生物質(zhì)熱解干餾集中供氣技術(shù)的應(yīng)用

趙洪葉　魏曉明　徐冬利

生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機物，它包括植物、動物及其排泄物、有機垃圾等幾大類。生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，是人類可開發(fā)利用的主要新能源之一。據(jù)估計，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。事實上，生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源。至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)作為生活能源。生物質(zhì)燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴(yán)重。通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源，生產(chǎn)各種清潔燃料，替代煤炭、石油和天然氣等燃料，生產(chǎn)電力，減少對礦物能源的依賴。專家認(rèn)為，生物質(zhì)能源將成為未來可持續(xù)能源的重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質(zhì)能源。

我國農(nóng)村能源工作應(yīng)建立在農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，大膽進行科學(xué)創(chuàng)新。確立科學(xué)的建設(shè)規(guī)模及運行管理模式，采用可行的先進技術(shù)，引入市場競爭機制進行專業(yè)化運營管理，減輕和降低生態(tài)環(huán)境污染、實現(xiàn)廢棄物無害化和資源化利用，是提升我國農(nóng)林生物質(zhì)資源開發(fā)與利用水平、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、改善農(nóng)村環(huán)境、建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重要戰(zhàn)略舉措。

隨著人們對生物質(zhì)燃料技術(shù)的研究，目前已經(jīng)在我國出現(xiàn)了生物質(zhì)固體成型燃料、生物質(zhì)氣化供氣等多種利用形式。

北京聯(lián)合創(chuàng)業(yè)建設(shè)工程有限公司通過科研開發(fā)在農(nóng)業(yè)秸稈能源的開發(fā)利用上取得了突破性進展，利用生物質(zhì)干餾技術(shù)對農(nóng)業(yè)廢棄物熱解制取高熱值可燃?xì)怏w，供農(nóng)村農(nóng)民使用，并可生產(chǎn)木炭、木醋液、木焦油等多種經(jīng)濟價值較高的副產(chǎn)品。創(chuàng)建了集中制氣，區(qū)域配送，統(tǒng)一管理，利益共享的高效能源開發(fā)利用管理模式。并建立了多個示范工程，組織管理完善、設(shè)備運行良好、經(jīng)濟效益可觀?，F(xiàn)結(jié)合它們的工程工藝，就生物質(zhì)干餾集中供氣技術(shù)做一個介紹。

一、干餾生產(chǎn)技術(shù)

1、干餾技術(shù)

干餾是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，包括脫水、熱解、熱縮合、加氫、焦化等反應(yīng)。不同的物質(zhì)的干餾過程雖各有差別，但一般均可分為脫水分解、熱解、縮合和炭化三個階段。

2、生物質(zhì)干餾技術(shù)

① 生物質(zhì)干餾是指在隔絕空氣的條件下，將生物質(zhì)熱解為可燃?xì)怏w、固體炭和液體生物油的過程。

② 利用新型干餾生產(chǎn)工藝，每熱解1t生物質(zhì)（干基）可生產(chǎn)250～300m³燃?xì)狻?50～300kg固體炭、200～250kg木醋液和30～50kg木焦油。

③ 實現(xiàn)了生物質(zhì)到高值產(chǎn)品的完全轉(zhuǎn)化，且生產(chǎn)過程達到了污染物的“零排放”。

3、熱解產(chǎn)品

將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為木炭、木焦油、木醋液和高品質(zhì)燃?xì)?，可實現(xiàn)生物質(zhì)的完全轉(zhuǎn)化。采用熱解生產(chǎn)工藝，每處理1000kg生物質(zhì)（干基）可產(chǎn)出約300m³可燃?xì)狻?00kg木炭、250kg木醋液和50kg焦油（符合銷售標(biāo)準(zhǔn)）。燃?xì)赓|(zhì)量可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，熱值可達15-17MJ/m³（標(biāo)態(tài)）。

