生物质的利用现状

摘 要：主要论述了生物质热解技术的原理、热解反应过程、热解工艺类型及影响因素。在分析国内外发展现状的基础上，提出生物质热解技术主要存在的不足，对生物质热解技术的发展前景进行了展望。

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0 引 言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1 热解技术原理

1.1 热解原理

从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2 热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2 热解工艺及影响因素

2.1 热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃， 高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3 热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向： 转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气， 然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2 国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4 前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

参考文献

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生物质具体的种类很多，植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。

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　随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重，各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用。虽然各国的自然条件和技术水平差别很大，对生物质能今后的利用情况将千差万别，但总的来说，生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩，而是重新发挥重要作用，并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位。

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我国发展展望

由预测可知，随着社会的发展，传统利用生物质能的比例将越来越少，到2050年，农村生物质能的利用中传统利用方法不到1%，但是，生物质能的现代化利用技术的比例将越来越高，到2050年可能达到农村总能耗的13%。另外，从预测中可以看出天然生物质能在农村能源的比例随时间推移将越来越少，从30%降到13.7%左右，但是不管那个时期，也不管那个方案，生物质能在农村能源中的比例都很大（高于14%），而且是最主要的可再生能源（占可再生能源的50%以上），这可以充分说明生物质能在今后几十年内在我国农村能源，甚至于我国能源体系的重要地位。

世界进展

合成生物学的发展，通过基于系统生物学原理的计算机辅助人工设计与次生代谢链的酶系统基因合成、代谢工程技术将富油生物进行基因工程改造成能够使生物柴油高产量与分泌的转基因生物，从而实现规模化利用太阳能的生物能源产业，美国著名的文特尔私立研究所已经获得几亿美元的投资，一旦成功产业化，将带来石油与汽车工业的技术变革。

煤炭是我国分布最广、储量最多的能源资源，预计到下世纪中叶，我国的能源消费结构中煤炭仍将占主要地位。

但是，煤炭直接燃烧造成严重的环境污染。全国二氧 化硫（SO2）排放量及烟尘排放量中烧煤排放估计分别占90％和70％，还有NOX的污染问题。西南和华南已出现大面积酸雨区，并有扩大趋势。作为世界最大的煤炭消费国，烧煤排放的二氧化碳（CO2） 可能导致全球变暖的问题更是国际社会普遍关注的一个热点。因此，发展洁净煤技术，减少污染物排放，提高煤炭利用效率已成为我国，也是世界的一项重要的战略任务。

（1）先进燃烧和污染处理技术

洁净煤技术可用于燃烧前、中、后的任一阶段。

燃烧前的处理和净化技术

1）洗选处理。这是除去或减少原煤中所含的灰粉、矸石、硫等杂质，并按不同煤种、灰分、热值和粒度分成不同品种等级，以满足不同用户需要的方法。

1991年我国原煤洗选仅18.1％，洗选效率为85％，而发达国家原煤已全部洗选，洗选效率95％以上。

2）型煤加工。这是用机械方法将粉煤和低品位煤制成具有一定粒度和形状的煤制品。高硫煤成型时可加入适量固硫剂，大大减少SO2排放。我国民用型煤比烧散煤热效率可提高一倍。一般可节煤20－30％，烟尘和SO2减少40－60％，CO减少80％。在工业炉窑中使用可节煤15％，烟尘减少50－60％，SO2减少40－50％，NOX减少20－30％，

3）水煤浆。这是70年代发展起来的一种以煤代油的新燃料。它是把灰分很氏而挥发成分高的煤，研磨成250－300微米的微细煤粉，按煤约70％、水约30％的比例，加入0.5-1.0%分散剂和0.02-0.1的稳 定剂配制而成的,水煤浆可以像燃料油一样运输`储存和燃烧.我国制浆工艺已达国际水平，并已建成商业性示范工程。

