生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認識

第37卷第1期南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.37, No. 12013年1月Journal of Nanjing Forestry University ( Natural Science Edition )Jan., 2013生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認識張齊生,馬中青,周建斌(南京林業(yè)大學(xué)竹材工程研究中心,江蘇南京210037)摘要:近現代,生物技術(shù)在工業(yè)、農業(yè)和能源領(lǐng)域得到廣泛應用,對世界科技和經(jīng)濟發(fā)展起到重大的變革和促進(jìn)作用。由于化石燃料資源性枯竭問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題,尋找一種清潔、可再生的替代燃料和燃料生產(chǎn)技術(shù)已迫在眉睫。生物質(zhì)氣化技術(shù)作為一種清潔的可再生能源利用技術(shù)得到了快速發(fā)展,然而由于氣化設備自身不夠成熟以及未對氣化副產(chǎn)物(生物質(zhì)炭和生物質(zhì)提取液)加以有效利用等問(wèn)題,嚴重阻礙了生物質(zhì)氣化技術(shù)的商業(yè)化推廣和運行。生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是指基于生物質(zhì)下吸式固定床氣化的氣、固、液三相產(chǎn)品多聯(lián)產(chǎn)及其產(chǎn)品分相回收、利用技術(shù)。該技術(shù)的提出，以及相關(guān)核心設備的開(kāi)發(fā)成功與應用,為生物質(zhì)氣化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的思路。筆者詳細介紹了氣化技術(shù)發(fā)展的歷史和困境、生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的路線(xiàn)和核心設備以及多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應用情況。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);氣化;多聯(lián)產(chǎn);下吸式固定床;生物質(zhì)炭;生物質(zhì)提取液中圖分類(lèi)號:X74文獻標志碼:A文章編號:1000 - 2006(2013)01 -000 - 10History, challenge and solution of biomass gasification: a reviewZHANG Qisheng, MA Zhongqing, ZHOU Jianbin( Bamboo Engineering Research Center, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)Abstract: Recently, as the widely application of biotechnology in the industry, agniculture and energy, it has been pla-ying a great role in technology reform and economy growth. And curently, due to the problems of rapid depletion of fos-sil fuel and environmental pollution, people are looking for a renewable and green fuel and fuel processing technologythat can parially replace the fossil fuel. Biomnass gasification technology，regarding as a renewable and sustainable bio-energy conversion technology , has been developing rapidly. However, for the immature gasification system and ieffeetive reeyeling utilization of gasifcation byproducts ( bio-char and bio-extract) , it hinders the commercialization and oper-ation of gasification technology seriously. Biomass