① 高品質(zhì)燃?xì)?/p>

具有良好的品值，熱值可達3800大卡/立方米，燃燒狀況相當(dāng)于天然氣，可用于燃?xì)獍l(fā)電、鍛造、瓷磚燒制、城鄉(xiāng)居民生活用氣等行業(yè)。

② 生物質(zhì)炭

生物質(zhì)炭是新型干餾工藝的主要產(chǎn)品之一，含炭量約85%，熱值達7000大卡/kg，可替代天然炭及工業(yè)用炭。

工藝可根據(jù)原料及產(chǎn)品需求的不同產(chǎn)生炭棒、炭粉及蜂窩炭，可提供用戶烘烤及采暖，有效減少燃煤污染物的排放。

生物質(zhì)炭已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工及環(huán)保行業(yè)。可代替天然炭、工業(yè)用炭?？捎糜跓尽⑷∨?、工業(yè)凈水和冶煉廠，也可供硅廠、活性炭廠生產(chǎn)炭化硅、結(jié)晶硅和二硫化碳。國內(nèi)市場價格一般為2000～2500元。

③ 木焦油

木焦油是生物質(zhì)熱解過程中分離出的一種以烴、酚、酸類化合物為主的復(fù)雜混合物，其品質(zhì)優(yōu)于煤焦油。具有柔和度好、耐老化、耐高溫等優(yōu)點，是生產(chǎn)防水材料、防腐涂料、船舶漆、硬度聚氨酯泡沫和抗凝劑的優(yōu)良原料?？商娲航褂?，具有廣闊的市場前景，國內(nèi)售價約為2500元/噸。

④ 木醋液

木醋液也是生物質(zhì)在熱解過程中得到的水溶性含氧化合物，是多種有機酸的混合液。具有殺菌、治蟲、抗病、促進作物生長等作用。可作為綠色無公害農(nóng)藥、微肥使用，可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，并能降解農(nóng)藥殘留。可作為純天然殺蟲劑、天然植物生長調(diào)節(jié)劑、以及除臭劑等。

木醋液的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，已廣泛應(yīng)用于化工業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、食品加工業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生業(yè)。經(jīng)過深加工，可用于浸泡手足，具有經(jīng)絡(luò)疏通、血脈流暢、提高免疫功能。能抑制各類真菌，促進新陳代謝，對預(yù)防手、足癬有顯著效果。國內(nèi)市場價格約1000元/噸。

二、效益分析

1.社會效益

1）為廣大農(nóng)民致富就業(yè)開辟新路

農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策和生態(tài)環(huán)境治理力度的加大給生物質(zhì)能資源的發(fā)展帶來了巨大商機。生物質(zhì)燃料及設(shè)備的大量推廣必然要求大量的生物質(zhì)的供應(yīng)，這樣會使大量的秸稈不再被就地焚燒，變廢為寶。生物質(zhì)氣化集中供氣工程建成后，僅生物質(zhì)收購一項，每年可為當(dāng)?shù)鼐用駧斫鼛资f元的可觀收入。原料的收購、加工、儲存、運輸以及項目的運行管理等環(huán)節(jié)都能有效促進勞動力就業(yè)，提高當(dāng)?shù)鼐用袷杖胨健?/p>

2）為社會主義新農(nóng)村建設(shè)提供新思路

將農(nóng)林廢棄物充分利用，生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品回報社會，是國家多年來一直扶持的循環(huán)經(jīng)濟項目，也是政府多年來欲打造的農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟新模式。

生物質(zhì)綜合利用工程可將秸稈、樹枝、生活垃圾等農(nóng)林廢棄物變廢為寶，高效轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)成型燃料及清潔能源（燃?xì)?、炭）、有機農(nóng)藥（木醋液）等產(chǎn)品。其中，木醋液是一種天然的植物生長促進劑和殺蟲、驅(qū)蟲劑，對多種農(nóng)作物和經(jīng)濟作物均有增產(chǎn)作用，可增加VC和糖含量，減少硝酸鹽含量和降解農(nóng)藥殘留。