燃烧中净化

1）先进的燃烧器。先进的燃烧器是通过改进电站锅炉以及工业锅炉和窑炉的设计和燃烧技术，以减少污染物排放，并提高燃烧效率。

国外已商业应用的有低NOX燃烧器，其燃烧过程是燃料和空气逐渐混合，以降低火焰温度，从而减少NOX生成；或者调节燃料与空气的混合比，提供只够燃料燃烧的氧，而不足以和氮结合成NOX。

我国已开发出新型水容量（热功率1兆瓦以上）煤粉燃烧器，燃烧效率达95％以上，在50％负荷条件下仍能稳定燃烧，且煤种适应性广，脱硫装置正在进一步开发。

2）流化床（沸腾炉）燃烧。流化床燃烧是把煤和吸附剂（石灰石）加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床层悬浮，进入流化燃烧。流化形成湍流混合条件，从而提高燃烧效率；石灰石固硫，减少SO2排放；较低的燃烧温度（830－900℃）使NOX生成量大大减少。

流化床有鼓泡床和循环床两类，鼓泡床使煤保持在燃烧中心，流化燃烧主要在床内进行。循环床通过高速空气夹带固体颗粒进入并返回燃烧室，进行辅助燃烧，促使煤 粒沸腾燃尽。我国已出口巴基斯坦5万千瓦机组的沸腾炉。煤含硫6%,正在引进配12.5万千瓦机组的循环流化床。

燃烧后净化－烟气净化，包括SO2、NOX和颗粒物的控制。烟尘，SO2变成亚硫酸钙浆状物。干法是用浆状脱硫剂（石灰石）喷雾，与烟气中的SO2反应，生成硫酸钙，水分被蒸发，干燥颗粒用集尘器收集。这两种方法脱硫效率达90％。

烟气除尘，目前大型电站一般采用静电除尘器，除尘效率可达99％以上。

国外目前正在研究开发先进的脱硫工艺，以及可以同时脱除90％以上SO2和NOX的烟气净化新技术。

我国电站烟气净化尚处于初级阶段。90％的火电站装了除尘器，平均除尘效率90％，其中静电除尘仅占总数的12％，除尘效率96％。新建大型电站靠高烟囱（210米以上）扩散，扩散效果虽不差，可减轻城市空气污染，但不能解决地区的污染问题。

（2）煤的气化与液化

1）煤炭气化。煤炭气化是把经过适当处理的煤送入反应器，在一定的温度和压力下通过气化剂（空气或氧和蒸气），以一定的流动方式转化成气体。气化技术可将各类煤转化成各种气体产品，包括城市民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工燃料气等。

煤的气化主要产生CO与H2灰分形成废渣排出。煤气化的好处是可在燃烧前脱除气态硫和氮组分。

1990年，我国煤制气消费量为235.9亿立方米。目前采用常压水煤气工艺、常压固体床－－段气化工艺等。正在开发常压循环流化床和常压固体床两段气化工艺。

国外正开发多种煤气化新工艺，目的是扩大气化煤种，提高处理能力和转换效率，减少污染物排放。还有地下煤层气化技术已引起各国重视，也有发展前途，值得研究。

2）燃气－－蒸汽联合循环发电。以煤气化生产燃料气，驱动燃气轮机发电，余气再用来烧锅炉，生产蒸气驱汽轮机发电。煤气经净化处理，可在燃烧前脱除硫和氮；联合循环可提高系统热效率。新一代煤气化联合循环发电的供电效率可达43－46％。

目前，国外已进入示范阶段的煤气化联合循环发电主要有三个方案：整体煤气化联合循环发电方案；增压流化床联合循环方案；第二代增压流化床煤气化联合循环发电方案。目前，在建和拟建的煤气化联合循环发电示范厂共24个。单套容量已达250－600兆瓦。

我国引进几套燃油联合循环机组，可供开发煤气化联合循 环发电的借鉴。另正在引进和开发高精燃气蒸汽联合循 环发电技术。关于增压流化床燃气－－蒸汽联全循环发电技术，我国已研究开发，取得了阶级性成果。

