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    生物質(zhì)有機(jī)廢物能源化利用的研究進(jìn)展

    2019-01-23 13:27:45陸孝燕
    中國(guó)資源綜合利用 2019年7期
    關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能廢物氣化

    陸孝燕,曾 旭

    (1.嘉興市固體廢物處置有限責(zé)任公司,浙江 嘉興 314000;2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092)

    隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展,化石能源需求不斷增加。在未來(lái)的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),城市化和工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展必然會(huì)導(dǎo)致化石能源的日益短缺,因此開(kāi)發(fā)和利用可再生能源具有十分重要的意義[1]。最近幾十年來(lái),生物質(zhì)能的利用受到了廣泛的關(guān)注。生物質(zhì)能具有利用轉(zhuǎn)化成本較低、易普及、儲(chǔ)量巨大、分布廣泛的特點(diǎn),同時(shí)其能源化利用不產(chǎn)生溫室氣體,可以作為一種碳平衡的能源來(lái)源加以利用。因此,采用合適的技術(shù)手段將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高附加值的能源來(lái)加以利用,有可能用于替代或者減輕對(duì)化石能源的過(guò)分依賴,對(duì)于有效降低溫室氣體排放、保障國(guó)家能源安全和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

    1 生物質(zhì)有機(jī)廢物的轉(zhuǎn)化技術(shù)

    生物質(zhì)是指利用綠色植物光合作用而形成的可再生的有機(jī)物質(zhì),一般包括農(nóng)作物秸稈、樹(shù)木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料和農(nóng)林廢棄物等[2]。目前,生物質(zhì)有機(jī)廢物的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括:直接氧化利用獲得熱氣流、高壓氣流及用于發(fā)電的原料;物理轉(zhuǎn)化獲得固體成型燃料;化學(xué)轉(zhuǎn)化(熱解、液化和氣化等)轉(zhuǎn)化成木炭、焦油、燃油和燃料等;生物轉(zhuǎn)化(羧基溶解、水解與發(fā)酵)制備高附加產(chǎn)物,如生物乙醇、沼氣、生物柴油等生物燃料[3-5]。

    我國(guó)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)起步較晚,目前年生產(chǎn)生物燃料為20萬(wàn)t,相比于發(fā)達(dá)國(guó)家,在規(guī)?;褪袌?chǎng)化方面還需進(jìn)一步發(fā)展。生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)主要以農(nóng)作物為原料,使用微生物將其降解的技術(shù);燃料乙醇多以糧食為原料,阻礙了其大規(guī)模的生產(chǎn)。

    2 生物質(zhì)有機(jī)廢物的能源化利用

    近年來(lái),化學(xué)轉(zhuǎn)化法由于具有轉(zhuǎn)化效率高、選擇性好的特點(diǎn),日益受到重視。從目標(biāo)產(chǎn)物的形態(tài)上看,其可以分為生物質(zhì)液化技術(shù)和生物質(zhì)氣化技術(shù)。

    液化技術(shù)是通過(guò)超臨界萃取、高壓液化和HTU技術(shù),將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為能量密度較高的液體燃料。γ-戊內(nèi)酯(GVL)可以作為能源來(lái)利用,與汽油相比,具有更高的安全系數(shù)和能量密度和更低的飽和蒸氣壓[6]。GVL和汽油按照一定比例混合后,能大幅度降低汽車尾氣中CO等物質(zhì)的指標(biāo)[7]。利用生物質(zhì)制備GVL的方法主要為:生物質(zhì)衍生物-LA及其酯類加氫制備GVL[8]。

    近年來(lái),利用纖維素、半纖維素及其降解產(chǎn)物來(lái)制備GVL的研究日益受到重視。Ding等人使用Al摻雜的磷酸鈮作為催化劑來(lái)水解纖維素,酸解液直接使用催化劑(Ru/C)將其完全轉(zhuǎn)化為GVL[9]。Yang等人分別使用果糖、糠醇和5-羥甲基糠醛作為原料,首先酸解酯化制得LA乙酯,然后使用R-Ni為催化劑,異丙醇作為氫源,在室溫條件下反應(yīng)9 h催化制得的GVL,獲得的產(chǎn)率分別為50%、86%和66%[10]。另外,其還可作為綠色反應(yīng)溶劑,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且無(wú)毒無(wú)害,日益受到廣泛關(guān)注。劉念等利用GVL代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二甲基亞砜作為反應(yīng)介質(zhì),研究果糖催化轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛(5-HMF)的綠色過(guò)程與離子液體溶劑相比,同樣高效且更加綠色友好[11]。

    氣化技術(shù)是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高壓氫、燃料乙醇、甲醇和二甲醚等[12]。目前,中國(guó)是全世界氣化技術(shù)發(fā)展最快的國(guó)家。自2013年起,中國(guó)己經(jīng)新建了超過(guò)45座氣化技術(shù)工廠[13]。我國(guó)目前的生物質(zhì)氣化多以木屑、秸稈、稻殼等為原料進(jìn)行。中糧集團(tuán)曾在廣西北海投資建設(shè)了木薯燃料乙醇試點(diǎn)項(xiàng)目。諸葛店村氣化集中供氣站投產(chǎn),為300多戶農(nóng)村家庭供氣,運(yùn)行過(guò)程負(fù)荷率也達(dá)到了60%[14]。

    Gordillo G等以上吸式固定床為氣化反應(yīng)器,研究了空氣與水蒸氣比例和空氣配比在空氣和空氣-水蒸氣兩種氣化方式下對(duì)畜牧糞便氣化特性的影響[15]。Srinath S等研究了稻殼在流化床內(nèi)氣化特性,分析了不同的反應(yīng)條件對(duì)最終產(chǎn)氣熱值的影響[16]。在生物質(zhì)氣化方面,目前的研究主要集中在如何提高氣化效率和產(chǎn)氣熱值等,系統(tǒng)性的詳細(xì)研究有利于更好地發(fā)揮氣化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用。

    3 結(jié)語(yǔ)

    面對(duì)化石資源的巨大消耗和溫室效應(yīng)的日益加劇,生物質(zhì)有機(jī)廢物作為豐富的可再生資源,其能源化利用已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在生物質(zhì)液化和氣化方面,采用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成能夠利用的能源化產(chǎn)品,符合生物質(zhì)能源化利用的方向,具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

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