通過項目的實施可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民提供綠色燃料、高品質(zhì)燃?xì)?、綠電等清潔能源，提高農(nóng)村居民生活質(zhì)量，對于解決能源危機、“三農(nóng)”問題、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境具有一舉多得的功效，也是創(chuàng)建和諧社會和建設(shè)社會主義新農(nóng)村的具體體現(xiàn)，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建立節(jié)約型社會的有效途徑。

2. 經(jīng)濟效益

采用熱解（干餾）生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生的可燃?xì)鉄嶂蹈?、焦油含量低與城市煤氣品質(zhì)相同，農(nóng)民使用安全。其副產(chǎn)品的銷售具有一定的經(jīng)濟效益。實踐證明，規(guī)模達到1000戶以上，每熱解一噸秸稈其經(jīng)濟指標(biāo)為:

每利用一噸秸稈 ——可為農(nóng)村居民創(chuàng)造百元收入

——可減少2.1kg的煙塵顆粒污染

——可少用0.54噸標(biāo)準(zhǔn)煤

——發(fā)出400度清潔燃燒電

每干餾一噸秸稈——可供應(yīng)250戶居民一天的炊事燃?xì)?/p>

（價值375元）

——可產(chǎn)生300kg商業(yè)用炭（價值700元）

——可產(chǎn)生250kg工業(yè)木醋液（價值250元）

——可產(chǎn)生50kg工業(yè)木焦油（價值100元）

三、具體工程案例

目前，在北京市各區(qū)縣已經(jīng)有多處生物質(zhì)集中供氣工程被建設(shè)，有的已經(jīng)連續(xù)運營2年以上。為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝丝煽康娜細(xì)獗ＷC的同時，解決了農(nóng)村農(nóng)業(yè)廢棄物直接燃燒帶來的環(huán)境污染問題。現(xiàn)以北京海淀車耳營秸稈氣化工程為例具體介紹秸稈干餾供氣工程的的應(yīng)用情況。

1.北京海淀車耳營秸稈氣化工程

生產(chǎn)能力: 生物質(zhì)日處理能力3t/d，產(chǎn)氣能700m³/d，最大可供700 戶農(nóng)村居民炊事用氣。

2. 經(jīng)濟效益分析:

現(xiàn)以熱解1噸生物質(zhì)原料為依據(jù)，進行經(jīng)濟分析

1）生產(chǎn)消耗：見表1

2）銷售收入

銷售收入－生產(chǎn)成本＝1302.2－1208.9＝93.3元/噸（盈利）。

氣站如每天熱解1噸生物質(zhì)可獲得93.3元毛利，年利潤可達3～4萬元。

從實際運行來看，設(shè)備一次性投資之后，基本能夠通過銷售收入維持工程的正常運轉(zhuǎn)，并有一定的經(jīng)濟收益。因而，對于北京等基礎(chǔ)設(shè)施投資較大的農(nóng)村，具有可行性，因而也得到了推廣，成為解決農(nóng)村用能和生態(tài)環(huán)境的有效途徑。

3. 其他工程

1）北京延慶西杏園秸稈氣化工程

生產(chǎn)能力:生物質(zhì)日處理能力3t/d，產(chǎn)氣能力700m³/d，可供700戶農(nóng)村居民炊事用氣。

2）北京大興李家場秸稈氣化工程

生產(chǎn)能力:生物質(zhì)日處理能力12t/d，產(chǎn)氣能力3000m³/d，可供3000戶農(nóng)村居民炊事用氣。

3）北京密云太師莊秸稈氣化工程

生產(chǎn)能力:生物質(zhì)日處理能力2.5t/d，產(chǎn)氣能力600m³/d，最大可供600戶農(nóng)村居民炊事用氣。

4）北京密云西恒河秸稈氣化工程

生產(chǎn)能力:生物質(zhì)日處理能力2.5t/d，產(chǎn)氣能力600m³/d，最大可供600 戶農(nóng)村居民炊事用氣。