3）燃煤磁流体发电技术。亦称等离子体发电。是使极高温度并高度电离的气体高速流经强磁场直接发电的新型发电厂。当燃煤得到的2600K以上的高温等离子气体以高速 流过强磁场时，气体中的电子受磁力作用和气化中的活化金属粒子（钾、铯）的相互磁撞，沿着与磁力线成 直的方位流向电极而发出直流电，经交、直流交换装置可送入电网。从磁流体出来的气体可送往常规锅炉，加热水产出蒸汽，驱动汽轮机发电，组成高效率的联合循环，总的热效率可达50－60％，由于磁流体发电所用的钾盐可有效地脱硫和可以用控制燃烧的方法来有效控制NOX的产生，故它又是一种低污染燃烧发电技术。

4）煤炭液化。煤炭液化分间接液化和直接液化两类。间接液化是煤先气化，生产原料气，经净化后再进行调质反应，调整H2与CO的比例。

直接液化是把煤直接转化成液体产品。已完成中试的工艺主要有供氢溶剂法（EDS），氢一煤法，SRC法。

80年代开发出第三代两段催化加氢液化新工艺和煤－油共炼工艺，提高了煤液化的经济性。

我国1980年重新开展煤炭直接液化研究，从国外引进了小型试验装置，迄今已对多种煤进行了液化性能和工艺条件试验，以及直接液化和煤－油共炼试验。

在间接液化方面，我国对煤制甲醇做了大量工作。甲醇是用含H2和CO的原料制造的，可用作化工原料、溶剂和燃料。甲醇用作汽车燃料，可在汽油中掺入5％，15％，25％（M－15，M－25），或用纯甲醇（M－100）；甲醇和异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE），用作无铅汽油辛烷值 加济；或直接合成低碳混 合醇（甲醇70％，低碳醇30％），用作汽油辛烷值 回剂。甲醇还可制取合成汽油。目前，我国甲醇年产能力超过60万吨，其中约20％用作燃料。煤制燃料甲醇已有成熟技术。

2、核能新技术

（1）新一代压水堆核电站

具有固有安全性的核电站反应堆。核反应堆在任何事故条件下都能自动停止运行，而且在最严重的假想事故条件下，停堆后的堆芯乘余热能依靠自然循环机理，导出堆外，保持堆内芯部和燃料元件的完整，从根本上排除堆芯深地、放射性逸出的可能，这种特性称为固有安全性，如改进压水堆、模块式高温气冷堆等。

（2）核燃料的增殖－快中子增殖反应堆。热中子反应堆主要是利用开然铀内的少量铀－235，以及在反应堆生成少量钚－239。因此热中子堆仅利用天然铀中2％左右的铀，世界上探明的铀资源难以保证核能的长期大规模利用。由快中子来产生和维持链式裂变反应的反应堆－－快中子堆，才有可能实现核燃料的增殖。快中子堆以钚－239为裂变燃料，由铀－238为增殖原料，铀－238俘获快中子后又可生成钚－239。由于一个钚－239原子核裂变放出的中子数平均值比一个铀－235核裂变放出的中子数为多，而且新生的钚－239有可能比消耗的钚－239还多，这样就可以实现核燃料的增殖。1951年，美国建成世界上第一座按上述原理工作的新型核反应堆－快中子增殖堆。到70年代末，快中子堆示范电站输出电功率已达3万千瓦，开始进入实用阶段。我国“863”计划已计划建造快中子实验堆。快中子堆在理论上可以利用全部铀资源，但实际上由于各种损失，约可利用铀资源达到60％以上。

