生物质干馏技术范文

导语：如何才能写好一篇生物质干馏技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

对污泥生物淋滤过程中各种重金属元素的形态变化情况进行了测定，借助重金属化学形态转化规律，间接判断污泥重金属生物淋滤的转化机制。试验结果显示，Cu、Ni、Cd的生物淋滤是以直接机制为主的，Zn的生物淋滤过程是以间接机制为主的，Cr、Pb的生物淋滤过程属于混合机制，但其混合机理是有差别的。

关键词：

污泥； 重金属； 生物淋滤； 机制

污泥是重要的环境污染物，其性质复杂、毒害性持久，污泥中的重金属处理更是环境污染控制领域的重要课题[12]。传统的污泥消化、浓缩、脱水工艺并不能有效去除其中的重金属。近年来新开发的针对重金属去除的技术主要有：化学法（离子交换、氯化、化学淋滤、电化学等），物理法（超临界流体萃取、动电技术、微波法、吸附法）。以上方法存在着成本较高、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隐患等问题。生物法也可用于污泥重金属去除。一般用于污泥重金属处理的生物法包括生物淋滤法以及植物提取法等。污泥生物淋滤法[36]是利用弱嗜酸菌硫杆菌、嗜酸硫杆菌（T.t、T.f）以及部分异养菌的生物化学代谢过程[79]，使污泥中重金属由难溶态逐渐转化成为易溶态，达到去除污泥中重金属的目的。生物淋滤法具有适用面广、去除率较高、操作条件简单、添加基质廉价易得、反应温和、耗酸量少、可与污水厂原有污泥消化工艺同步实施等优点。近年来对污泥生物淋滤技术的研究虽然较多[1014]，但对其淋滤机制的研究成果较少，尤其是对Cd、Ni、Cr、Pb淋滤机制的研究更少。这种对污泥生物淋滤机理研究的欠缺严重制约了污泥淋滤技术的发展。在污泥生物淋滤机理研究领域，重金属化学形态在淋滤过程中的转化关系研究是一个核心问题[15]。借助重金属化学形态转化规律，可以间接推断污泥重金属生物淋滤的转化机制。基于这一思路，本文对多种重金属元素的生物淋滤机制进行了系统研究，以期找到污泥生物淋滤过程中常见重金属元素的普遍规律，进而为提高重金属淋滤效率提供生物化学理论依据，促进对污泥生物淋滤机制的理解。

张弛，等：复合硫杆菌对污泥重金属生物淋滤机制的影响

1材料和方法

1.1污泥样品

研究所用污泥取自太原市河西中北部污水处理厂的浓缩污泥，以及冶峪化工厂污水站的浓缩污泥，将二者混合作为本试验用原始污泥。污泥重金属含量的测定采用王水高氯酸氢氟酸消解原子吸收分光光度法，此方法是近年来对污泥生物淋滤的研究者通用的方法，其测定结果可靠度较好。经测定，试验用污泥的基本性质见表1。

1.2试验用菌种

试验菌种的主体是复合硫杆菌，其组成为氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans，简称T.t）与氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans，简称T.f）混合菌液，试验所用的氧化硫硫杆菌与氧化亚铁硫杆菌，是在新鲜浓缩污泥中添加硫粉底物进行预培养，再经过重复接种加富培养获得的，试验时采用体积比2%T.t+20%T.f的接种量。另外配合加入课题组开发的MT基因工程菌（pGEXZjMTB）接种液作为对硫杆菌淋滤的促进菌种（3%接种量）。试验所用的MT基因工程菌是采用金属硫蛋白基因工程菌（pGEXZjMTB）为基本菌液，经过耐酸性驯化后，得到耐酸型MT基因工程菌，作为对硫杆菌淋滤过程的协作菌种。

1.3污泥生物淋滤去除率及pH变化规律试验

为了考察所用技术在处理实际污泥时的效果，试验过程未采用灭菌处理，但设置了空白对照组以对比未添加混合菌时的处理效果。通过试验对“空白对照组”与“添加混合菌组”分别对重金属的去除率进行了对比。空白对照组的试验条件为：不添加混合菌，也不添加菌群生长所需的底物。试验在同等条件下重复3次，取3次试验结果的平均值。

pH变化情况是影响污泥生物淋滤效果以及重金属形态的重要因素之一，研究对接种混合菌与未接种混合菌（空白对照组）条件下污泥淋滤体系的pH值随时间的变化情况进行了试验。空白对照组的试验条件为：不添加混合菌，也不添加菌群生长所需的底物。

1.4污泥淋滤中重金属形态转化规律试验

通过检测污泥中各种重金属元素在生物淋滤过程中的形态变化情况，间接分析淋滤机制。重金属元素的化学形态测定方法，参考了改进的顺序浸提法[16]进行。主要步骤包括：1）利用KNO3提取出可交换态重金属；2）利用KF提取出吸附态重金属。3）采用Na4P2O7提取有机结合态。4）采用EDTA实现对碳酸盐结合态重金属的提取。5）采用HNO3将剩余的硫化物结合态重金属提取出来。6）剩余的重金属含量即残渣态。先对试验用原始污泥的形态比例进行测定，将测出的质量浓度换算成质量比，见表2。

2结果和讨论

2.1污泥生物淋滤去除率及pH变化规律

混合菌接种组、空白对照组对污泥重金属去除率随时间的变化情况分别见图1、图2。

由图1、图2可知，添加混合菌时，可以提高淋滤效果，其原理主要是缩短了淋滤启动时间，提高了转化速率。对照组试验各种重金属的去除率都很低，这是由于对照组没有添加混合菌，也没有添加菌群生长所需的底物，即使此时的样品中存在本土自有菌群，也由于缺乏增殖所需的底物，缺少所需的电子供体，硫细菌不能大量增殖。此时淋滤过程中的重金属化学形态比例变化微弱，不利于对重金属转化过程中的化学形态变化情况开展研究，因此仅对添加混合菌时的重金属形态变化情况进行讨论。

接种混合菌与未接种混合菌（空白对照组）条件下污泥淋滤体系的pH值随时间的变化情况见图3。

由图3可知，添加混合菌时淋滤体系的pH值在3～6 d时出现明显下降。不添加混合菌，也不添加底物的对照组，pH值变化始终很小，12 d内反应体系的pH值始终未能低于5.20。

淋滤过程中的pH值既是淋滤过程的影响制约参数，又是淋滤过程中的表现参数，它关系到氧化硫硫杆菌（T.t）与氧化亚铁硫杆菌（T.f）的生长增殖情况，也关系到重金属淋滤过程中各种化学形态的转化情况。

图3污泥淋滤体系的pH值随时间的变化情况

整个淋滤过程中的pH值下降与否取决于以上几种反应的组合效果。pH值的降低速率越块，pH值降低幅度越大，说明生物淋滤作用越强。添加混合菌与不添加混合菌时pH变化结果的差异间接证明了添加混合菌对淋滤效果确有促进。

2.2污泥生物淋滤过程中重金属形态变化规律

虽然污泥的性质复杂，但通过顺序浸提的方法，可以测得污泥的6种形态：交换态、吸附态、有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物结合态、残渣态。交换态重金属含量比例的增加值，可以反映出淋滤后重金属去除率的变化规律。只要在污泥淋滤过程中，定时取出一定量的污泥样品进行重金属的化学形态分析，就可以得到淋滤过程中重金属形态转化的规律，籍此可以间接推断某种重金属元素在生物淋滤过程中的生化机制。

一般将污泥淋滤机制[17]分为直接机制、间接机制、混合机制3种。直接机制是指以重金属硫化物结合态以及有机结合态被直接氧化成可溶硫酸盐为特征的淋滤机制。间接机制是指以碳酸盐结合态以及有机结合态重金属大量转化为交换态为特征的淋滤机制。混合机制是指直接与间接机制同等地发挥作用。此时，碳酸盐结合态与硫化物结合态同等大量转化为交换态为特征的淋滤机制，也可以是以有机结合态大量转化为交换态为特征，而硫化物结合态仅起次要转化作用。试验中各种重金属元素在生物淋滤过程中的形态变化情况见图4～9。

由图4可以看到，生物淋滤过程中，Cu的硫化物结合态显著减少，交换态显著增加，碳酸盐结合态略有减少，吸附态略有减少，残渣态经历了先增、再减、再增的过程。其中交换态由8.1%增加至646%；有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物结合态的减少量分别占交换态总增加量的225%、69%、701%。可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：硫化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态。由此可以推断：对于试验的污泥，Cu的生物淋滤过程属于直接机制。此结论是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化学形态比例因素（Cu的硫化物结合态所占比例较大）；2）主导因素（硫化物结合态的转化量对交换态的增加量贡献最大）；3）可忽略因素（碳酸盐结合态虽也对交换态的增加量有贡献，但仅占69%，可以忽略）。

图4Cu在生物淋滤过程中的形态变化

由图5可以看到，Ni的淋滤过程中各种化学形态的转化规律类似于Cu，硫化物结合态显著减少，交换态显著增加，碳酸盐结合态略有减少，吸附态逐渐减少，残渣态经历了先减、再增的过程。交换态由11.8%增加至54.7%，共增加了42.9%；有机结合态的减少量占交换态总增加量的13.5%，本文认为有机结合态的转化对Ni而言属于可忽略因素；碳酸盐结合态在全程由6.3%减少至4.7%，没有讨论价值；硫化物结合态在全程由31.3%减少至7.5%，其减少量占交换态总增加量的55.5%；可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：硫化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态。由此可知，本试验Ni的生物淋滤过程是以直接机制为主的，其规律类似于Cu。

图5Ni在生物淋滤过程中的形态变化

由图6可以看到，生物淋滤过程中Zn的交换态显著增加，碳酸盐结合态显著减少，吸附态、有机结合态与硫化物结合态也有所减少，残渣态逐渐增加。交换态由14.1%增加至65.8%；碳酸盐结合态、有机结合态、硫化物结合态的减少量分别占交换态总增加量的59.6%、22.1%、12.4%。可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：碳酸盐结合态>有机结合态>硫化物结合态。由此可以推断Zn的生物淋滤过程以间接机制为主。此结论是基于以下3方面的原因：1）在试验用原始污泥中Zn的原始化学形态比例中，碳酸盐结合态与有机结合态所占比例较大。2）主导因素（碳酸盐结合态的转化量对交换态的增加量贡献最大）。3）可忽略因素（硫化物结合态虽也对交换态的增加量有贡献，但仅占12.4%）。