gasifcaion poly-generation technology is defined as the comprehensiveutilization of gas ( producer gas) , solid (bio-char) and liquid (bio-exract) products from biomass downdraft fixed bedgasifcation system. The presentation of poly-generation methodology and the sucessul application of the associated equipment provide a new guideline for the further developrment of biomass gasification technology. This paper descibesthe history, challenge and solution of biomass gasification technology.Key words; biomass; gasificaion; poly generaion; downdraft fixed bed gasifier; bio-char; bio-extract生物技術(shù)特別是轉基因、克隆、酶工程等技術(shù)，質(zhì),主要包括種植、養殖、林業(yè)、農業(yè)產(chǎn)品加工和生已經(jīng)深人到了工業(yè)、農業(yè)、礦業(yè)、化工醫藥、食品、能活等有機廢棄物，以及利用邊際性土地種植的能源源和環(huán)境保護各個(gè)領(lǐng)域，對世界科技和經(jīng)濟發(fā)展起植物生產(chǎn)的纖維資源、油脂或其他次生代謝產(chǎn)物到重大的變革和促進(jìn)作用;由于化石燃料資源性枯等。據估計,中國理論生物質(zhì)能資源約50億t,具竭問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題,人們寄希望于可再生、清有品種多、分散性強、能量密度低、收集成本高等特潔的生物質(zhì)加工轉化成可替代化石燃料的生物燃點(diǎn)。因此，對生物質(zhì)進(jìn)行能源開(kāi)發(fā)宜采用分散式、料和化學(xué)產(chǎn)品(1-21。分布式、中小規?；_(kāi)發(fā)方式,將其就地、就近利生物質(zhì)是指可再生和循環(huán)利用的生物有機物用。經(jīng)過(guò)10多年的研究,生物質(zhì)能源轉化技術(shù)的收稿日期:2012 -12-05修回日期:2012-12 -20基金項目:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(2010CB732205);“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAD30B00);" +二五”農村領(lǐng)域國家科技計劃(2011BADI5B05 -04);國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項項目(201004001)第一作者:張齊生,教授,中國工程院院士。E-mail: zhangqs@ njfu. com. cn。引文格式:張齊生，馬中青,周建斌生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認識[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,013,3(1);1) -10.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第37卷研究和應用，主要包括生物質(zhì)物理、化學(xué)和生物轉經(jīng)水洗凈化處理后轉變成大量的提取液,循環(huán)噴淋化技術(shù),已取得了突破性進(jìn)展,特別是大規模的生后濃度逐漸增加;固定床氣化爐氣化的炭得率為物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)和生物質(zhì)乙醇技術(shù)的逐漸成熟，20% ~ 30% ,流化床的炭得率為5% ~15 %。氣化加上生命科學(xué)的飛速發(fā)展，人們已經(jīng)看到了這種綠副產(chǎn)物若不加以資源化利用,不僅降低了生物質(zhì)利色能源替代化石能源的潛力和希望3-7]。用效率,而且還會(huì )造成嚴重的環(huán)境污染。(2)氣化設備技術(shù)不夠成熟。