（3）新的 供热资源－低温核供热堆和高温气冷堆

低温核供热堆是压水堆型的热中子堆，但它的参数远低于核电站用的压水堆，其压力约为15巴，温度200℃左右。由于参数低，设备造价低，在经济上有竞争力，世界上如原苏联、加拿大、德国、瑞典、瑞士、法国等国都有发展低温核供热的计划。我国开展低温核供热堆已有多年，第一个5000千瓦的低温核供热试验堆已于1990年投入运行。

高温气冷堆是采用石墨作慢化剂和惰性气体氦气作冷却剂的热中子堆。由于石墨耐高温，所以反应堆出口的氦气温度可以高达950℃。元远高于核电站压水堆的出口水温300－350℃，现在设计的模块型高温气冷堆不仅可以高温供热，高效发电，而且有很好的固有安全性能。德国和美国在60年代就有实验堆和示范堆运行，目前日本正在建造3万千瓦热功率的高温气冷实验堆，我国“863”计划也决定在本世纪内建造1万千瓦热功率的实验堆。

（4）受控热核聚变能

1）聚变反应。核聚变是两个或两个以上的较轻原子核〖如氢（H）的两种同位素： （D）帮 （T）〗，在超高温等特定条件下聚合成一个较重的子核，同时释放出巨大能量。因为这种反应必须在极高的温度（1－5亿℃）下进行，所以叫热核反应。据计算，1公斤热核聚变燃料放出的能量为核裂变的4倍。

2）核聚变原料主要是氢、 和 。 也称重氢， 也称超重氢，1公斤海水中含有

0.034克 ，故地球上汪洋大海里有23.4万亿吨 ，足够人类使用几十亿年，是一项无究无尽的持久能源。

聚变能目前尚处于研究阶段，离实用还有相当差距。但基于其取之不尽的资源和优越的性能，能量大，且没有像裂变堆那样产生大量放射性废物，故其远景是很好的。预计在下世纪中叶可望能商 用。目前也有人考虑在其商用以前开展聚变－裂变混合堆的研究，其原理是用聚变反应产生的中子来增殖裂变燃料，充分利用裂变铀、钍核资源。我国也正在研究中。

3、新能源技术

（1）太阳能新技术

太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源。

太阳能的转换和利用方式有：光－热转换、光－电转换和光－化学转换。

1）太阳能热利用和热发电技术。太阳能热利用是太阳辐射能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用，它可分低温（100－300℃）：工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（300℃以上）：热发电、材料高温处理等。

太阳能节能建筑分主动式或衩动式两种。前者与常规能源采暖系统基本相同，仅以太阳能集热器作为热源代替传统锅炉。后者是利用建筑本身的结构，吸收和储存太阳能，达到取暖的目的。

太阳能热发电技术是利用太阳能产生热能，再转换成机械能的发电过程。发电系统主要同集热系统、热传输系统、蓄热器、热交换器以及汽轮发电机系统等组成。美国LUZ公司已建了9个电站，总装机容量为35万千瓦，平均效率达14％，电价约8美分／千瓦时。太阳能热发电技术涉及光学、传热学、材料科学、自动化等学科，是一门综合性交叉性很强的高新技术，也是太阳能开发和研究领域的难点。太阳能热发电技术的关键问题是太阳能的光辐射吸收和高效传热技术。

2）太阳能光电转换技术。太阳电池类型很多，如单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化 电池、 化电池等。美国、德国、日本都将太阳能光电技术列为新源首位，制造和发电成本已在特殊应用场合有一定竞争能力。当前发展主要障碍是光电池成本高。我国已能生产，年产达1000千瓦，能量转换率达14％。多晶硅电池采用熔化浇铸，定向凝固方法制造，有可能在现有基础上降低成本30％，向实用化推进一步，但要使成数量级下降，需改变制造工艺，制造硅膜太阳能电池和发电系统，需大力加强基础研究。

3）光化学转换技术。光化学是研究光和物质相互作用引起的化学反应的一个化学分支。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢的电池。

我国据1991年不完全统计，已推广太阳能热水器180万平方米，被动太阳能节能房30万平方米，太阳能农用温室33万公顷，太阳灶12万台。我国光伏电池已有4.5兆瓦生产能力。高效电池、非晶硅电池的实验室水平与国外相差不大，但在向生产力转化和应用领域方面差距很大，有待开拓。

（2）风能技术

我国风能总储量估计为1.6×10 9千瓦,在世界各国排列第三,可开发利用的约为2/10,即约3亿千瓦.可以有效利用的风速范围为3-20米/秒.