图6Zn在生物淋滤过程中的形态变化

由图7可以看到，Cd的生物淋滤过程中各种化学形态的转化规律是：硫化物结合态显著减少，交换态显著增加，有机结合态略有减少，碳酸盐结合态略有减少，吸附态变化轻微，残渣态略有增加。交换态由16.4%增加至62.6%；有机结合态在全程由133%减少至6.4%，其减少量占交换态总增加量的14.9%；碳酸盐结合态在全程由9.9%减少至34%，其减少量占交换态总增加量的14.1%；硫化物结合态在全程由34.1%减少至5.9%，其减少量占交换态总增加量的61.0%。可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：硫化物结合态>有机结合态≈碳酸盐结合态。由此可以推断Cd的生物淋滤过程是以直接机制为主的。其规律类似于Ni。

图7Cd在生物淋滤过程中的形态变化

由图8可以看到，生物淋滤过程中Cr的有机结合态显著减少，交换态显著增加，碳酸盐结合态与硫化物结合态略有减少，残渣态经历了有小幅增加。交换态由71%增加至33.5%；有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物结合态的减少量分别占交换态总增加量的56.1%、21.2%、22.7%。可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：有机结合态>硫化物结合态>碳酸盐结合态。由此可以推断：对于本试验的污泥，Cr的生物淋滤过程属于混合机制，也就是说直接与间接机制同时发挥作用。此结论是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化学形态比例因素（有机结合态所占比例较大）；2）主导因素：有机结合态的转化量对交换态的增加量贡献最大。这种形态特征意味着在Cr的淋滤进程中，既有硫杆菌对有机结合态重金属的直接氧化（这趋向于直接机制），又有高价态金属离子（如：Fe3+）对ORP提高之后的二次氧化作用（这属于间接机制）。同时，在Cr的生物淋滤过程中，硫化物结合态的转化量对交换态的增加量贡献也有24.6%，这更使Cr的生物淋滤不能排除直接机制的可能性。3）兼顾因素：碳酸盐结合态也对交换态的增加量有贡献，占23.1%，不宜忽略。

图8Cr在生物淋滤过程中的形态变化

由图9可以看到，Pb的生物淋滤过程中各种化学形态的转化规律是：碳酸盐结合态与硫化物结合态均显著减少，交换态显著增加，其余各态变化不明显。交换态由12.0%增加至47.1%，共增加了351%；有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物结合态的减少量分别占交换态总增加量的19.7%、405%、35.0%。可见，对交换态增加量贡献的大小顺序是：碳酸盐结合态≈硫化物结合态>有机结合态。由此可以推断：对于本试验的污泥，Pb的生物淋滤过程属于混合机制，即直接与间接机制同时发挥作用，但其机理规律不同于Cr。此结论是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化学形态比例因素（碳酸盐结合态与硫化物结合态所占比例都较大）；2）主导因素：碳酸盐结合态与硫化物结合态的转化量对交换态的增加量贡献近似，说明直接机制与间接机制在此同等重要。

图9Pb在生物淋滤过程中的形态变化

由Cr、Pb的转化规律可以看到，有机物型与弱碳酸型的重金属元素在生物淋滤过程中，均可表现为混合机制，但其规律是不同的。需注意，不同城市的试验污泥，其成份是不同的，其淋滤过程中的化学形态转化特征也是有差异的。

3结论

对污泥重金属生物淋滤过程中的重金属形态转化机制进行了系统的研究。根据各种重金属在淋滤前后的化学形态转化规律对相应的淋滤机制进行了归类。判断其淋滤机制的依据包括以下3个方面：1）原始污泥化学形态比例；2）主导因素（何种化学形态的转化量对交换态的增加量贡献最大）；3）可忽略因素（某种化学形态的转化量对交换态的增加量贡献小于15%）。

试验结果表明，Cu、Ni、Cd的生物淋滤是以直接机制为主的，Zn的生物淋滤过程是以间接机制为主的。Cr、Pb的生物淋滤过程属于混合机制，但其规律是不同的，Cr的有机结合态的转化贡献是其主导因素，Pb的碳酸盐结合态与硫化物结合态同时发挥着转化贡献。

参考文献：

[1]

李端， 周少奇， 陈晓武. 城市污泥的重金属生物活性及其控制[J]. 环境污染治理技术与设备，2003，4（7）：6064.

Li D，Zhou S Q， Chen X W. Bioavailability of heavy metals in municipal sludge and its control [J]. Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control， 2003，4（7）：6064.

[2]唐鸣放， 王白雪， 郑怀礼. 城市污泥处理与绿化利用[J]. 土木建筑与环境工程， 2009，31（4）：103106.

Tang M F， Wang B X， Zheng H L. Sludge treatment and application in greening [J]. Journal of Civil，Architectural & Environmental Engineering， 2009，31（4）：103106.

[3]周顺桂，周立祥，黄焕忠.生物淋滤技术在去除污泥中重金属的应用[J]. 生态学报， 2002，22（1）：125133.

Zhou S G， Zhou L X， Huang H Z. Removal of heavy metals from sewage sludge by bioleaching [J]. Acta Ecologica Sinica， 2002，22（1）：125133.

[4]Chan L C， Gu X Y， Wong J W C. Comparison of bioleaching of heavy metals from sewage sludge using ironand sulfuroxidizing bacteria [J].Advances in Environmental Research， 2003，7：603607.

[5]Solisio C， Lodi A， Veglio F. Bioleaching of zinc and aluminum from industrial waste sludges by means of Thiobacillus ferrooxidans [J].Waste Managenment，2002，22（6）：667675.

[6]赵一德，张鹏，吴志超.生物浸沥去除污泥中的重金属[J]. 环境工程， 2002，20（1）：4750.

Zhao Y D， Zhang P， Wu Z C. Bioleaching of heavy metals from sewage sludge [J]. Environmental Engineering， 2002，20（1）：4750.

[7]王世梅，周立祥，黄峰源，等. 耐酸性异养菌的分离及其在制革污泥重金属生物淋滤中的作用[J]. 环境科学，2004，25（5）：153157.

Wang S M， Zhou L X， Huang F Y， et al. Isolation of heterotrophic microorganism and its role in bioleaching of heavy metals from tannery sludge [J]. Environmental Science，2004，25（5）：153157.

[8]任婉侠，李培军，何娜，等. 异养微生物在金属生物淋滤技术中的应用[J]. 生态学杂志， 2007，26（11）：18351841.

Ren W X， Li P J， He N， et al. Application of heterotrophic microorganisms in metals removal by bioleaching [J]. Chinese Journal of Ecology， 2007，26（11）：18351841.

[9]谭险夷，袁兴中，曾光明，等. 丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用[J]. 环境工程学报， 2010，4（12）：28532859.

Tan X Y， Yuan X Z， Zeng G M， et al. Promotion effect of filamentous bacteria on removal of heavy metals during bioleaching from contaminated sediment [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering， 2010，4（12）：28532859.

[10]华玉妹，陈英旭，田光明，等. 初始pH值对污泥中重金属生物沥滤的影响[J]. 农业环境科学学报， 2006，25（1）：128131.

Hua Y M， Chen Y X， Tian G M， et al. Effects of initial pH on bioleaching of heavy metals from sewage sludge[J]. Journal of AgroEnvironment Science， 2006，25（1）：128131.

[11]方迪，周立祥. 温度对制革污泥的生物淋滤除铬效果的影响[J]. 环境科学，2006，27（7）：14551458.

Fang D， Zhou L X. Effect of temperature on bioleaching of Cr from tannery sludge [J]. Environmental Science，2006，27（7）：14551458.

[12]邬思丹，刘云国，曾光明，等. 表面活性剂强化污泥生物淋滤Cu、Zn的研究[J]. 中国环境科学，2010，30（6）：791795.

Wu S D， Liu Y G， Zeng G M， et al. Surfactantenhanced bioleaching of Cu and Zn from sewage sludge [J]. China Environmental Science，2010，30（6）：791795.

[13]霍金枝， 张弛， 王增长. 复合硫杆菌生物淋滤对Mn去除的研究[J]. 环境保护科学， 2012，38（2）：5356.

Huo J Z， Zhang C， Wang Z C. Study on Mn removal by composite thiobacillus bioleaching [J]. Environmental Protection Science， 2012，38（2）：5356.

[14]李超，周立祥，王世梅. 复合硫杆菌生物浸出污泥中重金属的效果及与pH和ORP的关系[J]. 环境科学学报，2008，28（6）：11551160.

Li C， Zhou L X， Wang S M. Bioleaching of heavy metals from municipal sludge by the coinoculation of two acidophilic thiobacillus[J]. Acta Scientiae Circumstantiae，2008，28（6）：11551160.

[15]原武斌. 污泥生物淋滤过程中Cd及Pb形态变化研究[J]. 山西建筑， 2011，37（31）：110111.

Yuan W B. Research on morphological changes of Cd and Pb in sludge bioleaching process [J]. Shanxi Architecture， 2011，37（31）：110111.

[16]华玉妹，李文红，陈英旭，等. 不同接种量下生物沥滤去除污泥中重金属的研究[J]. 浙江大学学报：农业与生命科学版，2005，31（1）：4751.

Hua Y M， Li W H， Chen Y X， et al. Effect of amount of inoculum on the bioleaching of heavy metals from sewage sludge [J]. Journal of Zhejiang University：Agricultural and Life Science， 2005，31（1）：4751.