固定床氣化技1生物 質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展歷史和困境術(shù)針對的是中小規模應用,主要存在的問(wèn)題有:①1.1生物質(zhì)氣化技術(shù)歷史機械化、自動(dòng)化程度較低,如開(kāi)心式的稻殼氣化爐生物質(zhì)氣化技術(shù)是以生物質(zhì)為原料,以氧氣容易架橋燒結,運行時(shí)需要耗費大量人力在爐頂操(空氣、富氧性氣體或純氧等)、水蒸氣或氫氣等為作,威脅到操作人員安全;②焦油含量高，上吸式固氣化劑,在高溫條件下通過(guò)熱化學(xué)反應將生物質(zhì)轉定床所產(chǎn)燃氣中含有大量的焦油,對燃氣凈化系統化為可燃性氣體的過(guò)程。生物質(zhì)氣化過(guò)程中還會(huì )造成巨大負擔，去除不凈造成管路、閥門(mén)堵塞,內燃產(chǎn)生生物質(zhì)炭、生物質(zhì)提取液(活性有機物、焦油)機需頻繁維護;③規模小,目前固定床單臺產(chǎn)能一等副產(chǎn)物。氣化技術(shù)可將低品位的固體生物質(zhì)轉般都集中在200 ~ 500 kW,不易放大規模,規模效化成高品位的可燃氣體,從而廣泛應用于工農業(yè)生益不佳;④發(fā)電效率低,氣化發(fā)電所用的內燃機-產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,如集中供氣、供熱、發(fā)電、費托合成般都由低轉速的柴油發(fā)電機改裝而成,電轉化效率只有30% ,固定床氣化發(fā)電效率為10% ~ 15%。甲醇和乙醇等第2代生物燃料68-。早在1798年,煤氣化技術(shù)就已經(jīng)在法國和英流化床氣化技術(shù)針對的是中等及以上規模應國出現。1812年,煤氣化產(chǎn)生的燃氣曾經(jīng)作為倫用,問(wèn)題是:其一,若未采用BIGCC技術(shù)，高溫的粗敦市照明的主要燃料。直到1840年,法國的燃氣和發(fā)電機尾氣的余熱未加以利用,熱效率低,Bischoff才開(kāi)發(fā)出-種小型的商業(yè)化生物質(zhì)氣化發(fā)電機組功率小，發(fā)電效率低;其二,若采用BICCC爐;1861年,Siemens在Bischoff的基礎上進(jìn)行了改技術(shù)進(jìn)行規?；_(kāi)發(fā)應用,那么整個(gè)氣化系統將非進(jìn)。二次世界大戰后,由于中東地區大規模廉價(jià)優(yōu)常復雜,對系統的各個(gè)部分都有嚴格要求,需要開(kāi)質(zhì)石油的開(kāi)發(fā),幾乎所有發(fā)達國家的主要能源都轉發(fā)高氣化效率和低焦油含量可燃氣的氣化爐,配備為石油,生物質(zhì)氣化技術(shù)長(cháng)時(shí)間處于停滯狀態(tài)。直能滿(mǎn)足燃氣輪機的高效燃氣凈化系統,開(kāi)發(fā)適用低到1973年世界能源危機的爆發(fā),使西方國家認識熱值燃氣的燃氣機;其三,發(fā)電效率低,流化床氣化到化石能源的不可再生性和分布的不均勻性,可再發(fā)電效率也只有15% ~ 25% , BIGCC技術(shù)發(fā)電效生能源的研究逐漸成為熱點(diǎn),生物質(zhì)氣化技術(shù)作為率也只能達到35%。一種重要的新能源技術(shù)重新引起全世界的關(guān)注和(3)經(jīng)濟效益不佳。目前看來(lái),氣化發(fā)電的經(jīng)濟效益還不是很高，主要原因是:氣化產(chǎn)品單- -,只重視18.11-12)。產(chǎn)出電產(chǎn)品,而未開(kāi)發(fā)以生物質(zhì)炭和生物質(zhì)提取液1.2 生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展困境生物質(zhì)氣化技術(shù)根據氣化爐的不同主要分為為原料的相關(guān)產(chǎn)品;氣化發(fā)電整體的電效率不高;規模還不是很大，單位發(fā)電成本較高,規模效益體固定床氣化技術(shù)和流化床氣化技術(shù)。固定床氣化現不出來(lái)。爐優(yōu)點(diǎn)是裝置的結構簡(jiǎn)單、堅固耐用、運行方便可從20世紀80年代起,我國的氣化技術(shù)迅速發(fā)靠;缺點(diǎn)是內部過(guò)程難于控制,易架橋,生產(chǎn)強度展,全國各地已經(jīng)興建或正在興建的生物質(zhì)氣化發(fā)小。流化床氣化爐優(yōu)點(diǎn)是傳熱傳質(zhì)均勻,氣化反應電廠(chǎng)數不勝數,由于受技術(shù)、資金、環(huán)境及安全等問(wèn)速度快,碳轉化率高,易放大設計;缺點(diǎn)是可燃氣中題的困擾,能夠長(cháng)期穩定運行的不多。結合上述分灰分含量高,設備結構復雜，原料尺寸需要細小均析可知,生物質(zhì)氣化技術(shù)目前正處于商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)一。近些年,雖然生物質(zhì)氣化技術(shù)在全世界各地引化的最艱難時(shí)期,相關(guān)科研和從業(yè)人員都在尋找適起研究和應用熱潮,但是大部分的氣化發(fā)電或供熱合中國國情的生物質(zhì)氣化發(fā)展新思路,致力于研究項目在開(kāi)始運行不久后便難以為繼(21 ,究其原因，新工藝,開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。