目前全世界风力机用于发电的超过总量的2/3.

风力机可分为微型（1千瓦以下）、小型（1－10千瓦）、中型（10－100千瓦）、大型（100千瓦以上）。目前世界上最大的风力发电机在美国夏威 ，为3200千瓦 。

到1992年，全世界风力发电装机达2700万千瓦。主导产品是150－250千瓦机组，300－500千瓦机组开始小批量生产。

我国风力发电装机容量为20万千瓦左右，有小型风力发电机12万台，中小型风力发电厂9个。小型 风力机年产3万台，55千瓦、120千瓦、200千瓦风力发电机的研制和生产正在进行中。风力发是技术关键是大型风力机的叶片设计 、制造和安全性技术，二是优化运行控制方案与控制系统。

美国目前每千瓦时风电价约6－7美分，到2000年可能降至4美分。

（3）生物质能利用新技术

生物质能是绿色植物 通过绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。生物质能通常包括木材和森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物和动物粪便等。目前发展的生物质能利用技术有：

1）热化学转化技术。是将固体生物质转换成可燃气体、焦油、木炭等品位高的能源产品。

2）生物化学转换技术。主要指生物质在微生物的发酵作用下生成沼气、酒精等能源产品。沼气是有机物质在一定温度、温度、酸咸度和厌氧条件下经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种混合可燃 气体。

3）生物质压块细密成型技术。是把粉碎烘干的生物质加入成型挤压机，在一定温度和压力下，形成较高密度的固体燃料，密度约为1.2-1.3克／厘米3，热值在20 焦／公斤左右。

4）化学转换技术。

1990年，我国消费生物质能约2.64亿吨标准煤,大部分是直接燃烧的.目前,我国已研制成功小型气化炉，气化率达70％以上。高效生物质燃烧炉，热效率达85％。

（4）波浪能和潮汐能

这两项海洋能源我国约有4－5亿千瓦，已建成1280千瓦时平潭幸福洋潮汐电站。我国波力发电极有特色，在基础研究方面已进入世界前沿，在实用上已有10千瓦级的岸式或漂浮式波力发电装置，并装备了航标灯。海洋能的开发应着重两个方面，其一是基础研究，如海洋能的收集与聚能，最佳转换方式和转换机械，随机、间断、不稳定转换技术等；其二是多能互补，与海湾、海岛、入海口其他新能源多能并举多能互补。

（5）氢能利用技术

从70年代初开始将氢应用于发电以及各种机动车和飞行器的燃料，已有不少试验装置在运行。氢作为能源使用时，无污染物产生，燃烧产物是水，而生产氢的原料也是水。氢的热值高，每克液氢可达120千焦，是汽油的2.8倍。

1）氢气制备。可以用电解法、热化学法、光电化学法或等离子体化学法制氢。

2）氢的储存。氢的储存可以用压缩、低温液化和贮氢金属吸存。

3）氢的利用。可作燃料，用于导航、机动车等；可用氢燃料电池通过电化学反应直接转换成电能；可用作各种能源的转换介质或中间载体。

作为人类长远的战略能源，氢可与其他一次能源结合发展各种氢能系统，特别是太阳能－氢能综合能源系统有很好发展前途。国际上认为氢能将是21世纪中后期最理想的能源。

4、节能新技术

我国的一些高耗能产品的能耗水平与国际水平比较，差距仍很大，除一般节能方法和采取的节能措施外，尚须采取节能瓣措施，新方法。

（1）余热回收利用技术

对于低品位余热利用，需研究强化传热的机理，研制包括热管在内的各种高效换热元件和紧凑换热器，是低品位热动力开发和发展热泵技术的重要储备；换热器小型化和降低成本是低品位余热动力回收装置提高经济上竞争性的主要技术关键。