篇2

油母页岩，也称为煤矸石，外表是淡褐色到暗褐色，暗淡没有多少光泽，虽然没有煤炭那么黝黑发亮，但含有丰富的元素，主要有油、水和矿物质。油的含量为10%～50%，组成的主要元素是碳、氢，和少量的氧、氮、硫；水占油母页岩的4%～25%不等；剩下的是矿物质，主要有硫铁矿、高岭土、碳酸盐岩以及石英等。

在几千万年前，生活在近海和沼泽盆地里的动植物，随着地壳变动埋入地层深处，它们身上的有机质在厌氧细菌的作用下，经过沥青化、岩石化和挥发化等物理、化学反应，经历了大约几千万年的演变，才形成了油母页岩，在开采出来的矿石中，有时会发现鱼类、乌龟、远古的树木等动植物化石等，这就证明了油母页岩身世。

根据油母页岩所处居住的环境，油母页岩可以分成陆地、湖泊和海洋相三种类型。生成于陆地的油母页岩，有机质是由树脂、蜡质表皮和生长在陆地上的植物根、茎组织，它们被埋藏后经过煤化作用而形成的，也含有很高矿物质的腐泥煤。而生成于湖泊的油母页岩，有机质主要是生活在淡水、咸水和湖泊的浮游生物和藻类，它们被埋藏后经腐化和煤化作用后形成的。最后生成于海洋的油母页岩，主要的有机质是海洋里生活的生物、海藻，被埋藏后经腐化作用而形成的。

油母页岩的种类和数量都很多，在地球上随处可见，储量十分丰富，约有10万亿吨，比煤炭的资源量多一倍，比石油资源量多50%以上。中国的地下储量排在美国、巴西、前苏联之后，名列世界第四位。中国已经知道的资源量是315亿吨，预测资源量5000亿吨，这其中的大约超过六分之五的资源量分布在吉林省、辽宁省和广东省，吉林省已知可以开采的资源量为174.5亿吨，约占全国总量的一半，位居全国的第一位，广东省已知可以开采的储量达到55.15亿吨，位居全国的第二位，辽宁省已知可以开采的资源量为41.3亿吨，位居全国的第三位。

很长一段时间，煤炭开采的过程中，都将油母页岩这类岩石放在一边，只单独开采煤矿。油母页岩它占用了大量耕地，影响了矿区周围的生态环境。直到200年前，由于战争、能源危机和新技术的发展，才有人想到油母页岩，从那时开始这种岩石就一直受到人们的关注。

今天由于技术的发展，油母页岩终于能够发挥它的优势了，这种岩石全身是宝，可以从中提炼出很多有用的东西，不但可以生产很多燃料、油类，而且还可以合成很多的燃料气体、化工原料肥料、合成纤维、塑料、染料、药物的原料；伴随油母页岩开采出来的气体，像煤气一样，可以作为气体燃料；留下的灰渣，可以用来制造水泥、制砖、陶瓷纤维、陶粒等建筑材料。

从地下开采出来的岩石，要经过加工处理，才能被直接使用，油母页岩的主要用途有以下几种：

干馏制油，将油母页岩粉碎后加热到500℃左右，就可以从岩石的身体里提炼出油，也被称为人造石油。根据含油量的多少，从1吨油页岩中可以提炼出40至400公升的人造石油。再经过很复杂的化学过程，比如说加氢、裂解、精制后，岩石就变身为汽油、柴油、煤油、石焦油、石蜡等化工产品。

作为燃料，可以用来发电。直接把油母页岩作为锅炉的燃料，产生蒸汽后带动汽轮机发电；或者是把油母页岩在低温下干馏，产生气体燃料，然后输送到内燃机燃烧发电，目前大家都采用前面这种形式。还可以利用油母页岩燃烧后产生的热量供暖。也可以利用油母页岩燃烧带动发动机，用于运输等。

生产建筑材料，作为干馏和燃烧后的附产品，页岩灰主要用来生产砖、水泥等建筑用材料。在我国，干馏和燃烧后的焦灰渣用于制造水泥砌块、砖、陶粒等建筑材料产品。此外，还可以直接用于有机复合肥料的生产。

篇3

关键词 低碳经济；有机化工；能源发展；走势

中图分类号：TF761+.2 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着世界终将走进到工业化时代，各种制品的消耗也将会继续增长。虽然物料的循环使用效率逐渐在强化，但地球范围内的金属、非金属矿藏是有一定限度的，而且正在逐渐面临开采难度上和消耗过大的问题。有机化工科技百年来的进步已经在很多领域内以低得多的资源、成本、低碳放替代矿物材料，不断满足人们的需要

低碳经济发展背景下的能源发展

所谓低碳经济,是指在可持续发展理念指导下主要通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭的使用，以避免奢侈和浪费的碳排放。低碳经济的发展是根据目前整个国际社会都在关注碳排放，要求实现绿色可持续发展的背景下提出的。从19世纪 50 年代工业化时代的开始，150多年来，工业经济在不断发展，带来了社会上的很多变化，方便了人们的生活水平。工业化在带来经济快速发展的同时，也给气候带来了一定的负面影响。据IPCC（政府间气候变化专门委员会）的评估结果显示，全球气候正在变暖，导致变暖的原因主要是人类燃烧化石能源和毁林开荒等行为向大气中排放大量温室气体，加剧了温室气体的效果。而据 NOAA（美国国家大气和海洋管理局）最新的调查结果，全球大气中的二氧化碳浓度已从工业革命前的280ppm左右上升到了 2010 年的 389ppm。CO2等温室气体浓度的增加会造成地球表面温度增加，造成冰雪的快速融化、海平面上升等气候灾害。整个国际社会对温室气体引起气候变化的关注促成了联合国气候会议。对我国能源的发展来讲，要结合低碳经济时代的要求，实现能源的合理利用。首先要调整改善能源消费结构，坚持以煤炭为主、电力为中心、油气和新能源实现全面发展的战略，制定一个科学的并趋向量化的使用标准，规范能源使用情况，建立低碳、高效、节能的能源结构，加快研发新能源，减少温室气体的排放；其次是要节约能源，提高能源的使用效率。在日常的生产和生活中重视能源的利用和开发。在经济上要通过实现产业结构调整、管理体制创新的手段来促进能源消费，提高能源利用效率和利用范围；三是要紧跟国际能源发展趋势，各个国家都意识到能源的可持续性以及可替代性，都在积极的发展新能源，发展绿色可持续能源，都在为能源的发展进行着长远的探讨和分析，所以我国也要紧跟世界能源的发展步伐，大规模的开发利用新能源，实现新能源代替旧能源。从根本上实现能源的充分利用。

低碳时代有机化工的走势探讨

1、煤化工有机化工的发展与能源的发展有着紧密联系。所谓有机化工，即为有机化学工业，也可称之为有机合成工业，它的原料包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯等。有机化工原料发展到现在也历经近百年的发展历程。有机化工原料最早是从19世纪的煤化工发展起来的，煤化工的发展伴随着炼焦副产品以及电石工业的发展，利用焦炭通过电石生产乙炔和聚氯乙烯，利用焦炉煤气生产城市用煤气以及甲苯、沥青等化工用品。到20世纪初，随着石油的出现，石油以其流动性强、高氢碳比的优势以及汽车和飞机制造业的发展而逐渐取代了煤化工，成为有机化工的新主体。随着技术的不断发展，出现了现代煤化工，现代煤化工不同于传统煤化工，现代煤化工更加注重了技术对有机化工的影响。现代煤化工起源于第一次世界大战之后，德国因缺乏油气资源无法维持战争，开展了煤化工和由煤制取液体燃料的研究，并成功发明了克虏伯一鲁奇外热式煤低温干馏炉及鲁奇一斯皮尔盖斯内热式干馏炉。二战后国际社会对南非实施石油禁止政策，这一政策进一步促成了煤化工业的发展，并成功开发了大型流化床反应器及成功建成两座规模化的人工石油生产工厂。随后煤化工业进入短暂的慢发展期，于73年国际石油大幅涨价后重新受到重视，在以后的发展中随着技术的不断发展，现代煤化工业在规模、成本及效能上都得到了快速的进步和长远的发展。有机化工在低碳经济的发展背景下，未来的发展趋势也是要实现低碳、绿色可持续发展，符合我国经济可持续发展的要求，这也就要求有机化工在未来的发展中要不断实现技术创新，通过技术创新和科学创新来实现有机化工的绿色可持续发展。

2生物质从化学角度来看，狭义的天然气可以作为有机化工原料，因为甲烷转化为合成气之后，能够形成各种化学品。但是从一般情况分析，天然气化工不能够成为有机化工原料的主流产品。以甲烷为主要原料的天然气主要应用在燃料上是经济、高效、洁净的，但是制除氢气和甲醇等一些一碳化合物是远远不如石油的。当然，在一定的条件之下，天然气一碳化工也能够得到很好的发展。生物质作为有机原料有着非常独特的优势，很多自然界及其人工种植的作物主要成分是淀粉和纤维素等大分子碳水化合物。在酶的作用之下经过进一步加工，能够生产乙醇等产品。最早的乙烯工业原料路线就是由发酵产生的乙醇脱水。由太阳能够经过光合作用产生的，我们可以认为是资源无限的生物质，经过干馏和气化的诸如煤气化，获得合成气。藻类及其一些植物种子经过加工可以获得生物柴油，这也是化工原料。从另外一个方面分析，生物质在生长的过程当中吸收了非常多的二氧化碳，所以生物质化工具备着“碳中和”的能力，这是化石能源完全不具备的。所以，生物质作为有机化工的原料具备着非常广阔的前景。21世纪将会出现石油化工、煤化工和生物质化工共同竞争和发展的趋势。

3、乙烯和丙烯乙烯是有机化工原料中的标志性产品，乙烯主要用来生产聚乙烯、二氯乙烯、乙苯等，据统计我国 2010 年乙烯的消费量达到了 26Mt，而预计到2020年乙烯的消费量将达到36Mt。要实现单位乙烯产能的增加及运行成本的降低，可以采用大规模装置的生产方式。丙烯主要采用在生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯酸上，根据对丙烯的现有量及使用数量的研究，未来丙烯的需求增速将炒股乙烯，因此在现有状况下要注重丙烯的使用效率，通过技术创新实现丙烯的有效利用。提高丙烯的收率可以通过使用催化剂的方式，在催化剂中加入ZSM一5沸石，另外还可以通过调整装置结构的方式缩短停留时间来提高丙烯收率。

4、芳烃及苯芳烃的生产过程主要是通过是有种的环烷烃脱氢等反应生成。对芳烃的创新方式主要是通过生产工艺的创新，像近期研发出的抽提蒸馏工艺及与液液抽提工艺相结合的生产方式的创新，还可以进行转化工艺的创新，像正在研究的以甲苯和甲醇为原料，通过催化剂的转化形成芳烃。苯是重要的基本有机产品中的一种。苯的工艺创新主要是体现在提取工艺上，近年来由于生产无苯清洁汽油的需要，采取了抽提蒸馏方法将汽油中的苯分离出来，这也是未来苯的主要来源之一。

结语

低碳、环保是现代环境迫切需要的，低碳时代的发展之路是一个漫长的过程，而有机化工在低碳时代的发展中起着重要作用，同时也需要进行长远的谋划。未来我国有机化工原料主要将来源于石油、煤、生物质碳化工三方面，因此要实现有机化工的长远发展，也要积极采取措施保证石油、煤、生物质碳化工的长远发展，同时政府也要从宏观角度上因地制宜制定天然气资源的优化利用，才能从战略角度上实现资源的长远发展和利用。

参考文献

[1]石海佳,石磊.中国有机化工原料供应链结构——复杂网络视角[J].化工学报,2009(6).

