生物质气化联产电、炭、肥、热(冷)技术的集成创新及产业化

生物质气化联产电、炭、肥、热（冷）技术的集成创新及产业化主要内容一、研究背景简介二、生物质气化简介三、生物气化发电联产炭、肥、热（冷）工程案例四、生物气化多联产产品的应用前景2014年11月12日，中美双方签署的《中美气候变化联合声明》，其中美国计划于2025年实现在2005年基础上减排26%-28%的全经济范围减排目标并将努力减排28%。中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。因此优化能源结构、减排技术创新、减少来自煤炭的排放至关重要，这将带动新的零碳和低碳技术的发展和推广。一、研究背景简介绿色、环保、节能、减排、新能源、肥料和农药减量！焚烧秸秆导致雾霾引起高速车祸发生2012年6月12日，新闻30分报道肥料过量导致水质污染问题严重巢湖、太湖等水污染的重要污染源，农业上的化肥和化学农药的使用。单位耕地面积的化肥和农药的投入量较高，而利用率却很低，大量的化肥和农药流失，导致农田土壤污染，通过农田径流加剧水体的富营养化，从而造成水体面源污染。2011年7月12日新华网土壤污染加重，食品安全堪忧近年以来，媒体报道、食品药品监管单位抽检等多次曝光的重金属超标的食品，包括大米、蘑菇、茶叶、白菜等，严重威胁食品安全。2013年7月19日《中国新闻》报道2013年5月广东省食品安全委员会公布了2013年抽检发现的120批次镉超标大米，其中由湖南厂家生产的多达68批次，涉事厂家来自湖南14个市州中的8个。2014年12月03日朝闻天下报道2015年06月07《经济半小时》生态文明建设前沿报告-水污染治理进行时（三）---来自农业部的最新统计，农业已经超越工业成为我国最大面积的污染产业，农业面源污染已经成为我国农业生产和农业可持续发展的严峻挑战！土壤自然酸化大概300万年，pH值下降一个单位，而由于人为的不合理利用，近二三十年土壤pH值下降1个单位，下降速度非常快.2014年5月25日《焦点访谈》被化肥“喂瘦”的耕地2014年04月26日《中国财经报道》来自春耕一线的报告：恢复地力需要持久战2015-07-18焦点访谈农田：“进补”过度也有害中国以色列中国以色列水的利用率肥料的利用率2015年3月6日，在十二届全国人大三次会议上,农业部表示将在全国迅速启动实施化肥、农药使用的零增长行动,力争到2020年农药、化肥利用率均达到40%以上，实现常规化肥、农药使用量零增长。背景：中国的肥料（产量、用量最大、利用率最低）我国肥料的使用效率不到30%。（N29、P13、K16），化肥的过量使用导致我国耕地退化、污染及水污染等。实施化肥使用量零增长已到了迫不得已的行动了。从上可以看出中国的环境（空气、水、土壤）出了严重问题，中国的食品和肥料出了严重的问题，到了不治不行、甚至到到了国家战略和民生危机的地步了！所以生物质能源和生物质（秸秆）利用的问题是：政府最关心也是最头痛的问题？企业界最伤心的问题？老百姓最无奈的问题？学术界研究的热点？难点？问题？生物质能源与生物质（秸秆）利用应该真正符合并且做到绿色、循环、可持续、节能减排、环保并具有良好的经济效益和社会效益的原则。农作物的问题在土壤？（土壤板结、土壤酸化、土壤污染、土壤有机质含量下降、土壤微生物环境恶化等土壤退化问题）土壤的问题在肥料！土壤、肥料问题路在何方？！想想我们的祖祖辈辈是如何把土地保护到如今的！秸秆来自于农，回归于农！来自与田，回归于田！非常遗憾、也非常值得思考的是到目前为止我国的政府、农业专家、肥料专家和生产厂家及农民用户都是用养分含量来评价和定价肥料。所以我心目中理想的新型肥料：绿色、循环、可持续的肥料、平衡施肥（不仅仅是N、P、K）、高效肥料（缓释肥、控释肥）、肥料具有更全效、更长效、更安全、更减量、更环保。空气气化剂生物质炭炉排干燥区：20-200℃，原料中自由水和结合水的蒸发。