主要分為以下幾點(diǎn):(1)氣化副產(chǎn)物未加以資源化利用。氣化過(guò)2基于生物質(zhì)固定床氣化的多聯(lián)產(chǎn)程還會(huì )產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物生物質(zhì)炭和生物質(zhì)提取技術(shù)的提出液?？扇細庵薪褂鸵话阏既細饽芰康?%~10%,筆者所在研究團隊經(jīng)過(guò)近10 a在生物質(zhì)固定第37卷4南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)和少量微量元素(堿金屬等),必須經(jīng)過(guò)凈化處理生物質(zhì)干快區: 2-2000原料中自由水和才能進(jìn)入發(fā)電機發(fā)電。固體雜質(zhì)的去除比較簡(jiǎn)單，熱舞區: 200便科在快其的條件一般采用干式和濕式這兩種物理法 去除。干式除干燥區氧化區: 80-02000生物質(zhì)發(fā)與氣化灰主要設備有旋風(fēng)分離器.顆粒層過(guò)濾器、袋式除熱解區反庭。塵器等。濕式除灰是利用液體(一般為水)作為捕氣化劑一5氧化區工一氣化制集體將氣體中雜質(zhì)捕集下來(lái),主要設備有鼓泡塔、還原區: 800-1 00還原區mm噴淋塔填料塔、文丘管洗滌器等。液體雜質(zhì),特別儲實(shí)室一十可燃氣C0+H.0++C0,+H是焦油組分的去除比較復雜，這是氣化技術(shù)的一大C+C0,+ 2C0難點(diǎn)。焦油去除方法主要有機械/物理法、熱裂解CO,Hip+CO+H.O法和催化裂解法。雖然熱裂解法和催化裂解法實(shí)團3下吸式固定床氣化爐氣化原理圖驗研究效果顯著(zhù),但是離工業(yè)化應用還有很大差Mig.3 Schematice diagram of downdraft fixed bed gasifer距,主要原因:催化劑易鈍化,價(jià)格昂貴,難以回收化劑，通過(guò)對木材1-1、榛子殼90231、甘蔗利用;設備技術(shù)不成熟，成本投資太大等。因此目渣(01、橄欖果渣(31、畜禽糞便('5)、稻殼[6)1、城市下前應用最廣泛的是機械/物理除灰焦法0.331。3.3 生物質(zhì)燃氣發(fā)電機水道污泥(9等生物質(zhì)進(jìn)行氣化研究表明，下吸式下吸式固定床氣化發(fā)電所用發(fā)電機一般采用固定床氣化爐的主要性能如下:當量比0.2-0.5,往復活塞式內燃機( RICEs)中的柴油機,其具有熱含水率≤25% ,可燃氣主要成分中,含C015% ~效率高.啟動(dòng)性能好、耐久性好、維護周期長(cháng)的優(yōu)20% H215% -20%、CH.0.5% ~2%、CO210%~點(diǎn)。 RICEs 對生物質(zhì)燃氣質(zhì)量要求是固體雜質(zhì)含15% ,熱值4 ~6( MJ/Nm') ,冷氣效率55% ~80%，量少于50 mg/Nm' ,焦油含量少于100 mg/Nm。碳轉化率75% ~95% ,電轉化率10% ~15%。傳統的RICEs一般都是以熱值較高的天然氣、柴筆者研究團隊開(kāi)發(fā)的稻殼和木片下吸式固定油和汽油為燃料，而下吸式固定床氣化爐產(chǎn)出的生床氣化爐,為了克服固定床的缺點(diǎn),進(jìn)行如下改進(jìn):物質(zhì)燃氣的熱值一般只有4~6 MJ/Nm ,其中含氫(1)提高設備的機械自動(dòng)化水平:進(jìn)料和出炭氣量、氮氣量分別為15% ~20 % .40% -50%(體采用風(fēng)送系統,集中供料和收炭;氣化爐頂部采用積分數),而且可能還含有少量未凈化完全的焦撥料器自動(dòng)撥料,爐內采用爐排結構,通過(guò)液壓驅油。因此為了適應成分特殊熱值更低的生物質(zhì)燃動(dòng)升降往復，避免了爐內架橋和燒穿現象,無(wú)需人氣燃料， RICEs必須經(jīng)過(guò)適當的改進(jìn)才能適用于燃工通爐。氣發(fā)電,主要包括機械部件和燃燒工藝的改進(jìn),改(2)降低焦油含量:采用二步進(jìn)氣方法,提高進(jìn)型柴油機的電轉化效率只有30%左右[16.401.爐內反應溫度,使爐內有兩個(gè)高溫氧化區,使可燃目前適用于生物質(zhì)燃氣發(fā)電的改進(jìn)型柴油機氣經(jīng)過(guò)二次裂解,不僅降低可燃氣焦油含量，還提--般都在200~500kW,山東淄博淄柴新能源有限高燃氣熱值。公司與筆者研究團隊合作已成功開(kāi)發(fā)出1 MW的(3)便于放大設計:氣化爐采用直簡(jiǎn)形燃氣柴油機,使之與1 MW下吸式固定床氣化爐配(sraitified) ,而非喉式( Imber)氣化爐,便于擴大套使用。規模設計。