篇4

关键词：生物质 秸秆 汽化 乙醇

一、背景及意义

中国是一个人口大国，又是一个能源消费大国。我国石油资源缺乏，人均石油储量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消费一半左右依赖进口，国际石油市场价格波动已经影响到我国国民经济的稳定发展，而燃油锅炉每年需要消耗大量的石油资源，对宝贵的石油资源是一种极大的浪费。同时，消费化石资源造成了大量二氧化碳排放，我国每年仅燃煤燃油锅炉排放的二氧化碳就达到25亿吨，形成严重的温室效应。

我国是一个农业大国，每年仅农作物秸秆就生产约7亿吨，其他生物质原料木屑、稻壳等也数量巨大，如此之大的资源除了一小部分用于畜牧业外，其余大部分或直接燃烧，或作为农村沼气发酵的原料，但这些利用方式有些是浪费资源、污染环境，有些是利用率低、应用范围狭窄，不利于秸秆等生物质的再利用连续化、大规模化、产业化。

基于此，设计研究一种生物质能利用率高、应用范围广的工艺及相关设备并推广应用已经成为解决能源、资源、环境、农村等问题有效途径。

二、国内外研究、发展现状

目前国内市场上已经普遍出现生物质颗粒燃料气化锅炉、气化发电机组等产品。其中目前先进的秸秆气化炉直接将农作物秸秆转化成燃烧气体，其燃烧效率达95.5%以上，热效率达到82.5%。但是，生物质在气化过程中，由于高温裂解而产生的灰尘和焦油以微粒的形态存在于生物质燃气中，焦油微粒在温度降低时会重新凝结成固态的焦油，并与燃气中的潮湿灰尘微粒结合，堵塞管道，用于发电中将严重损坏燃气发动机的机械部件。因此，如何将生物质燃气中的灰尘和焦油微粒除去，确保生物质燃气在通过燃气发电机组来产生电能的过程中，不因灰尘、焦油凝结而导致燃气发动机损坏或停机，是生物质气化发电技术应用中面对的一项难题。

为了除去生物质燃气中的灰尘、焦油微粒，而且要保证去除过程中不在产生对环璄的二次污染上，目前大部分的生物质气化设备生产厂家都是采用机械方法，这种方法只能在一定程度上减少燃气中灰尘和焦油微粒的含量，而且在支除过程中会产生污水，废气的污染，因此燃气发电机组在经过一段短时间运作后，最后还是会因灰尘和焦油微粒越积越多而出现故障，导致停机。而一般捕焦、除尘设备，虽然早已出现，但这类产品都是针对大型的火电厂、化工厂、洗煤厂而设计开发的，而一般生物质气化发电项目的燃气流量较小，且生物质燃气与火电厂、化工厂需要处理的气体性质有很大差别，因此，目前市场上还没有针对生物质气化而设计生产的有效除尘、除焦且不对周遭环璄产生二次污染装置和产品。

三、研究目标、内容、方法

1.研究目标

本方案研究的的目标是设计一套生物质连续焦化造气工艺技术及其相关设备，利用农作物秸秆、稻壳、玉米棒以及树技、树叶、杂草等生物质，经过粉碎、挤压成型、燃烧造气、冷却炭化等工艺流程，产生焦油、可燃气、炭块或炭粉等产品。

2.研究内容

工艺流程的初步设想是首先将粉碎过的原料倒入生物质连续焦化造气炉的加料器中，电机传动系统带动搅笼将加料器中的秸秆碎料挤压成型，成型后密度达到普通木材的密度。成型后的原料通过输料管进入造气炉的预热段，目的是控制原料和设备的温度，阻止燃烧室的热量向挤压成型机传递，防止设备材料在高温下的失效。随着原料连续挤压，输料管内经预热的成型原料进入燃烧室进行低氧燃烧，过热的原料再经出焦炉冷却水冷却产生焦油，冷却水汽化成水蒸汽，部分水蒸气通入气化室，与燃烧的原料接触裂解产生大量炉气，其中含有焦油气、甲烷、一氧化碳等可燃气体。原料继续进入冷却室冷却碳化，形成炭棒，经过其他辅助装置粉碎可形成炭块或碳粉，经星形轮收集出料。

产生的炉气要经过进一步的分离。炉气首先通过去焦冷却器进行冷却，焦油气经冷却在管壁凝结，刮板上下运动将管壁上凝结的焦油刮下并挤入焦油储罐中。同时，经分离出来的炉气通入喷淋吸收塔水洗，除去炉气中二氧化硫等污染性气体和未被液化的焦油气。喷淋液经过用碎秸秆填充的除油器，动态地除去其中洗出的残余焦油，吸收过的秸秆回运到生物质连续焦化造气炉进行燃烧。最后收集到的可燃性炉气通入储气柜中。

因此，需要设计的静设备有生物质连续焦化造气炉、去焦冷却器、吸收塔、除油器、焦油储罐、喷淋液储罐、炉气气柜，需要选型的动设备有真空泵（或通风机）、洗液泵、喷淋液泵，此外还有管道、阀门等器件的设计和选型。

目前市场上的相关产品是先造粒，再将制成的生物质颗粒进行造气，尽量控制副产品焦油的产出量，使其大部分气化，并将炉气作为发电用的燃气送入发电机组发电。因此就决定了本方案具有以下几点创新之处：

第一，集制粒、造气、出焦于一体，目标产品是炭颗粒、焦油、炉气。

第二，连续大规模处理生物质原料，他不同于先造粒再造气的现有技术和工艺。

3.研究方法

通过阅读大量的相关书籍、文献和研究成果，综合归纳出所需要的内容。根据有关国家标准和行业标准设计。

参考文献

[1] 董天峰，赵国明，张重，张蕾蕾.家用秸秆气化炉的技术现状及发展趋势[J].农业与技术，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，赵欣.生物质气化技术及其在西部地区的应用浅析[J].环境科学与技术，2008，31（10）：34页.

篇5

农村生物质能资源种类多、分布范围广，开发利用农村生物质能源替代常规能源，具有十分广阔的发展前景。

1、发展农村生物质能源，有利于缓解能源供应压力，减少对化石能源的依赖。

我国既是化石能源非常短缺的国家，还是能源消费大国，我国年能源消费总量已达到20亿吨标准煤，居世界第二位，今后，随着经济持续快速发展，能源需求还将不断增加，据初步预测，到2020年，全国能源需求总量将达到30～36亿吨标煤，能源安全形势将更加严峻。

2、发展农村生物质能，有利于减轻环境污染。

由于我国能源消费结构以煤为主，煤炭使用过程中产生的污染成为我国主要的环境问题之一，目前，我国废气排放中约90%的二氧化硫、85%的二氧化碳和80%的烟尘都是由燃煤造成的。生物质能源替代化石能源可以减少污染物排放，保护环境。同时农村生物质能主要原料是农村秸秆、畜禽粪便等农业废弃物质，对农业废弃物的充分利用可以变废为宝、变害为利，减轻农业生产自身造成的农业面源污染，有利于保障农业生产安全和人民身体健康。

目前，农村能源消费总量从4.15亿吨标准煤发展到4.91亿吨标准煤，增加了18.3%，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7%，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。

一种能够“废物利用、变废为宝”的炉具就是农村生物质能的一种。它很廉价，但能够带来可观的社会效益；它构造简单，但却能够有效解决农村资源浪费和环境污染这样复杂的问题；它不受气候影响，符合农村生活的实际，深受农民群众欢迎，它就是高效低排生物质炉。

二、我市农作物秸秆现状

晋中市地处山西中部，西北部紧邻太原，东部与寿阳接壤，南部与太谷交界，属典型的温带大陆性气候，2009年全市耕地面积545.8413万亩，以粮食、蔬菜、果树等农作物为主，全市种植玉米305.78万亩，梨29万亩，苹果49万亩，全市农作物秸秆总产量为305.78万吨，秸秆资源丰富。果树枝盛果期果树每年每亩约修剪300～500公斤果树枝计算，苹果、梨种植78万亩果树产果树枝23.400～39万吨，目前我市秸秆利用率低，技术手段落后，造成了资源的严重浪费。因此，推广高效低排放生物质炉非常必要。

三、推广高效低排放生物质炉的示范效果显著

我市榆次区西祁村是使用高效低排放生物质炉的示范村。西祁村共有耕地面积1832亩，户均4亩果树。在新农村建设中，省农村可再生能源办公室从沼气建设入手，采取整村推进的形式，为全村建成户用沼气池108户，占到全村总户数的90%。但是沼气未能彻底解决农户冬季取暖的问题，因此，2008年我们试点安装了100多个高效低排放户用生物质炊暖两用炉，并结合本村果园多的实际配套3台树枝切割机，很好地解决了村民们的冬季做饭、取暖、洗澡等生活用能。

当我们走进村民王成平家，院子里的3个黑黝黝的大铁炉吸引了记者的目光，户主王成平笑着说：“以前我们在冬天就是靠这三个炉子取暖的，现在装上生物质炉就用不着了。”据王成平介绍，以前每到冬天，3住人的屋子必须装上这样的3个大铁炉才能保证取暖，按每个炉子一冬烧1000块蜂窝煤计算，一年全家仅取暖就要花掉1500多元钱。“现在好了，用上生物质炉，又省钱、又干净，也不怕煤气中毒，安全实用两全其美。以前当地村民大多都把果树枝仍在田间就地焚烧，不仅浪费资源，还污染环境，影响村民们的生活质量和身体健康。现在用上生物质炉具，不仅使大量的农田废弃物、果树枝变废为宝，而且还有效地杜绝了村里村外、田间地头果树枝的乱丢乱弃，整洁了村容村貌，净化了生活环境，深受我们农民们的欢迎。”

