玉米芯        19029          17730   


麦秸          19876          18532   


稻草          18803          17636   


花生壳         17370          16017   


棉秸          19325          18089


    结论:每公斤生物质热解油与每公斤秸秆的热值一致,烧一公斤秸秆与烧一公斤生物质热解油所得到的理论热量是一致的。 生物质热解油经过转化后,能量密度并未增加。与秸秆压型燃料相比,秸秆压型密?#20219;?.8至.4,每吨秸秆压型燃料耗电约30度,其生产成本远低于生物质热 解油。每公斤生物质热解油是有2公斤秸秆转换而来,而秸秆压型燃料其热值在转化前后没有变化,公斤转换公斤,仅是容重发生变化,是当今秸秆转化效?#39318;?#39640;的 一种方式。


4、 经济效益对比


    生物质热解油每公斤干秸秆转化效益为0.21元/公斤;


    生物质天然气每公斤鲜秸秆转换效益为1.28元/公斤;


    ?#31224;?#25928;益相差6倍。


5、 市场对比


    生物质天然气可直?#29992;?#23545;无限的汽?#23548;?#27668;销售,生物质热解油仅可代替重油供有限的锅炉燃烧。生物质热解油若要进入汽车燃油市场,?#34892;?#36827;行精加工,若要加工就要有费用;若要加工就要有得率;因此两个项目对比?#20445;?#20165;以其直接进入市场的方?#38454;?#23545;比。


6、 环保对比 


    生物质天然气的燃烧是环保的,生物质热解油的燃烧是有污染的。


7、 对比结论:


    生物质热解油每公斤秸秆转化效益低、生物质热解油每公斤秸秆转换热值低、生物质热解油市场窄小、对环境有污染。


    从转换效率讲,用了2公斤秸秆,最终仅得到公斤秸秆的热量,而且只能用于锅炉燃烧,生物质热解油工艺?#24223;?#38271;,固定资产投 入大,操作技术复杂,折腾了半天,还不如同样用于?#27604;?#30340;秸秆压型燃料。秸秆压型燃料公斤的热值等于公斤,工艺?#24223;?#26497;短,操作异常简单,一台压型机加一台粉 碎机即可进行生产。


    生物质热解油的市场应用?#27573;В?#36828;低于天然气的使用?#27573;В?#33509;要进入车用能源还要付出较大的转换代价,因此不可取。


    秸秆发电与生物质热解油属放热化学反应,已经验证热化学反应项目建成一个亏损一个。人以铜为镜,可以正衣冠,以古为镜, 可以见兴替,以人为镜,可以知得失。可以断言:所有采用热裂解方式进行秸秆生物?#39318;?#21270;,尽管有高级知名专家完成,尽管有高级知名领导支持,但由于其转换效 ?#23454;?#19979;?#24230;?#22823;,其实?#38469;遣环?#21512;科学发展观的,都不能被当今经济社会接受,都注定要以失败告终。


 


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