采用此種結構，目前已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出14生物質(zhì)固定床氣化多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品研MW的木片和稻殼氣化爐。(4)延長(cháng)使用壽命:氣化爐下?tīng)t體和爐排采究和應用分析用水夾套結構,既能冷卻不在反應區炭的溫度，，生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)固定床氣化后轉化成生物質(zhì)又能降低爐體這幾個(gè)部位的溫度,延長(cháng)爐體使用可燃氣、生物質(zhì)炭、生物質(zhì)提取液(活性有機物和焦油)三相產(chǎn)品,其中生物質(zhì)燃氣的應用已經(jīng)相對壽命。3.2生物 質(zhì)燃氣凈化系統比較成熟,對生物質(zhì)炭和提取液的應用報道較少。生物質(zhì)氣化爐中產(chǎn)生的可燃氣為氣液混合物，生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)固定床氣化后轉化成生物質(zhì)三相不能直接加以利用，其中含有大量雜質(zhì)，主要是固產(chǎn)品見(jiàn)圖4,固定床生物質(zhì)氣化發(fā)電項目實(shí)例見(jiàn)圖體雜質(zhì)(灰、焦炭、顆粒)、液體雜質(zhì)(焦油、水蒸氣)5 ,生物質(zhì)提取液應用實(shí)例見(jiàn)圖6。第1期張齊生，等:生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認識o)圖4生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的氣、固、液產(chǎn) 品Fg4 Gasolid-iquid products from bionass gasifcation江蘇丹陽(yáng)1200kW木片發(fā)電浙江建德500kW術(shù)片發(fā)電電.L11安徽穎上:500kw稻殼發(fā)電江蘇常州2 0kw稻殼供熱圖5固定床生物質(zhì)氣化發(fā)電項目實(shí)例Fig.5 Few power generation projects of fixed bed gasifiers空白對照組100倍稀釋提取液200倍稀釋提取液草果噴灑提取液著(zhù)色對比左側噴施、右側未噴施提取液400倍稀釋提取液噴施提取液對水稻的影響提取液對黃瓜根結線(xiàn)蟲(chóng)病的防治效果圖6提取液在農業(yè) 上的應用Fig.6 The application of bio-extract in agriculture6南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第37卷4.1生物質(zhì)可燃氣的應用 (發(fā)電和供熱)分析始商業(yè)化運行。世界范圍內有文獻記載的商業(yè)化的生物質(zhì)下筆者認為,通過(guò)開(kāi)發(fā)出1 MW的固定床氣化爐吸式固定床氣化發(fā)電(或供熱)項目情況,在發(fā)達:及配套的1 MW燃氣發(fā)電機,然后多臺并聯(lián)的1國家或者發(fā)展中國家都有分布,基本上屬于小規模MW氣化爐通過(guò)儲氣罐供氣給多臺并聯(lián)的1 MW的應用(≤3 MW)(表1)20.41-42)。燃氣用于供熱的發(fā)電機,即可實(shí)現下吸式固定床氣化發(fā)電技術(shù)的時(shí),需要在鍋爐前加裝特殊燃燒器。南京林業(yè)大學(xué)中等及以上規?；a(chǎn),產(chǎn)生的電可并網(wǎng)使用。通經(jīng)過(guò)多年的研究成功開(kāi)發(fā)出以稻殼和木片為原料過(guò)并網(wǎng)模式可以實(shí)現固定床氣化發(fā)電的規?；l(fā)的500~ 1000 kW的下吸式固定床氣化發(fā)電(或供展,再通過(guò)回收發(fā)電機尾氣(400 ~ 500C )的熱能,熱)設備,其中在安徽潁上和江蘇常州的項目已經(jīng)用于干燥原料,進(jìn)-步提高生物質(zhì)熱效率,是一種成功連續運行超過(guò)2年,技術(shù)已經(jīng)成熟,另外還有有潛力的可再生能源利用方式。幾個(gè)項目正在建設和調試中,2年之內也將全部開(kāi)表1文獻記載的生 物質(zhì)下吸式固定床氣化爐的商業(yè)化應用項目Table 1 Recorded commercially available downdraft fixed bed gasifers in the world應用地原產(chǎn)能/kW生產(chǎn)商(技術(shù)支持單位)regionraw materialcapacityproducers美國木材! 000CLEW .片，玉米棒40Stwalley Engg.丹麥木材加工剩余物50Hollsen Engg.