村民王二保家正在准备午饭，“院内洁净堂内明，不见炊烟闻饭香”的情景，一下子颠覆了记忆中农村烧火做饭烟熏火燎的印象。王二保说：“自打用上生物质炉，家里就再也没冒过黑烟，做饭还快，赶上农忙，回来加一把柴禾，20分钟饭就全好了。”

截至目前为止，晋中市示范高效低排放生物质能炉试点推广3600户，按每个农户减少或节约1500元买煤买炭的钱，那么3600农户，增收节支540万元，高效低排放生物质炉不但经济效益显著，生态效益与社会效益也非常可观。

四、高效低排放生物质炉具有三个优点

1、变废为宝 清洁环保。

高效低排放生物质炉是指以秸秆、薪柴等生物质为燃料，在炉内既有明火燃烧又有气化成分，没有焦油，不冒黑烟，燃烧充分，热效率高，烟气排放低的炉具。这种炉具可用于炊事、取暖、淋浴等，构造简单，便于安置，非常适合农村家庭使用。

2、生物质炉燃烧原理。

生物质炉之所以能够实现清洁、节能、高效的特点，是因为它具有独特的燃烧原理：燃料经过干馏氧化还原等过程，可以转化成高温可燃烧气体，气体经过剧烈旋转和混合，燃烧更加彻底。

3、生物质炉使用燃料。

生物质炉以固化成型燃料为主要发热燃料，固化成型燃料是将农作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后，加入成型机器中，在外力作用下压缩成所需的形状。它具有密度大、安全性好；体积小，储存方便；燃烧充分，残留灰渣少等特点，它的热值相当于普通原煤的0.7倍左右，燃烧排放有害气体成分低，可实现二氧化碳零排放，二氧化硫含量较低。此外，果树修剪枝、玉米芯、薪柴等都可以直接作为燃料使用。农户使用情况证明，使用这种售价1000多元的炉具，一个五口之家一天炊事需要4.5～6公斤燃料，每年大约需要2000公斤燃料。也就是说，农户只要有5亩耕地或者6亩果树，即可满足燃料需求。

篇6

关键词：煤生化行业；煤化工；生物化工；煤炭需求；煤炭行业 文献标识码：A

中图分类号：TQ546 文章编号：1009-2374（2016）28-0005-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.28.003

1 概述

煤化工一直以来是我国化学工业的重要组成部分，但是煤化工是资源消耗型行业，传统的煤化工是高能耗、高排放和高污染的行业。虽然已经得到不断更新，但是煤化工行业还是浪费了较多的能源，甚至是造成了较大的环境等方面的严重污染。新兴的煤生化行业主要围绕煤化工向生物化工转变过程中涉及的煤基产品的生物转化及精深加工技术进行研究，从而解决煤化工行业传统产品产能过剩、附加值低、能耗高、污染大的问题。我公司作为煤炭企业集团的子公司已进行甲醇蛋白工业化生产技术研究与示范、煤基甲醇蛋白纤维生产技术研究与开发、煤基多功能生物活性物质的研发与应用、新型化工产品的生物炼制等诸多煤生化项目。

2 煤生化行业的兴起

2.1 背景

我国煤炭储量丰富，是最主要的基础性能源，煤炭占到我国能源消费比重的67.7%。我国煤炭的使用以低技术含量和低附加值产品为主导，大多集中在燃煤发电和煤化工产业。而煤化工的主要原料是煤，然后经过一系列化学加工将煤转化为气体、液体、固体等状态的燃料，主要的化学过程就是气化、液化、干馏、焦油加工、电石乙炔化工等，目前以煤制天然气、煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制乙二醇等工艺为主流。由于存在投入大、能耗高、污染重、产能过剩、工艺技术不稳定等局限，其发展正面临着供大于求、环境保护、技术、资金和社会配套条件等方面的挑战。甚至一些地方不顾资源、生态环境等方面的承载能力，出现了盲目规划、竞相建设煤化工项目的情形。建成的项目趋同性较大，缺乏有特色的产品和发展方向，有的技术尚处于试验阶段，仍有较大风险。总之，煤化工产业仍需延长产业链，以科学发展观作为重要的指导，提高技术水平，实现资源的合理化、高效率应用。

2.2 煤生化行业出现的意义

我公司技术团队于2012年开始围绕煤化工产品的生物转化及精深加工所涉及的生物学与化学工程学相关问题而开展一系列研究。首先以生物法生产技术替代传统的化工法生产技术为突破口，然后利用微生物的高效转化作用，以煤基产品作为唯一碳源，开发出了新型煤基生物产品。不仅解决了煤化工产业所面临的诸多问题，延长了煤化工产业链，而且拓宽了生物化工产业发展领域。煤生化是一门煤化工和生物化工相结合的学科，它是以生物技术从实验室规模扩大至生产规模为目的，以生物生产过程中带有共性的工程技术问题为核心。它既是生物技术的一个重要组成部分，又是化学工程的一个分支学科。它综合了生物化工技术理论的诸多方面，旨在对煤生化关键技术的研究和优化操作与控制，进而应用于工业化生产，促进科技成果向生产力转化。煤生化行业的出现，既符合国家倡导的学科交叉，形成化工与生物学科之间的优势互补，又能够适应经济可持续发展和社会日益增长的物质需求，可以促进煤炭工业的清洁绿色发展，是当前煤炭行业与煤化工发展的必由之路。

篇7

关键词 杞柳皮；现状；利用途径；肥料化；燃料化；饲料化

中图分类号 S564.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0131-01

临沭县位于山东省最东南部的苏鲁交界处，特色农业发展迅速，已形成“东茶、西菜、南桑、北柳”的产业化格局。临沭县沭河东岸的白旄镇、青云镇、郑山街道一带盛产杞柳，用其加工成的柳编工艺品一直是此地区第三产业的重要支柱。因此，该县被国家林业局、中国经济林协会授予“中国名特优经济林杞柳之乡”，用杞柳制作的柳编制品畅销40多个国家和地区。但人们对于杞柳的利用仅限于对杞柳条的加工，而对于杞柳皮和杞柳皮上附带的大量鲜叶则没有进行有效利用。据统计，临沭县杞柳种植面积达到6 666.67 hm2，年产杞柳干条超过10万t，带叶杞柳鲜皮30万t以上，干燥后杞柳皮近5万t。而这些杞柳皮目前一直只是处于简单堆放的状态，或者作为柴火、垃圾来处理。但这些处理方法极易造成杞柳皮霉变，甚至腐烂发臭，直接影响当地交通和环境，已经成为农村面源污染的新源头。为此，积极研究探讨杞柳皮的综合开发利用已显得日益重要。

1 杞柳皮利用现状

杞柳属杨柳科柳属，由于去皮后的杞柳条子细长、洁白光滑，因此又被称作“白柳条”[1]。它是一种多年生落叶灌木，其枝条具有发条率高、富有韧性的特点，比较适合制作柳编制品。杞柳属一年栽植，多年收条，每年收割2次，夏收（每年7月入伏后收割）和冬收（每年12月入冬后收割）[2]。杞柳的盛长期一般只有2～3年，第3年以后产量逐渐下降。随着生产条件的不断改善，杞柳栽培技术得到改进，水浇密植栽培形式不断被推广，使柳条单产超过10.5 t/hm2，一般一年两季的产量在15 t/hm2左右，按照2015年的市场价格，仅出售原料这一项收入即可超过7.5万元/hm2，如果经过加工则可实现增值1～2倍。由于杞柳具有种植成本低、收益高、易管理等优点，因此受到广大农民的喜爱而被广为种植。此外，种植杞柳还具有生态效益，可以保持水土、涵养水源、改善生态环境[3]。但随着杞柳种植面积的不断扩大，杞柳生产也会产生一些不必要的环境污染，如杞柳收获后的杞柳皮、更新后的杞柳发达的根系。

2 杞柳皮综合开发与利用途径

2.1 杞柳皮肥料化

采用多种办法实施肥料化，在杞柳生产较多的乡镇，依托农业合作社成立制肥公司，回收杞柳皮、秸秆后注菌发酵，就地腐熟制成有机肥料供农户使用。再就是动员农户广建沼气池，以杞柳皮、秸秆为原料，通过厌氧发酵既获得沼气，又可以产生优质肥料，成为一举多得的好事。建立起经纪人队伍，发展相适应的社会化服务组织，通过他们进行专业加工和运输，解决农户打捆运输等困难。同时，他们还建立补贴机制，给予合作社和经纪人一定额度的补助，用于购买粉碎机、打捆机、生物质压缩设备等专业机械。

2.2 杞柳皮燃料化

一是沼气化。将杞柳皮、秸秆等材料利用厌氧发酵装置，产出沼气，供用户使用。即将杞柳皮等材料与人畜粪进行适配，并放入沼气池中，在厌氧条件下进行发酵，产生出沼气，即以甲烷为主要成分的可燃气体。这些气体可以通过管道送往农户，但需要在稍高于常压的状态下输送。二是压缩块化，采用生物质压缩设备，把杞柳皮加工成长方体小块，以便于储存、运输，降低储运的成本。一般被加工成的长方体小块的长度为2～10 cm，截面直径为3～10 cm。另外，将其作为燃料使用，不仅可以大幅提高生物质的热效率，而且可以为农村居民提供生活用能源，或作为工业锅炉和电站的燃料。三是气化。亦称生物质气化，属于生物质能的利用范畴。即以杞柳皮、秸秆作为原料，将其放入密闭缺氧装置内，利用热化学反应的原理，通过热分解和化学反应，采用自热干馏热解法，释放出可燃混合气体。杞柳皮、秸秆等是由碳、氢、氧等元素和灰分组成，当它们被点燃时，在少量空气存在的条件下，通过采取措施控制其反应过程，可以将大部分能量全部转移到气体中，变成可燃气体。这种混合燃气亦称生物质气，其中含有CO、H2、CH4等有效成分[3]，能够被广泛利用。

2.3 杞柳皮饲料化

杞柳皮饲料化是近年来对杞柳皮综合利用的一项新认识，杞柳皮根据杞柳收割时间不同可分为生皮（夏收后的杞柳皮）和熟皮（冬收后的杞柳皮）。生皮通过剥皮机、高温熏蒸等物理方式就可以简单剥离，秋后收割的杞柳条难以剥离，过去只能一根根剥离，现在经高温加热蒸煮处理后，也实现了简易剥离，降低了劳动强度。医学研究，杞柳皮具有清热去火的神奇功效，加工后的杞柳皮经过消毒，是牛、羊、马等各类哺乳动物的最佳饲料。根据临沂大学的专项研究发现，用2 kg杞柳生皮替代0.5 kg苜蓿干草，或用4 kg杞柳熟皮替代1.5 kg苜蓿干草饲喂奶牛，均能较好地预防奶牛乳腺炎的发生，降低奶牛前胃迟缓发病率，提高奶牛消化率；并且发现饲喂生皮与饲喂熟皮相比，在预防奶牛乳腺炎、降低前胃迟缓发病率、提高消化率方面的效果均表现更好[4-6]。杞柳皮变废为宝将推动全县畜牧养殖业的发展。1 hm2杞柳皮可育肥45～60只羊或者15头牛，全县预计可育肥近40万只羊或10万头牛。现在越来越多的养殖户已认识到杞柳皮对畜牧生产的推动作用，他们通过引进先进技术，利用新鲜生皮或者把秸秆发酵后变成柔软有甜味的饲料，使杞柳皮变废为宝，不但美化了环境，而且增加了收入。

3 参考文献

[1] 赵f绯，尹维彬，陶晓，等.安徽阜南杞柳林生长及其土壤特性[J].东北林业大学学报，2011（10）：36-39.

