生物质热解制取生物油的研究进展

摘 要：文章介绍了国内外生物质热解的发展现状与趋势，概述了我国生物质热解制取生物油的潜力。文章对生物质热解制取生物油进行了展望，并指出了生物质热解制取生物油的发展战略。

关键词：生物质 热解 生物油

一、引言

维持现代文明社会正常运转的主要能源来自石油、煤和天然气。然而，这些化石燃料的广泛使用造成了严重环境污染和温室效应。为了保护环境，实现温室气体减排，缓解能源供需的紧张状况，世界各国均在加紧开发包括生物质能在内的各种可再生能源。

我国农林废弃资源丰富，直接燃烧对环境污染大。利用生物质热解技术原理可以将麦秸秆、玉米杆、谷壳等废气生物质转化为生物油。生物油是一种褐色液体，热值约为15MJ/kg，能够用于工业锅炉或窑炉燃烧供热，也可用于涡轮机或透平中燃烧发电。生物油经过品质提升后（如催化加氢、催化裂解和气化-费托合成），可以转化为汽油或柴油。该文主要对生物质热解液化研究进展进行介绍，综述了这类可再生资源的利用现状、潜力及今后发展的方向。

二、国内外生物质热解研究现状

20 世纪70年代的石油危机，世界各国纷纷寻求可替代化石能源的可再生能源，“生物质”渐渐引起人们的注意，因此对生物质的研究由此开始，尤其是对生物质热解的研究更是引起广大研究者的重视。上世纪80年代早期，北美首先开展了热解技术的研究工作。此后，世界各国先后建立了多种热解装置和相关工艺路线，力图实现热解技术的产业化。

生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，许多研究者用闪解来增加热解的液体产物和气体产物。任铮伟等[1]在最大进料速率为5kg/h的快速裂解流化床内进行了快速热解生物质制取液体燃料的研究。反应在常压和420～525℃温度范围内进行，以木屑为原料，CO2 为流化气，石英沙为传热介质，最大液体质量产率达到70%。戴先文等[2]以木屑为原料，氮气为流化气，采用石英沙作为传热介质，在循环流化床中进行快速热解实验。当温度为550℃，木屑粒径0.38mm，停留时间0.8s时，液体质量产率为63%。徐保江等用一套小型旋转锥快速热解反应器，以松木屑为原料、保护气为氮气、沙子为传热介质，在加热速率为1000℃/s的条件下，进行了快速热解实验，质量产油率接近60%。荷兰的Twent大学和BTG公司联合研制出一种旋转锥快速热解反应器，特点是不需要惰性载气，加热速率最高达到5000 K/s ，质量产油率最高可达70%。英国Aston大学开发了烧蚀反应器，该设备的主要原理是外界提供高压使生物质颗粒以相对于反应器高温表面（t≤600℃）高速（v>1.2m/s） 移动并热解。最后可以获得质量产率为77.6 %的液体产物，且具有较好的物理、化学稳定性。加拿大的laval大学开发了真空床反应器，物料在450℃，15kPa的条件下在真空中热解，生物油的质量产率为35%。美国可再生能源实验室建造了烧蚀涡流反应器，物料在水蒸气或氮气的推动下以螺旋轨道方式在反应器壁上旋转前进，在600℃左右的条件下热解，可以获得质量产率为67%的生物油。S.A.Rezzoug等人以乙二醇为溶剂、硫酸为催化剂、松木屑为原料，考察了温度（150～280℃）、液化时间（20～60min）和硫酸用量（w=0～1.5%，以干物料为基准的质量分数，下同）对液体产率的影响。他们不但考察了各变量的单独作用，还考察了它们的交互作用。结果表明，温度和硫酸含量对液体产率影响最大，硫酸含量与温度的交互作用对液化也有重要影响，温度、硫酸用量最优值分别为250℃和w =0.7%。

