秸稈制油：化污染為能源
2007年9月26日晚8時許，山東省濟南市城區(qū)到處彌漫著濃濃的煙霧。濃煙不僅阻礙了道路，還鉆進學(xué)校、家庭，嗆得人無處躲藏，釀成各界關(guān)注的“926”煙霧事件。
類似由秸稈焚燒引起的煙霧所導(dǎo)致的高速公路封閉、航班延誤事件，在濟南，在山東，在全國各地時有發(fā)生。治理秸稈焚燒，已成為全國上下關(guān)注的社會問題。
與此同時，日益高漲的國際石油價格，把人們的目光吸引到與能源有關(guān)的所有領(lǐng)域。最近，青島福波思新能源開發(fā)公司和青島科技大學(xué)共同研發(fā)的生物質(zhì)快速裂解工藝見諸報端，引起各界的關(guān)注。記者為此采訪了公司技術(shù)總監(jiān)、青島科技大學(xué)教授李建隆。
記者：石油和煤炭是不可再生能源，終有枯竭之日。能源短缺已經(jīng)成為世界各國普遍關(guān)注的問題。我想，這可能是福波思公司開發(fā)該項技術(shù)的動力吧。
李建。荷镔|(zhì)能是一種可再生且環(huán)境友好的能源，其能量載體的碳元素來自大氣中的CO2，燃燒或裂解后又以CO2形式返回到大氣，從而構(gòu)成碳的生態(tài)循環(huán)鏈。
生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)是當(dāng)今世界可再生能源發(fā)展領(lǐng)域中的前沿技術(shù)之一。我們開發(fā)的熱解技術(shù)可將秸稈、稻殼、鋸末、蔗糖渣等轉(zhuǎn)化成生物油，所產(chǎn)生的氣體可作熱解時的燃料，固體物為高質(zhì)量木炭。生物油可替代柴油用于農(nóng)用機械或用作燃料以供熱和發(fā)電。所產(chǎn)木炭可用于冶金制造業(yè)和有色金屬生產(chǎn)中，亦可用來制造滲碳劑、黑火藥、固體潤滑劑等。
目前該公司已建立了每小時熱解一噸原料的生產(chǎn)裝置，且已成功開車試產(chǎn)。計劃在實現(xiàn)設(shè)備和站房的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計基礎(chǔ)上，兩年內(nèi)與合作伙伴投資建設(shè)生產(chǎn)本裝置的基地，在國內(nèi)大面積推廣。
記者：把造成城市環(huán)境污染的秸稈轉(zhuǎn)變成目前緊缺的能源產(chǎn)品，這真是“化腐朽為神奇”的技術(shù)革命，請您介紹一下生物質(zhì)熱裂解的原理。
李建。荷镔|(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要組成物以及一些可溶于極性或弱極性溶劑的提取物組成。生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)在與氧隔絕的條件下熱降解，最終生成炭、可冷凝氣體(生物油)和可燃?xì)怏w(不可冷凝)的過程。生物質(zhì)熱裂解是復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)過程，包含分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子聚合等反應(yīng)。生物質(zhì)熱分解時，半纖維素和纖維素主要產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而木質(zhì)素主要分解成炭。實驗表明纖維素在325℃時開始熱分解，隨著溫度升高降解逐步加劇，至623—643℃時降解為低分子，其反應(yīng)方程式可概括為：生物質(zhì)→快速熱裂解→生物油+炭+氣。
記者：對于很多人來說，生物質(zhì)能還是一個新名詞。請您介紹一下國內(nèi)外在這方面的研究進展情況。
李建。荷镔|(zhì)快速裂解技術(shù)始于20世紀(jì)70年代。北美洲首先開展了這項技術(shù)的研究，80年代初期，加拿大滑鐵盧大學(xué)研制出流化床反應(yīng)器快速熱裂解技術(shù)。隨后美國國家可再生能源研究室開發(fā)出渦動燒蝕熱裂解反應(yīng)器，對該項研究起到了推進作用。目前，這項技術(shù)備受歐洲一些發(fā)達國家關(guān)注，發(fā)展較快。許多科研機構(gòu)和公司在生物質(zhì)快速裂解領(lǐng)域中開展了研究，并開發(fā)出不同類型的快速熱裂解和閃速熱裂解反應(yīng)器。目前存在的問題是快速裂解的條件較難控制，條件控制不好，對產(chǎn)率影響較大。
生物油是一種液體含氧混合物，主要包括酸、堿和醛酮等含氫與碳的化合物，性能不穩(wěn)定，尤其是它的熱不穩(wěn)定性，限制了其應(yīng)用。正因如此，不同于原油餾分及煤液化組分的精制，生物燃料油精制比較困難。故生物油精制方法的研究仍然是一個亟待解決的難題之一。
從總體來看，生產(chǎn)生物質(zhì)液體燃料的技術(shù)還不夠成熟。目前，世界相關(guān)國家正在從以下幾個方面加大研發(fā)力度：提高生物質(zhì)燃料產(chǎn)品的產(chǎn)出率和品質(zhì)；開發(fā)更經(jīng)濟高效的轉(zhuǎn)化設(shè)備和技術(shù)；拓展生物油應(yīng)用領(lǐng)域的研究，開發(fā)以生物油為原料的高附加值下游產(chǎn)品（化學(xué)中間體等）。
我國開展這方面研究較晚。生物質(zhì)快速熱裂解的產(chǎn)品（生物油和木炭）在國內(nèi)市場中尚屬空白。最普通的用途是作為燃料用于熱電廠，供熱供暖的鍋爐站房等。由于燃料的短缺，需求這些產(chǎn)品的潛在客戶無疑會很多。
記者：生物質(zhì)快速裂解技術(shù)的主要原料是秸稈，如果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，秸稈的來源如何?又如何解決秸稈的分散問題？
李建。何覈r(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量很大，達到了7億噸6年。但目前的利用率僅為7%，多數(shù)秸稈就地焚燒，即造成了大氣污染又浪費資源。
開發(fā)利用秸稈的途徑很多，諸如熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括氣化、液化技術(shù)和裂解技術(shù)等。生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括厭氧發(fā)酵技術(shù)、水解發(fā)酵技術(shù)、生物制氫技術(shù)等。其中熱裂解制油技術(shù)被認(rèn)為是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的前沿課題。
我國農(nóng)業(yè)秸稈的產(chǎn)量與分布特點是分散不集中。秸稈的比重小，體積大，不便于長途運輸。因此，宜建立小型生產(chǎn)裝置。公司研究的生產(chǎn)裝置可利用周圍半徑10km的農(nóng)業(yè)秸稈，適合中國國情。除此之外，對林業(yè)生產(chǎn)廢棄物（鋸末、枝條等），以及蔗糖渣、橡膠籽渣等，都可作為本裝置的生產(chǎn)原料。
為解決原材料供應(yīng)問題，可以在熱裂解制油站房附近，由鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府投資建設(shè)草粉廠。草粉廠負(fù)責(zé)向農(nóng)民收購秸稈，進行粉碎、烘干，壓縮打包銷售給制油站房。在站房集中（6—8個）的區(qū)域建設(shè)1個生物油精煉廠。這樣既可增加農(nóng)民收入，同時也解決了運輸問題。從調(diào)查情況看，地方政府對建立草粉廠的積極性很高。
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