[2] 赵伶.杞柳的科学栽培[J].农村实用技术，2007（12）：45.

[3] 王砚革，王洪学，姚彦文，等.杞柳工艺原料林栽培技术[J].林业实用技术，2004（8）：36-37.

[4] 刘洋，晁洪雨，王自然.杞柳条生皮替代苜蓿对奶牛泌乳性能的影响[J].畜牧与兽医，2015（2）：55-57.

篇8

1.1 能源分类

凡是能够间接或经过转换而获取某种形式能量载能体的自然资源统称为能源。在自然界里有一些自然资源本身就拥有某种形式的能量，其在一定条件下能够转换成人们所需要的能量形式，这种自然资源就是能源，如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等（一般称为一次能源）。但生产和生活过程中由于某种需要或便于运输和使用，常将一次能源经过一定加工转化，使之成为更符合使用要求的能量形式，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等（一般称为二次能源）。而根据能源是否可以再生，又分为再生能源和非再生能源。能源分类见表 1～2。

1.2 能源概况

能源是经济和社会发展的重要物质基础，也是实现现代化及提高人民生活水平的重要保障。随着现代社会生产的不断发展，机械化、电气化、自动化程度的不断提高，对能源的需求量也越来越大。一般说来，一个国家的国民生产总值和它的能源消费量大致成正比。能源是主要动力来源，能源的消费量越大，产品的产量就越多，经济就越发展，整个社会就越富裕，人民的生活水平就越高。发达国家的人口总和约占世界人口的1/5，而能源消费量却占了世界能源总消费量的70％左右。1990 年以来，我国能源生产总量虽已位居世界前列，但由于人口重多，人均占有能源消费量只有发达国家的 5％～15％，而且在能源结构中还是以煤炭为主，致使环境污染问题严重，发达国家平均煤炭消费量只占能源总消费量的25％左右。近二三十年来，虽然我国能源开发利用发展很快，但无论是从生产到生活，还是从城市到农村，煤、油、电等能源仍然十分短缺。如何解决能源短缺问题，有两条出路可以选择：一是降低经济增长速度；二是加大能源开发力度、狠抓节约能源工作。近 10 余年来，我国国民生产总值（GDP）增长速度很快，但人均 GDP 仍然很低，如果过分降低经济增长速度，要在本世纪中叶达到中等发达国家水平的目标将难以实现。因此只有加大能源开发力度、提供足够的能源才能使我国经济得以持续发展。根据我国国情，最经济、最丰富的能源资源就是煤炭。因此，我国必须在增加煤炭生产的同时，狠抓节煤工作，提高其利用效率，加强环境治理与保护，决不能走发达国家先污染、后治理的老路。石油在我国能源构成比例中占20％，其是交通工具的主要动力能源，其中汽车是石油的最大用户。汽车发动机排放的气体是城市大气污染的主要来源。因此在狠抓节煤工作、提高其利用效率的同时，还必须狠抓节油工作，提高其燃烧效率，降低汽车尾气中的有害物排放量。根据世界能源发展新战略的规划，发达国家的人均能耗从1980年的 6.78t 标煤下降到 2020 年的 3.44t标煤，到2020 年能源总消费量将为 120 亿 t 标煤，只增加10％，而经济增长仍可达到 50％～100％。我国是低收入国家，但每万美元国民生产总值能耗为世界之首，为发达国家的 4～6 倍；产品能耗平均为发达国家的 2 倍，使用能源的设备效率要低10％～40％。因此，要使经济持续增长，在增加能源生产的同时，还必须提高能源利用率、节约能源及解决环境保护问题。

2木质生物质能源技术的发展

2.1生物质能源

生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。它的转换利用技术有热化学转化技术、生物化学转换技术、生物质压块成型技术及化学转换技术。目前我国生物质能源的发展还存在很多问题，主要表现在以下几个方面。

（1）各学科技术开发能力和产业发展不平衡；

（2）技术研发、设备制造能力有待提高；

（3）技术水平和生产能力与国外先进水平差距较大；

（4）生物质能源资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善；

（5）人才培养不能满足市场快速发展的要求；

（6）没有形成支撑产业发展的技术服务体系。工业大革命以后，煤、石油和天然气一直是人类能源的主角，然而对地球上现有矿物质能源的乐观估计也只能再用 100 年。根据世界能源权威机构 1999 年底的分析，世界已探明的主要矿物燃料储量和开采量不容乐观：石油剩余可采年限仅有 40 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的40.5%；天然气剩余可采年限为61.9年，其年消耗量占世界能源总消耗量的 24.1%；煤炭剩余可采年限为 230 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的 25.2%；铀剩余可采年限为 73 年，其年消耗量占世界能源总消耗量的7.6%。

按目前的消耗估算，本世纪下半叶，人类不但将面临严峻的能源危机，而且还将面临过度使用矿物质能源而造成的生态环境危机。与矿物质能源相比，生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。生物质能源具有以下特点：①可再生性，且产量大；②可储藏性和可替代性；③资源丰富；④二氧化碳零排放，生物质能源燃料燃烧所释放出的二氧化碳大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的二氧化碳，所以应用生物质能源时二氧化碳的排放可认为是零。我国是最大的发展中国家，同时又是一个人口大国，能源短缺及利用水平低是阻碍国家经济和社会发展的瓶颈之一。我国石油资源相对不足，如果继续增加煤炭用量将加剧环境污染，21 世纪将面临经济增长和环境保护的双重压力。从能源长远发展战略高度来审视，寻求一条可持续发展的能源道路、大力利用新能源和可再生（新）能源以减少对环境污染，加快新能源对传统能源的新旧更替，已成为我国近期急需解决的重大问题。改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源，对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护都具有重大意义。我国陆地林木生物质资源总量在 180 亿 t 以上，可用于生产生物质能源的主要是薪炭林、林业废弃物和平茬灌木等。林业生物质能资源在我国农村能源中占有重要地位，我国农村消耗的林业生物质能资源约占农村能源总消费量的 20%。在山区和林区，农民 50%以上的生活用能依靠林业资源。目前我国的生物质能源利用率很低，生物质能源综合利用效率仅为 16%，薪柴超伐量达 54%，秸秆直接燃烧用量占 60%。生物质能源的不合理消耗，加剧了农业生态平衡的失调。木材是生物能源的主体，是最古老的能源物质，与化石能源相比，其是一种可再生能源；与秸秆相比，其能量密度高，种类丰富，一次栽种多年受益，是实现大规模能源化的理想生物质资源。但长期以来我国对木质生物质能源的利用方式一直是以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术加以利用，但规模小，普及程度较低，在农村乃至国家的能源结构中只占有极小的比例。

2.2生物质能源应用技术

人类对木质生物质能源的利用已有悠久的历史，但多是以直接燃烧的方式来利用它的能量，直到 20 世纪，特别是近 20 年来，木质生物质能源的研究和应用才有了快速的发展。目前国内外已有的木质生物质能源利用技术主要有以下几方面。

（1）燃烧木质燃料：通过直接燃烧木质生物质而获得热能是目前木质生物质能源利用的最主要方式，木质燃料主要包括薪材和木质压缩成型燃料。木质压缩成型燃料是以木屑、树皮等林业剩余物为原料，在加压（49～196MPa）、加热条件下，压缩成棒状、颗粒状且质地坚实的成型物体，可作为工业锅炉、民用灶炉以及工厂和家庭取暖的燃料，也可以进一步加工成木炭和活性炭。

（2）气化：气化是指木质生物质在高温条件下，与气化剂（空气、氧气和水蒸气）反应后得到的小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是以空气为气化剂，产生的气体主要作为燃料用于锅炉、民用炉灶发电等场合，也可以作为合成甲醇的化工原料。

（3）液化：液化是指采用化学方法将木质生物质转换成液体产品的过程。液化技术主要分间接液化和直接液化两种。间接液化就是把木质生物质气化成气体后，再进一步合成为液体产品；或者采用水解法，把木质生物质中的纤维素、半纤维素转化为多糖，然后通过生物技术将其发酵成乙醇。直接液化是把木质生物质放在高压设备中，添加适宜的催化剂，在一定的工艺条件下反应制成液化油，作为汽车用燃料或进一步分离加工成化工产品。

（4）热解：木质生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解的过程称为热解。热解过程所得产物主要有气体、液体和固体，其比例根据不同的工艺条件而不同。

3我国木质生物质能源的发展及应用

（1）薪炭林：薪炭林是以生产木材燃料（薪材）为主要目的的树种，在我国有悠久的经营利用历史。我国从1981年开始实施薪炭林工程，截至到 2000 年，已营造551.3万 m2，生物质获得量达 2000 万 t/a，相当于 1143.2万t 标准煤。长期以来，我国的广大农村一直以木质燃料作为廉价燃料，营造薪炭林已成为解决我国农村能源问题的有效途径。