热解区：200-600℃，原料在缺氧的条件下裂解产生大量可燃气(CO，H2，CH4等)、炭、生物质提取液。氧化区：600-800℃，生物质炭与气化剂反应。C+O2→CO22C+O2→2CO还原区：800-600℃，还原反应。C+H2O=CO+H2CO+H2O=CO2+H2C+CO2=2COC+2H2=CH4CO2+H2=2CO+H2O生物质原料空气气化剂气液混合物原料层热解层氧化层还原层冷却层1、生物质热解气化多联产技术原理二、生物质气化简介生物质可燃气生物质提取液生物质炭热解气化生物质热解气化是生物质在高温、限制氧气的条件下发生的热分解，使生物质大分子分解成小分子的可燃气、生物质炭、生物质提取液的过程。ca2、生物质气化多联产技术产品示意图农林生物质原料热解气化生物质炭气液分离生物质提取液生物质可燃气液体肥发电木炭活性炭栽培基质肥料缓释剂炭基复合肥热水供热供热供气与肥料相关工业用炭生物质气化技术近几十年来得到了国内外的广泛关注和研究，相关的研究论文、专利及项目不计其数，但遗憾的是国内外能够稳定运营并具有经济效益和环境效应的气化发电(或供气)的项目却寥寥无几，其原因主要为：（1）气化技术产品单一，仅产生可燃气，经济效益不显著。（2）由于燃气发电机对燃气质量要求较高，净化燃气需要大量的循环水，可燃气净化后的液体包括焦油的收集、利用还存在一定的问题。（3）燃气净化系统、生物质燃气发电机等标准化不足等。（4）生物质气化技术相关设备的研制及装备能力的不足，工业化的应用问题颇多。3、生物质气化发电或供热技术主要存在的问题4、技术集成创新点：南京林业大学经过近十多年的长期探索与研究，针对传统的生物质气化技术的种种问题，提出了基于“生物质气化多联产技术”的创新发展理念，实现了“生物质气化多联产技术”的先进性、经济性、环保性并使生物质的利用完全符合绿色、循环的可持续发展目标，主要创新点如下：（1）经济效益和环境效应好。（2）针对以上问题，我们创新性的提出由生物质热燃气—蒸汽联合循环发电系统，采用了热燃气（未经过气液分离）直接烧锅炉的蒸汽轮机发电模式。（3）直接解决了生物质燃气净化和焦油的两大气化技术难题。（4）有效的解决了生物质气化发电的经济性、规模性（单机可达3MW、6MW、9MW甚至更大）、自动化及系统的可靠性、稳定性和标准化等问题。（1）、颠覆了传统生物质气化（能源）的历史，不仅有生物质能源，还可以生产生物质炭、肥料！（2）、颠覆了活性炭生产的历史（传统活性炭生产需要烧煤），不仅不需要能源，在生产活性炭过程中还可以发电、供热、产肥料！（3）、颠覆了几千年的世界烧炭的历史（传统的烧炭污染环境、效率低、劳动强度大），在烧炭的同时还可以发电、生产肥料！（4）、颠覆了肥料的历史（使用炭基肥料、生物质提取液肥料，可以直接减少肥料用量并且具有一定的药效，同时修复退化、污染的土壤）！本项技术不是美国人的技术、也不是欧洲人的技术、更不是日本人的技术，是我们中国人的技术！5、生物质气化多联产技术的产业创新点：6、终于让美国人学习中国的技术和产业了！以下是2015-11-27先进生物能源资新能源网报道的美国科学家开始研究南京林业大学生物质气化多联产项目技术了。题目：生物质气化项目有利于环境、经济发展工程学院教授GerardoDiaz，通过两补助获得近90万美元：一个来自于加利福尼亚能源委员会的，分析与优化北福克（NorthFork）1兆瓦的生物质气化厂，另一个来自美国农业部的，研究气化产品在农业、空气和水过滤中的应用。Diaz和一批行业专家正在研究在北福克（NorthFork）新的气化装置，这是一个500万美元的项目。从左到右：YangQuanChen教授、GerardoDiaz教授、凤凰能源CEOGregoryStangl、凤凰能源厂经理ToddMachado，美国加州大学默塞德分校教授两个重叠的研究项目可能对本区域的经济和可再生能源、水和森林火灾产生重大影响的效果。“项目令人兴奋的是没有一个单一的实体可以做到这一点，但我们有一批来自工业、学术界、生物质行业等不同领域的专家。”