然而，国内对生物质与废塑料共热解研究的比较少。四川大学的邓代举等在自制固定床反应器中，对聚丙烯和毛竹共热解进行研究，探讨了反应气氛、热解温度、反应物配比、反应时间对共热解的影响规律。实验结果表明，获得最佳油相液体收率的条件为，聚丙烯和毛竹配比 8：2，热解温度为520℃，反应时间4h，氢气气氛，油相液体收率达53.9wt%，辛烷值为77.3。郑州汇绿科技有限公司的孔永平等利用废弃生物质为主要原料，再以废橡胶等为辅助原料，加上自制催化剂，利用热解耦合技术原理，直接制备成汽、柴油，出油率为50%左右，产品主要指标经检测达到国家石化汽柴油相关标准，可直接用于机动车辆。目前，该技术已完成小时，进入中试，走到了世界同类研究的前列。

三、中国生物质热解制取生物油的发展潜力

生物质是唯一可再生绿色能源，它包括了动植物和微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。生物质作为生物质能的载体，在各种可再生能源中比较独特，不仅能贮存太阳能，而且是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。更重要的是生物质的可持续利用，不会增加二氧化碳的净排放，因此全球气候将受益于生物质的广泛应用，符合能源需求和环境保护的要求 。由此可见，我国生物质能潜在资源量非常巨大，利用现代生物质技术，开发生物质能源意义重大，前景十分广阔。

橡胶工业的发展对其他工业的发展以及人民的生活水平的提高，发挥着巨大作用，但随着人们对生活环境的日益关注，我们不得不同时考虑其善后的回收、再利用等问题。如处理不当会给环境带来意想不到的负面影响。废橡胶的处理和回收利用作为一个同时关系到社会和经济的问题，已引起人们的重视。将废橡胶制取热解燃料或高附加值的产品对保护环境、防止生态系统产生污染及危害起到重要作用。但废橡胶热传导性差，熔融物粘度大，单独热解容易导致结焦，而且热解所得的重质液相产物多，很难直接作为燃料油。

郑州汇绿科技有限公司研制的生物质热解直接制取汽柴油技术，既可解决生物质和废橡胶单独热解的不足之处，同时可以使废弃资源得到充分的利用。综上，根据我国当前的国情，大力发展生物质热解制取生物油将具有很强的现实意义和广阔的发展潜力。

四、生物质热解制取生物油的发展战略

中国是农业大国，生物质资源十分丰富，仅稻草、麦草、玉米杆等非木材纤维年产量就超过10亿吨。这些非木材纤维以及大量的木材加工剩余物，都是取之不尽的天然高分子化工原料仓库和能源。然而，目前我国每年有30亿吨秸杆得不到有效利用，大部分被白白烧掉。由于生物质能源其分布的分散性和能量密度低，利用难度很大。这些生物能源的利用率只有 10%～20%，因此，加强我国在这方面的研究势在必行。 废橡胶资源的合理开发与使用，既可以带来较好的经济效益，又可以解决环境问题。但是我国废塑料的回收利用率不高，与发达国家有着明显的差距。已有的工艺多以单一品种的加工废料或聚烯烃废塑料为原料，采用的流程与设备多是套用石油裂化过程的工艺及设备，对废塑料裂解反应特点缺乏全面考虑。总体来看，我国生物质和废弃橡胶的开发利用仍处在发展的初级阶段，还存在许多问题，主要是资源不清楚、技术不成熟、政策和市场不完善等。针对生物质和废橡胶研究现状，特别是当前国内外对生物质和废橡胶的共热解研究比较少，在我国也刚开始涉及到这个领域，所以今后应该加强对生物质和废橡胶共热解的研究，深入研究生物质与废橡胶共热解的协同作用的机理，在共热解技术上实现突破。同时为实现热解油直接作为车用燃料，今后应加强生物质与聚合物共热解中催化剂的应用这个领域的研究和探索，大力推进我国生物质热解直接制取车用生物油技术的发展。

参考文献

[1] 任铮伟，徐清，陈明强，等.流化床生物质快速裂解制液体燃料[J].太阳能学报，2002，23（4）：462～466。

[2] 徐保江，李美玲，曾忠.旋转锥闪速热解生物质实验研究[J].环境工程，1999，17（5）：71～74。

作者简介：刘建付，性别：男，1989年5月，技术员，目前从事煤化工生产工作。