（2）木质压缩成型燃料：我国木质压缩成型燃料研发工作起步较晚，但现在已达工业化生产规模。1990 年中国林科院林化所与东海粮食机械厂合作，完成了国家“七五”攻关项目———木质棒状成型机的研发工作，并建立了 1000t 级的棒状成型燃料生产线，而且还出口到马来西亚、埃塞俄比亚、印度尼西亚等国家。1998 年林化所又与江苏正昌粮机集团公司合作，研发了内压滚筒式颗粒成型机，其生产能力为 250～300kg/h，生产的颗粒成型燃料特别适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司从美国引进了适用于家庭使用的取暖炉技术，通过消化吸收，现已形成了工业化生产。此外，还从美国引进了一套生产能力为1.5t/h的颗粒成型燃料生产线，1999年开始正式生产，目前运行情况良好。

（3）气化发电：经过十几年的研究、试验、示范，生物质气化技术已基本成熟。木质生物质气化主要分为两种工艺类型，一是中国林科院林化所研究开发的以林业生产剩余物为原料的上吸式气化炉，其气化效率达 70%以上，最大生产能力达 6.3×106kJ/h（消耗木片量为300kg/h），产生的水煤气用于集中供热和居民家庭使用；二是循环流化床气化炉，其气化效率达 75%，最大输出功率约 2900MW，该系统主要是处理木材加工的废弃物（如木粉等）为工厂内燃机发电提供燃料。

（4）林业生物乙醇：生物乙醇是近年最受关注的石油替代燃料之一。目前粮食淀粉的生物乙醇已基本实现规模化生产，但成本较高。纤维素生物质作为生产燃料乙醇的原料丰富而廉价，利用木质纤维制取燃料乙醇是解决原料来源和降低成本的主要途径。“八五”期间，我国开始利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索和研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段；“十五”期间又开展了用木屑为原料稀盐酸水解制备酒精、水解木质素制备高吸收能活性炭的研究。南京林业大学从 20 世纪 80 年代中期开始对植物纤维生物转化制取乙醇的基础理论和应用开发进行了系统研究。随后，我国开展了生物质原料的高压蒸汽爆破预处理技术、纤维素酶制备技术、大规模酶降解技术、戊糖己糖同步发酵技术、微生物细胞固定技术、在线杂菌防治技术以及副产品木质素的深加工利用技术等项研究工作，目前这些技术仍处于研发阶段。

（5）热解：我国从 20 世纪 50～60 年代就开始进行木材热解技术的研究工作。中国林科院林化所在北京光华木材厂建立了一套生产能力为 500kg/h 的木屑热解工业化生产装置，在安徽芜湖木材厂建立了年处理能力达万吨以上的木材固定床热解系统。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联引进了一套年处理木材10 万 t的大型木材热解设备。但以木材为原料来制取化工产品的生产成本高，难以与石化产品竞争，因此研究工作转向以热解产品的深加工开发，如活性炭、木醋液等应用研究领域。国内在快速热解制取液化油的研究开发方面尚未见报道。总之，我国在生物质能源转换技术的研究开发方面做了许多工作，取得了明显进步，但与发达国家相比仍然差距甚远。

篇9

关键词：煤化工 化学工业

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：

1 煤化工的相关概述

1.1 概念

煤化工：是以煤为原料经化学加工转化成气体、液体和固体并进一步加工成一系列化工产品的工业过程。

1.2 煤化工的分类

从煤的加工过程分，主要包括干馏(含炼焦和低温干馏)，气化，液化和合成化学品等；

从产品上划分，煤化工包括焦炭、煤焦油等传统煤化工和煤制油、煤制烯烃和甲醇制二甲醚等新型煤化工；

从加工深度上分，煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。

1.3 煤基替代能源特点

煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烃等产品和石油产品比较，具有明显的经济性，和生物质能源比较成本优势更加明显。煤基替代能源替代范围广泛，可以利用粉煤甚至高硫煤作为原料，原料分布广泛，价格低廉。采用先进的煤气化技术制造的替代能源，能降低直接燃烧煤炭带来的污染，是更优质环保的能源，以煤逐步取代部分石油的战略趋势，已成为21 世纪的必然，为了减轻对石油进口的依赖，发展煤化工是我们的必然选择。

1.3.1 新一代煤化工技术

以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术；与电热等联产可以实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目标。

1.3.2 新型煤化工特点

以清洁能源和石油可替代品为主要产品；煤炭—能源化工一体化；高新技术及优化集成；建设大型企业和产业基地；有效利用煤炭资源；经济效益最大化；环境友好。

现代煤化工集成化技术—“五代一变”：通过发展煤炭加工、转化和煤化工，开发煤基醇醚燃料、煤制油、煤层气等替代能源，实现二甲醚替代液化石油气和柴油、煤层气替代天然气、喷吹煤替代重油、乙炔化工和焦化副产品综合替代石油化工产品及煤炭通过液化变成油品，从而把煤炭转化为高效、洁净的新型能源和石油替代产品。

如表1所示，甲醇掺烧汽油表观消费量增加，而与原油的价格相比却有明显优势。虽然甲醇掺烧汽油具有一定的操作难度，但市场容量无预期的大。

表1 甲醇掺烧汽油进出口量与原油价格对比

DME直接替代柴油；需要时间；发动机需要改造；加气站需要改造或重建；需要全国大范围的推广。LPG掺烧25%DME；存在现实可能性；外购甲醇生产的DME并无竞争力。

表2 现今使用的几种燃料油的成本对比

如表2所示，甲醇与LPG在获得相等热值的条件下成本较低，因此使“煤变油”具有明显优势存在巨大的发展空间，但直接液化产油对煤种要求高，推广具有难度；间接液化煤变油具有明显的成本优势。煤间接液化制得烯烃，具有明显的成本优势。

2 我国煤化工产业发展现状

2.12007年发展状况

2.1.1 相关政策对煤化工发展仍起主导作用

我国煤化工行业有序发展；煤制油和MTO/MTP示范装置将在预定时间内建成并试运行

受发改委禁止新建项目将天然气用于化工用途的影响，煤制甲醇将成为我国甲醇的最主要来源。

2.1.2 神华煤制油装置建设进展顺利

2004年8月开工建设；2007年年底已经完成工程进度的98% ，实现了多项具有里程碑意义的重大技术突破，神华直接煤制油示范装置将于2008年初投产试车。

2.1.3 醇醚燃料发展迅速

建成投产的甲醇和二甲醚装置分别达到了几百万吨；在建的装置总规模也达到了千万吨级；二甲醚的车用也取得了突破性进展。

2.1.4 自主煤化工新技术开始取得领先

即将实现工业化生产的神华煤直接制油技术，开工建设2000吨/年催化剂工厂的大连化物所DMTO技术，出口国外的兖矿-华东理工大学水煤浆气化技术；2007年12月在云南解化投产的甲醇制汽油技术为代表。

3 煤化工产业存在的问题

3.1 资源和环境存在巨大压力

3.1.1 煤炭资源

预计2010 年全国甲醇产能达到5000万t，则需要煤炭资源1亿t；而根据现在规划的煤制油项目规模将超过3000t 以上，按4－5 t 煤制1t 油、3 000 万t 产能计算，需要1.2亿－1.5亿t 煤炭。但按照我国煤炭工业“十一五”规划，到2010 年，全国化工用煤也只有1 亿多吨。

3.1.2 水资源

150 万t/a 油品的间接液化工厂日需原水供应量约为5.5 万m3；100 万t/a 油品的直接液化工厂日需原水约2.3 万m3。

3.2 产品品质面临挑战

以PVC 行业为例，煤化工电石法PVC 的市场价格总是石油化工比乙烯法PVC 要低上几百元甚至上千元每吨。除去成本因素外，由于工艺路线不同导致的电石法PVC 的品质略低也是主要原因。电石法PVC 主要占据管材、型材等中低端领域，而乙烯法PVC则占据透明制品、高档膜料等高端领域，并且双方在电缆料、软板市场展开激烈的竞争。产品品质，成为制约电石法PVC 进军高端市场的主要原因。

3.3 单个项目建设资金投入多

例如：建设100万t/a 油品产量的直接液化工厂投资约80亿－90亿元，同等规模的间接液化工程资金投入约90亿－100亿元。煤化工联产系统有利于减少建设资金投入，如50万t/a 煤直接液化与300万t/a 煤焦化联产时，直接液化部分的资金投入大约为35亿－40亿元。

4 我国煤化工产业发展趋势

4.1 《煤化工产业中长期发展规划》出台及其影响分析

我国煤化工产业发展政策的基本精神：稳步推进产业发展，不断发展煤化工产业，以缓解石油供应的紧张局面；科学制定发展规划，促进煤炭区域产销平衡，鼓励煤炭资源接续区煤化工产业发展，适度安排供煤区煤化工项目的建设，限制调入区煤化工产业的发展；统筹煤与相关产业的发展，特别是与水资源的协调发展；煤化工业要坚持循环经济的原则，走大型化、基地化的路子，发展开放式的产业链条；安全发展，认真进行安全风险评估；

4.2 将会发展有竞争力的产品领域

传统产品领域：要对与石油化工路线相比具有比较优势的煤化工的产品领域大力进行技术改造，并促使企业改制、改组，设法做强做大，增强国际竞争力。 能源替代品：这一部分是煤化工的潜在市场，市场前景广阔，是发展的重点。未来几年，中国煤化工的主攻方向是绿色高新精细化工。掌握煤化工某些核心技术如煤气化技术的企业应积极走出去，利用已有的技术优势和人才、管理优势，采用参股、控股等形式与西部煤炭富足地区进行合作，同时与科研院所联合，寻找有市场潜力的项目，做好前瞻性准备，培育成为公司的拳头产品。

4.3 坚持走转变增长方式的道路

从资源流程和对环境影响的角度考察，增长方式存在两种模式：一种传统模式，即“资源—产品—废物”的单向线性过程。经济增长越快，资源消耗越大，污染排放越多，对资源环境的负面影响越大；另一种是循环经济模式，即“资源—产品—废弃物—再生资源”的闭环反馈式循环过程。

参考文献

[1]唐宏青. 煤化工工艺技术评述与展望[ J ]. 燃料化学学报，2001,29（1）：1—5.