新西蘭木塊,木片30Fluidyne法國木材,農業(yè)剩余物100 -600.Martezo英國木片,榛子殼Newcastle Univ of Tech農業(yè)加工剩余物Shawton Engineering瑞士木材,農業(yè)生物質(zhì)50 ~2500DASAG25 ~4000HTV Energy印度析,稻殼100*Associated Engineering Works木材,玉米棒.稻殼Ankur Scientific Energy Technology南非30 ~500SystBM Johansson gas producers荷蘭稻殼15KARA Energy Systems中國北京鋸末200Huairou Wood Equipment中國山東農作物秸稈300DHuantai Integrated Cas Supply System中國湖南300⑨Dalian Integrated Cas Supply System中國江蘇鎮江木片200②南京林業(yè)大學(xué)中國黑龍江500②中國安徽穎上中國浙江杭州5002中國江蘇常州2 000①中國廣西南寧3002南京林業(yè)大學(xué)(正在調試)中國浙江嘉興南京林業(yè)大學(xué)(正在建設)中國山東威海果樹(shù)枝條1 0002注:*產(chǎn)能單位為kg/h;①燃氣用于供熱的產(chǎn)能;②燃氣用于發(fā)電的產(chǎn)能。4.2生 物質(zhì)炭的應用分析作物秸稈炭、木炭和稻殼炭等。表2列出3種氣化4.2.1生物質(zhì)炭 的組成炭的元素和工業(yè)分析,文獻[13]中分析了幾種炭生物質(zhì)炭(Bio-char)是指由富含碳的生物質(zhì)的微量元素含量、比表面積、孔容和孔徑分布?？偼ㄟ^(guò)裂解或者不完全燃燒生成的一種富炭產(chǎn)物。體上說(shuō)，固定床氣化產(chǎn)生的生物質(zhì)炭還具備-一定的生物質(zhì)經(jīng)過(guò)下吸式固定床氣化后,產(chǎn)炭率為15%燃燒熱，富含植物生長(cháng)必需的N、P、K、Ca、Mg等營(yíng)~25%。生物質(zhì)炭根據其原料的不同,可分為農養元素,具備較強吸附功能的孔隙結構43-463。第1期張齊生,等:生物質(zhì)氣化技術(shù)的再認識7表2幾種下吸式固定床氣化生物質(zhì)炭的元素及工業(yè)分析Table 2 Element analysis and industrial analysis of some biochar from downdraft fixed bed工業(yè)分析industrial analysis元素分析/% element analysis生物質(zhì)炭高位熱值/biochare(揮發(fā)分)/ e( 固定碳)/c(灰分)/(kJ-kg-')HN%9high heating value木炭11.13.531 76814.6 0.4 0.13稻殼炭5.252.642.220 46850.9 1.813.50..8 0.22.1稻草炭65.821.722 15468.6 1.8.4 0.4 0.0764.2.2農業(yè)用一有機復合肥料和 土壤修復劑型炭和速燃炭,可替代煤廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)和民用生物質(zhì)炭主要由碳元素組成，并富含植物生長(cháng)生活，如工業(yè)鍋爐、供暖、餐飲、燒烤等。生物質(zhì)成所必需的營(yíng)養元素及發(fā)達的孔隙結構,pH為8 ~10,型炭燃料具有形狀規則、較高的堆積密度與強度、因此其在農業(yè)上應用的前景廣闊。其主要作用有:易燃、無(wú)煙、無(wú)污染、灰分少、熱值高等優(yōu)點(diǎn)。速燃(1)堿性的生物質(zhì)炭可以改良酸性土壤;(2)生物炭制作時(shí)還需要添加一-定量的引燃劑，包括各類(lèi)易質(zhì)炭發(fā)達的孔隙可以增強土壤的通氣性和保水能燃的無(wú)機材料,碳酸鈉、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鍶氯力,同時(shí)也為微生物提供了生存和繁殖的場(chǎng)所;生物化鈉以及以一定質(zhì)量比例混合的氫氧化鋁和氯化質(zhì)炭的孔隙可以影響作物對分子的吸附和轉移;鈉，確保制成的速燃炭滿(mǎn)足“一點(diǎn)即燃”(47)。(3)生物質(zhì)炭的多孔結構使表層土壤空隙度增加,4.2.4工業(yè)用一 活性 炭/冶金保溫材料密度減小，這種結構有利于植物根系的生長(cháng),從而促氣化產(chǎn)生的木炭具有較高的固定碳,較低的灰進(jìn)作物地上部分的生長(cháng),提高作物的產(chǎn)量;(4)生物分 ,非常適合制成活性炭產(chǎn)品,提高生物質(zhì)炭的附質(zhì)炭可以吸附和保持水分,并且可以增強土壤水分加值,已有人對其可行性進(jìn)行 了研究*-”。 