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生物质液化涉及的研究内容如下:
(1)热裂解反应动力学及机理的研究。目前热解工艺技术未能供商业化运营,主要原因是生物质热解过程十分复杂,对其原理的了解还远远不够,这在很大程度上制约了热解技术的提高与发展。为制定合理的热解工艺、有效地利用生物质热解技术,必须对生物质热解反应过程作深入的研究。Lanzetta对玉米和小麦秸秆的等温热失重动力学进行了研究,发现在较低温度时,热解为单段反应过程,此过程生成焦炭和挥发份;当反应温度在247℃以上时,明显分为两个反应阶段。第一阶段形成挥发份和固相中间体,在第二阶段这种固相中间体进一步裂解成挥发份和固体残渣,第一阶段比第二阶段热解速度快得多,与释放出的大量挥发份有关。
(2)热裂解装置的研究。在生物质快速热裂解的各种工艺中,反应器的类型及其加热方式的选择,在很大程度上决定了产物的最终分布。常用的制取生物质液体燃料的反应器都具有加热速率快、反应温度中等、气相停留时间短等共同特征。常见的几种反应器有旋转锥式、流化床式、固定床式、携带床式等。
(3)生物油成分和理化特性的分析。确定生物油的主要组成成分有利于生物油的应用,目前,各研究单位均采用色质联机分析技术,对其进行初步定量分析。如果将生物油应用于现有的燃烧设备,就必须采用一定的手段和方法测定生物油的某些理化性质,如粘度、水分、热值等。生物油理化特性和组成成分分析,可以对生物油进行进一步的精制处理提供依据。
(4)新型液化技术。主要包括加压液化和超临界液化。生物质加压液化是在较高压力下的热转化过程,温度一般低于快速热解。Yokoyama等开发出了一套在高压惰性体中用Na2CO3等催化剂、不使用CO或H2等还原性气体的生物质液化技术。超临界液化是利用超临界流体良好的渗透能力、溶解能力和传递特性而进行的生物质液化。刘孝碧、曲敬序等在间歇高压釜实验装置上,采用乙醇和水在亚/超临界状态下对玉米秸秆进行液化反应,考察了乙醇摩尔含量对玉米秸秆在超/亚临界乙醇-水中萃取过程的影响,并对液化产物进行了初步分析。研究结果表明,随着乙醇摩尔分数的增加,玉米秸秆液化的转化率和萃取率呈现先增加后减少的趋势,油溶物含量增大,有机水溶物含量减小。
2.4沼气技术
沼气是把有机物质在一定条件下经过微生物发酵作用而生成的以甲烷为主的可燃气体。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳,属中等热值燃气。沼气既能有效处理有机废物、改善卫生状况,而且还可提供大量清洁能源。沼气技术的研究和大力推广,对于改善生态环境和保证经济的可持续快速发展有重大意义。
沼气技术涉及的主要内容和方向如下:
(1)沼气发酵技术。沼气发酵技术是指从发酵原料到产出沼气的整个过程所采用的技术和方法,主要包括原料的预处理,接种物的选取和富集,消化器结构的设计等一系列技术措施。沼气发酵对厌氧环境、接种物-菌种选择与富集培养、合理配料、料液pH值、发酵温度等条件有严格的要求。常用的几种消化器包括高速消化器、接触式厌氧工艺、厌氧过滤器等。目前的研究主要集中在大中型沼气工程的发酵工艺和小型沼气池的商品化方面。
(2)沼气发电技术与沼气燃料电池技术。沼气燃烧速度慢,造成沼气发动机燃烧持续期长,燃烧效率低,后燃严重。为此通常采用柴油引燃和快速燃烧系统等措施。燃料电池是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能,具有能量转化效率高、污染低、既可集中供电也可分散供电的特点。目前的研究主要集中在提高沼气发动机效率和沼气燃料电池性能方面。
(3)沼气的综合利用技术。以沼气设施为纽带,以沼气综合利用技术为核心的各种“生态农业模式”,并以各种资源进行了有效整合和综合利用,既改善了生态环境,又提高了资源的利用率。涂国平、贾仁安等以江西丘陵红壤为对象,研究了沼气生态工程对提高土壤有机含量的作用。但目前总体来讲,对于“生态农业模式”中的具体技术细节尚缺乏深入研究,对综合利用的研究深度和规范性有待提高。
3我国生物质能研究应用中存在的问题和应对策略
3.1存在的问题
我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩,但技术水准却与发达国家相比仍存在一定差距;在我国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约和阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用。
(1)由于资源分散,收集手段落后,我国的生物质能利用工程的规模很小,离产业化尚有一段距离;设备管理水平差,设备利用率低,转换效率较低。
(2)生物质能中的关键技术还未能完全解决。如:厌氧消化产气率低,气化利用中的焦油问题,沼气发电与气化发电效率较低等。
(3)民众对于生物质能源还缺乏足够的认识和热情。
3.2应对策略
(1)针对生物质资源分散、收集困难的特点,应大力开展小型生物质利用设备的研制和推广,因地制宜,建立分散、独立的生物质能源系统。
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