篇10

秸秆气化技术和农村集中供气系统是近几年发展起来的新的技术工艺。该技术工艺是秸秆类生物质在缺氧条件下，经过外部加热，使生物质中的C、H、O等元素转变成CO、H2、CH4等可燃气体，通过管道网络供给农民。这种技术既改变了农民直接燃烧生物质以获取能源的传统方式，又适应了部分农民由于生活水平提高而对高品位燃料的需求。

一、秸秆气化的基本原理

气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。当秸秆类物料燃烧时，需要一定量的O2，如果提供的O2等于或多于这个值，秸秆便可以充分地燃烧，最后的残余物为灰分。如果提供的O2量很少，秸秆在燃烧过程中便不能全部烧掉，提供的O2越少，没能烧掉的可燃成分就越多，这些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。4个反应区的气化过程如下。

1　秸秆的氧化反应

气化剂(空气)由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热。加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，同炽热的炭发生燃烧反应，生成CO2并同时放出热量。由于是限氧燃烧，O2，的供给不充分，因而不完全燃烧反应同时发生，生成CO，同时也放出热量。在氧化区，温度可达1000～1200℃。反应为：

C+O2=CO2+AH　H=408.8kJ

2C+O2=2CO+H　H=246.44kJ

在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热为还原区的还原反应、物料的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成的热气体CO和CO2进入气化炉的还原区，灰则进入下部的灰室中。

2　还原反应

在还原区已没有O2存在，在氧化反应中生成的CO2在这里同炭及水蒸气发生还原反应，生成CO和h2。由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，为700～900％。

还原区的主要产物为CO、CO2和h2，这些热气体同氧化层生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。

3　裂解反应

在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，同时将秸秆加热，秸秆受热后发生裂解反应。在反应中，秸秆中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于秸秆的裂解需要大量的热量，在裂解区温度降到400～600％。

裂解区的主要产物为炭、h2、水蒸气、CO、CO2、Ch2、焦油及其它烃类物质(CmHn)等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区。

4　秸秆的干燥

气化炉最上层为干燥区，从上面加入的物料直接进入到干燥区，湿物料在这里同下面3个反应区生成的热气体产物进行换热，使原料中的水分蒸发，该层温度为100～300℃。干燥层的产物为干物料和水蒸气，水蒸气随着下面的3个反应区的产热排出气化炉，而干物料则进入裂解区。

通常把氧化区及还原区合起来称作气化区，气化反应主要在这里进行。裂解区及干燥区则统称为燃料准备区或燃料预处理区，在这里反应是按照干馏的原理进行的，其载热体是来自气化区的热气体。

在气化炉出口，产出气体成分主要为CO、CO2、h2、Ch2、焦油及少量其它烃类，还有水蒸气及少量灰分。气体经过净化后，便可送入储气柜储存，供居民使用。

二、秸秆气化的主体组成

气化炉是秸秆气化集中供气系统的核心设备。在秸秆气化集中供气系统中大部分采用下吸式固定床气化炉，主要由内胆、外腔及灰室组成。

进入到气化炉内的秸秆最初在物料的最上层，即处在干燥区内。由于受外腔里的热气体及内胆里热气体的热辐射，水分蒸发了，秸杆变成干物料。随着物料的消耗，秸杆向下移动进入裂解区。由于裂解区的温度高，达到了挥发分溢出温度，因而秸秆开始裂解，挥发分气体开始产生，干秸秆逐渐分解为炭、挥发分及焦油等。而生成的炭随着物料的消耗而继续下移进入氧化区。在氧化区，由裂解区生成的炭与气化剂中的O2进行燃烧反应生成CO2、CO。没有在反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，与裂解区及氧化区生成的CO2，发生还原反应生成CO，炭还与水蒸气反应生成h2和CO。

气化过程中空气的供给是靠系统后端的容积式风机的抽力实现的。大多数的秸秆气化炉都是在微负压的条件下运行，进风量可以调节。

从秸秆气化炉中生成的可燃气体含有杂质，且温度太高，并不适合直接送给用户使用，必须进行净化。净化秸秆气的主要目的是除去灰分、炭颗粒、水分、焦油及冷却。净化系统中常用设备为旋风分离除尘器、喷淋塔、液滴分离器和生物质过滤器。

1　旋风分离器

旋风分离除尘器是应用最广。也是最有效的除尘设备。在秸秆气化集中供气系统中采用的是切流式旋风分离除尘器。需净化的秸秆气通过连接管沿切线方向进入旋风分离的圆筒部分，悬浮在秸秆气中的灰分、炭颗粒等粒子靠离心力的作用被抛向器壁。粒子由于与器壁的摩擦而失去其活动力，受重力的作用而落至旋风分离器底部的圆锥部分，从旋风分离器底部的排放孔定期排出。已除尘的秸秆气通过位于旋风分离器中心线上的排气管道排出。

气体的除尘效果与气体进入旋风分离器内的速度大小有关。秸秆气的进气速度太小，除尘效果不明显：进气速度太大，会将已沉降的尘粒重新吹起来。适宜的进气速度是15～20m／s。旋风分离器的直径越小，气体的除尘就越完善。在保持气体最适宜的速度条件下，直径减小可使气体的旋转次数增加。

为了提高除尘效果，实际上常常使用多个旋风分离 器，将它们并联或串联。串联时的除尘效果更好，但却增大了系统阻力。

2　喷淋塔

很多秸秆气化集中供气系统中都使用喷淋塔来净化秸秆气。喷淋塔的作用不是单一的而是多样的，它既可以除尘、除焦油，也可以冷却秸秆气。绝大多数的喷淋塔为圆形截面。被冷却的气体从下面送入，喷淋水则由上面送入，这样就形成了水和气体的相对流动。含杂质气体在由下至上流动过程中，经过一排排向下喷淋的液滴，液滴可以捕捉气体中的杂质，并冷却气体，从而达到除尘、除焦油并冷却秸秆气的目的。

3　文氏管洗涤器

文氏管洗涤器是另一种湿法除尘设备。当含尘气体通过文氏管时，利用文氏管的收缩管径。使气体的流动速度增加。由于气体流速增加使得文氏管内的压力降低，从而使管外的液体通过小孔被吸入到管内，同时液体被雾化成细小液滴，吸附尘粒子。雾滴与气体问的相对速度很高，高压降文氏管可清除小于1μm的微小颗粒很适于处理粘性粉气体。一般情况下，气体经过文氏管加速后，流速应控制在60～120m／s。

4　液滴分离器

大多数情况下，秸秆气在经过湿法除尘冷却后。都会带入一定的水分，所以去除水分也是气体净化过程中必须的。通常的除水分设备为液滴分离器，也就是液滴捕集器。气体在通入液滴分离器后，由于撞到设置在分离器内的不同方向的挡板，而使气体的流动速度及方向都发生改变。撞击到挡板上的液滴在重力的作用下下落，从而使液滴从气体中分离出来。

5　生物质过滤器

生物质过滤器是利用颗粒层过滤原理对气体进行净化，它是秸秆气化集中供气系统中比较有效的、经济实用的净化设备。当秸秆气通过滤料时，气体中的杂质、微细炭颗粒、水分、焦油等被过滤器滤料的多孔体表面吸附。在秸秆气化集中供气系统中一般采用不同粒度等级的木屑、玉米芯作为滤料，所以称作生物过滤器。当木屑或玉米芯吸附物达到饱和状态时，应以新的木屑、玉米芯替换下来，并将旧的作为气化原料投入气化炉，这样可以减少二次污染。

生物质过滤器有以下几个特点：(1)除尘效率高，总除尘效率一般为98％～99.9％；(2)适应性广；(3)处理气体量、气体温度和入口含尘浓度等的波动对除尘效率的影响较小；(4)滤料来源广、价格便宜，而且不用水，设备阻力中等。

在秸秆气化系统中所采用的生物质过滤器通常为固定床多层过滤器，有水平床层和垂直床层2种。

6　罗茨风机

罗茨风机是燃气工程中最常用的燃气加压设备。它在壳体中有一对“8”字形的转子，运行时一个转子顺时针旋转，另一个转子逆时针旋转。这种旋转运动使转子与壁面之间包围的空间体积产生周期性变化。从而对其间的气体产生压缩。提高了燃气压力。

如果忽略气体沿转子之间和转子与壁面之间的间隙回流。罗茨风机可以看成是容积式输送机，即气体流量受压力影响很小，可以保持燃气发生系统的稳定运行。

7　储气柜

储气柜是燃气输配系统中的关键设备，它的作用是：(1)储存部分燃气，用以补偿用气负荷的变化，保证燃气发生系统的平稳运行。集中供气系统的用气高峰集中在一日三餐的炊事时间，平时只有零星用气。储气柜在非用气高峰时储存部分燃气，而在用气高峰时放出来以补充气化机组不能及时供应的部分燃气量。(2)为燃气管网提供一个恒定的输配压力，保证燃气输配均衡，使管网内所有的燃气灶都能按照额定的压力正常燃烧。

燃气输配系统中常用的储气柜有2类：低压湿式储气柜和低压干式储气柜。

8　输气管网

输气管网分室外和室内2个部分。煤气输送外网可采用水煤气钢管和PE管2种。前者造价低，后者造价虽高，但寿命长。户内使用镀锌管，并配有煤气表。输气管网应按国家有关规定进行管径计算和管路施工。

三、系统在操作、运行和管理中应注意的问题

1　正确选择技术类型及主要设备

系统在使用前须详细正确地分析本地的实际条件。根据具体实际情况和现有条件，选择相应的设备和技术类型，这样才能正确有效地发挥秸秆气化技术。如果设备或技术类型选择不当，轻者系统运行不畅、故障频繁、维修费用增高、达不到投资预期目的，重者整个系统无法运行、设备损坏，甚至还有安全隐患。

2　严格控制秸秆气的质量

秸秆气化产出气体的质量是保证应用系统正常运行的前提。操作人员应严格遵守设计单位出具的技术说明、操作规程和维护保养条例，按规定操作运行，从而保证生产的正常运行，能得到高质量、合格的气体。

3　保证安全生产

秸秆气易燃、易爆、有毒，而且原料也是可燃的，因此增强有关人员的安全意识是非常必要的。首先，从设计上就必须按照国家有关防火防爆规定进行设计；其次，在设备的制造安装过程中也必须遵照国家的规定，储气柜的制造安装及输气管网的安装都必须由国家有关部门认可的有资质的单位来执行的；系统的生产和运行也必须符合国家有关规定。

4　提高人员素质

在农村使用此类技术，要注意安全使用常识的宣传。管理人员和操作人员应了解有关基本知识，并掌握所用技术的基本原理，并能够对设备故障作简单的处理。否则，也会造成重大事故。