稻殼的滲透性;(5)生物炭在土壤中有極強的抗微生物炭和稻草炭等雖然灰分含量較高,但是其Si含量和化學(xué)分解的能力,這使得它可以在土壤中存儲較也非常高,因此也可考慮用其制活性炭同時(shí)提取長(cháng)的時(shí)間,同時(shí)緩慢釋放營(yíng)養供植物吸收;(6)生物Si02。 稻殼炭目前主要還是用于冶金行業(yè)的保溫質(zhì)炭的多孔結構和表面豐富的含氧官能團使得生物材料,將其覆蓋在鋼水、鐵水上進(jìn)行保溫,可大大提質(zhì)炭具有較強的吸附有毒物質(zhì)的能力，可以用來(lái)修高成品率。復污染土壤;(7)生物質(zhì)炭具有積聚能量的性能,能4.3生物質(zhì)提取液(活性有機物和焦油)的應用適當提供土壤溫度(1 ~3C)43-40。分析.基于生物質(zhì)炭的以上功能,開(kāi)展農作物秸稈炭4.3.1生物質(zhì)提取液成分(稻草炭、麥秸炭、玉米秸炭等)在農業(yè)上的應用,生物質(zhì)燃氣經(jīng)水洗和冷凝后會(huì )產(chǎn)生大量提取制成炭基復合肥料和土壤修復劑,使之“取之于液,提取液循環(huán)噴淋后濃度 會(huì )逐漸增加。提取液的田,用之于田”,對促進(jìn)農業(yè)低碳、循環(huán)、可持續發(fā)主要成分可分為兩大類(lèi):一類(lèi)為水溶性的活性有機展具有重要意義。沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)以農作物秸稈炭物，主要成分為有機酸、酚類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)等有為原料制成炭基緩釋肥料,在大田試驗中表現出明機物;另一類(lèi)為易溶于有機溶劑的焦油,主要成分顯的增產(chǎn)和提高品質(zhì)效果,同時(shí)減少養分的淋溶損為芳香族化合物，大部分的焦油(分子質(zhì)量較大)失和化學(xué)肥料的面源污染,維持了土壤的可持續生都會(huì )沉淀在提取液循環(huán)池底部,少量的焦油(分子產(chǎn)能力,目前正處于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和推廣階段44-45)。質(zhì)量較小)會(huì )漂浮于提取液表面。南京林業(yè)大學(xué)也利用生物質(zhì)炭開(kāi)發(fā)出有機肥料,基目前關(guān)于生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的活性有機物和焦質(zhì)等產(chǎn)品用于農業(yè)生產(chǎn)?，F在,炭基復合肥料等產(chǎn)油的具體組分的數據非常有限,而關(guān)于生物質(zhì)熱解品都處于工業(yè)化推廣階段,需通過(guò)大規模推廣應用產(chǎn)生的醋液的成分的定量和定性分析非常詳細,兩來(lái)驗證生物質(zhì)炭還田的各種性能與效果。種工藝同屬生物質(zhì)熱化學(xué)轉化，只是溫度和工藝有4.2.3民用一 - .成型炭燃料-定的差異。由文獻[50]可知幾種生物質(zhì)熱解醋根據表2可以看出生物質(zhì)炭還有一定的燃燒液的主要成分為酚類(lèi)、酮類(lèi)、有機酸和醛類(lèi)等,密度熱值,特別是木炭熱值達到近31 768 kJ/kg,甚至為1~1.1 g/cm) ,pH為2~3,顏色為深棕色,并且超過(guò)標煤的熱值(29 260 kJ/kg),因此將其制成成具有濃煙焦味。通過(guò)GC/ MS分析了熱解產(chǎn)生的竹南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第37卷焦油的化學(xué)組分,含93種化合物，主要分為脂肪族解制生物油的研究非常多,很多研究者將其作為可化合物和芳香族化合物。脂肪族化合物的相對含替代柴油、汽油的可再生綠色燃料進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應量為7.31% ,主要為環(huán)戊烯酮和有機酸衍生物;芳用?？焖倭呀馍镉陀捎陴ざ雀?、腐蝕性強、熱不香族化合物的相對含量為75. 24% ,主要為烷基苯穩定易老化和低熱值等缺點(diǎn),難以直接作為燃料酚、烷基苯、雜環(huán)類(lèi)及其取代物51。使用。目前有幾種方法對其進(jìn)行品質(zhì)升級,有物理4.3.2生物 質(zhì)活性有機物提取液的應用方法和催化升級等方法。物理方法:通過(guò)添加極性日本、韓國等國家對竹醋液的研究較為深人，溶劑(如甲醇),可改善生物油的黏度和均勻性,提已廣泛應用于工農業(yè)和環(huán)境保護領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)江蘇高熱值;或者添 加表面活性劑后與柴油進(jìn)行混合乳省疾病預防中心的細胞毒性試驗,遺傳毒性試驗和化,經(jīng)過(guò)物理法升級的生物油可替代柴油、汽油等經(jīng)口急慢毒性試驗證實(shí)活性有機物在農業(yè)生產(chǎn)上供發(fā)電機發(fā)電或供鍋爐燃燒。 