生物质气化达到几个目标：这是一种更清洁生产可再生能源的方式---气化厂被认为是“减碳”的，因为他们产生的固体碳，而不是二氧化碳。它产生的生物炭，改良土壤，提高农作物产量，更新陈旧的土壤，保持土壤水分，减少所需的肥料和固碳，否则会排放温室气体。生物炭是两个加州大学默塞德分校项目重叠之处。Diaz和他的联合首席研究员YangQuanChen教授，与合作伙伴凤凰能源（PhoenixEnergy）在研究副产品的另一个用途---作为水和空气过滤系统的活性炭。“我们的生物炭副产物就像我们生产出来的能源一样宝贵,”凤凰能源的首席执行官GregStangl说。现在，他们要利用的气化剩余物并且制作成活性炭。在全国范围内，公用事业和工业每年花费大约20亿美元在活性炭上。Diaz、Chen和凤凰能源收到美国农业部（USDA）超过30万美元去找到正确的方式来活化碳。“碳活化既像是一门科学，又像是一门艺术，”Stangl说。“你必须在碳上设计出微观孔隙，以便于它们可以过滤掉特定的分子。”Stangl说，这个项目有很多层,包括减少依赖进口活性炭、创造就业机会,促进该地区的经济和有助于环境,包括建立可再生能源。长期以来生物质气化技术与设备看起来简单，似乎一看就会，但在实际的使用过程中，一用就就出现各种问题，加上有些单位不负责任的态度，导致在国内外盲目建设了很多气化工程，但是已有的生物质气化工程（包括农村供气），绝大部分处于关闭或停产状况。我们提倡从事生物质气化技术行业的单位和人员本着求真、务实、科学、创新的态度认真地面对以上问题，本着对国家、人民及投资者负责任的态度去解决气化技术与设备运行中的各种问题，不要盲目的乐观和浮夸。经过长期的研究和实践，在充分调研的基础上，对于具有原料和投入条件的生物质气化发电多联产技术项目拟采用以下方案：1、以秸秆类为原料采用流化床气化多联产系统，建设气、电、炭、肥（炭基复合肥）、热、冷联合工厂；2、果壳类（稻壳、杏壳、桃壳、棕榈壳等）为原料的采用下吸式固定床气化发电多联产系统，建设气、电、炭（活性炭、民用烧烤或工业用炭）、热、冷的联合工厂；3、木片类（椰子壳片）为原料采用上吸式固定床气化多联产系统。6MW生物质气化发电多联产工程经济效益分析可燃气年发电•4200万度，约3150万元产生的余热•建1.0万吨/年活性炭生产线，约1亿元得到生物质炭1.6-2.0万吨•为4.0-5.0吨锅炉供热•或建8.0-10.0万吨/年高效炭基肥生产线，约2亿元•年消耗8万吨左右生物质1吨秸秆CO21.83吨C含量0.5吨生长需要气化（无需外加热源和其它任何物质）固体0.25吨C液体0.1吨C气体0.15吨CCO20.55吨燃烧释放施入土壤总体而言，1吨秸秆吸收CO21.83吨，6MW生物质发电多联产项目年节约标煤1.5万吨，减排CO2约4万吨，减排氮氧化物约110吨，减排SO2约130吨，1.6万吨生物质炭固定CO2约5万吨。生物质能源和生物质（秸秆）利用技术的发展只有与环境保护相结合才是根本的出路，更需要要符合市场运作规则（效益）。环境效益分析：南京林业大学从2002年开始系统研究生物质气化发电联产生物质炭（活性炭）和生物质提取液的制备、组成成分、性能特点及应用的产业化，尽管生物质能源多联产技术的理念已经被国内外广大的研究单位和学者接受，也引起了众多的国内外研究机构对生物质炭和提取液进行研究与应用的重视。值得高兴的是有些大型的肥料企业（如山东丰本生物科技有限公司和施可丰公司等已经大量采用生物炭和提取液在肥料当中的应用），并且引起了国家相关部门的重视。如不久前2016年农业部发布关于秸秆炭及肥料的标准指南：1、制定《秸秆生物质炭化工艺技术标准》标准；2、制定《秸秆生物质炭产品质量标准》标准；3、制定《炭基肥田间试验技术规范及效果评价》标准；4、制定《生态果园木醋液施用技术规范》标准。目前已有20多个项目在运行或在建中，具有代表意义的有：（1）安徽阜