催化升級:通過(guò)催化使用安全。大量研究表明,活性有機物具有以下功加氫和催化裂解等方法,主要是去除生物油中的氧能[52-S]:(1)促進(jìn)農作物種子發(fā)芽、生根、生長(cháng);元素,提高生物油的熱值[" -61)。(2)提高水果的產(chǎn)量和糖度,改善鮮果口感和外觀(guān)氣化焦油和快速裂解產(chǎn)生的焦油(生物油)的品質(zhì);(3)具有抑菌殺菌和驅避害蟲(chóng)能力;(4)防熱值相差不大(表3),只是氣化焦油中水分、碳元治土壤中根結線(xiàn)蟲(chóng)病。素和灰分含量更高,因此氣化焦油與快速熱解生物鑒于活性有機物的以上功效,可制成植物生長(cháng)油一樣,具備制成高品質(zhì)生物油的潛力。調節劑(葉面肥)和抑菌、殺菌劑。筆者所在團隊表3快速熱解和氣化產(chǎn)生 焦油的組分和熱值Table 3 Chemical composition and heating value of在寧夏江西、江蘇、山東等省市對幾種水果開(kāi)展葉bio-oil (tar) from fast pyrolysis and gasification面肥的田間試驗發(fā)現，提取液能增加西紅柿的座果化學(xué)組成/%高位熱值/率,改善蘋(píng)果的著(zhù)色、口感和產(chǎn)量;與山東新港生物原料含水率/%chemical composition. (MJ.kg-I)科技有限公司合作開(kāi)發(fā)的葉面肥經(jīng)2年多的推廣material moisture; H。N龍分lighbeatingash value應用,證明不僅具有肥效,又具有抑蟲(chóng)防病的功能，能提高農產(chǎn)品的品質(zhì),在農民中反響很好,推廣應氣化焦油76 6.1 15 4.1 1.16.8快速熱解油25566380.10.1_1用前景廣闊。另外,研究了提取液對線(xiàn)蟲(chóng)病的防治效果,使用400倍稀釋的提取液對盆栽黃瓜土壤進(jìn)目前,生物質(zhì)氣化的焦油還難以進(jìn)行工業(yè)化應行澆灌,與空白對照組對比后發(fā)現,土壤pH下降用。原因是與煤焦油相比，各地氣化工廠(chǎng)產(chǎn)生的焦15.81%,病株率下降54.54%,病情指數下降油太分散,且產(chǎn)量也不是很大,最好隔-段時(shí)間收59. 51% ,證明其對防治線(xiàn)蟲(chóng)病有良好的效果。此集清理一次,如果不能高附加值利用，為防止造成項技術(shù)的成功推廣應用將有效減少農藥用量,緩解環(huán)境污染,可直接與原料混合后進(jìn)氣化爐再次氣有害生物的抗藥性,減輕農藥對環(huán)境的毒性壓力,化,或者與木炭混合制成成型炭棒供鍋爐燃燒。促進(jìn)我國無(wú)公害、綠色及有機農業(yè)的發(fā)展。提取液在農業(yè)上的應用效果見(jiàn)圖6。5結語(yǔ)4.3.3生物質(zhì) 焦油的應用綜上所述,生物質(zhì)氣化技術(shù)的困境主要是技術(shù)(1)特殊化學(xué)品。目前生物質(zhì)氣化焦油的產(chǎn)不夠成熟,氣化副產(chǎn)物未加以資源化利用,規模效品開(kāi)發(fā)還很少,然而煤焦油相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)卻已非常益不突出。生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的提出為生物成熟。全世界每年需要消耗3.7x10't芳烴類(lèi)化質(zhì)氣化技術(shù)走出困境指明了新思路,將徹底解決氣學(xué)品,其中有1/6 只能從煤焦油提取出來(lái),例如化技術(shù)目前存在的問(wèn)題。生物質(zhì)氣化技術(shù)雖然是15% ~25%的BTX(苯、甲苯和二甲苯)和95%的一項傳統的技術(shù),但是在原有技術(shù)的基礎上,深人多環(huán)芳烴只能來(lái)自于煤焦油。為了得到高附加值研究它的發(fā)生、發(fā)展和調控規律,克服它固有的某的化學(xué)品,根據焦油成分沸點(diǎn)的不同,焦油需要通些缺陷，并賦予它更多的新活力。對生物質(zhì)氣化技過(guò)蒸餾進(jìn)行粗分,然后再使用其他的技術(shù)進(jìn)行提純術(shù)的認識和應用，將會(huì )在我國和世界的生物質(zhì)資源分離成各種化學(xué)品。煤焦油的高附加值提純利用，化利用領(lǐng)域中,發(fā)揮它應有的貢獻?？蔀樯镔|(zhì)氣化大規模發(fā)展產(chǎn)生的生物質(zhì)焦油的應用提供思路[58-59。參考文獻( References) :(2)可再生燃油(Bio-oil)。目前對于快速裂[1]石元春生物質(zhì)能源主導論-- -為編制國家“ +二五”規劃建