1）热泵技术。是以消耗一部分高质能（机械能、电能）为裣，使热量从低温热源向高温热源传递。热泵可以用消耗少量高质能，获得较多的热能。

2）热管技术。热管是一种具有很高传热性能的元件。它利用封闭在管壳内的工作液体的相变（沸腾 、凝洁）来传递热量。当蒸气流向冷凝段，冷凝段由于受到冷却使蒸汽凝结成液体，液体再沿多孔材料借助毛细管的作用流回蒸发段，如此循环不已。作为一种传热新技术，广泛用于电子工业、空间技术和工业余热回收等方面。

（2）电子电力技术

电子电力技术在工业、交通运输、通信、家用电器等领域有广泛的前途。电子电力技术是节能的利器，例如：风机、水泵的阀门调节改为交流调速控制，可节电30－40％；直流传动改为可关断晶体管变频传动，可节电1／3以上；采用电子变频器和新型荧光粉的高效荧光灯，节电率可达80％。

据估计，全国推广应用电子电力技术，每年可节电400亿千瓦时，应用电子电力技术的各种节能产品，节 材率达40－90％。

（3）高效电动机

采用新材料、改进设计、具有低损耗、高功率因素的电机，电动机占我国总用电量的60％，高效电动机的效率比一般标准电动机高2－7％，永磁电动机可提高效率4－10％。

（4）高效节能照明技术

采用高频整流器降低灯的耗电率，采用稀土荧光粉吸收紫外线并变为可见光，提高发光效率。例如用节能灯代替白炽灯可提高效率50－80％。

（5）远红外线加热技术

是利用远红外辐射元件发出的远红外线，使被加热物体吸收，直接转变成热能的一种加热方式。远红外辐射电暖器就是一例。

（6）电热膜加热技术

是将电子电热膜直接制作在被加热体的表面上，当通电加热时，热量会很快专给 被加热体。因此电热膜加热效率达85％，而普通电热丝加热次序仅40％。电热摸是一种导电薄膜，它可用于电热杯、电淋浴器、电吹风、电暖气等电热器具。电热膜加热功率在100－2000瓦范围内，使用寿命高于2000小时。

当前世界各国都十分重视节能，国际能源界也有将节能称为第五能源，与煤、石油及天然气、水电、核电四大能源并列。览于节能对合理利用自然资源和保护环境的重要意义，各国对推动节能新技术都采取了各种政策措施，例如，采取补贴的政策等。我国已公布淘汰和停止生产高耗能产品，优先发展高效节能设备的政策。

总之，能源的开发利用与发展是直接关系到国民经济发展、社会进步和人民生活的大事。要坚持开发利用与节约并举，要重视发展清洁与可再生能源，保护环境；要依靠科技进步，加大技术改造力度，合理配置，提高能源利用效率；要加强能源开发与环境保护的基础与应用研究，使能源工业与经济、社会、环境协调发展，促进国民经济持续、快速、健康发展和社会全面进步。

2、生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。特点:可再生性。低污染性。广泛分布性。资源丰富。碳中性。生物质包括植物、动物和微生物。

3、生物质能是可再生能源的重要组成部分.生物质能的高效开发利用,对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用.进入20世纪70年代以来,世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视,积极开展生物质能应用技术的研究,并取得许多研究成果,达到工业化应用规模.本文概述了国内外研究和开发进展,涉及到生物质能固化、液化、气化和直接燃烧等研究技术。

4、中国对生物质能源利用极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持。2007年，国家发展与改革委员会制订的《中国对应气候变化国家方案》确认，2010年后每年将通过发展生物质能源减少温室气体排放0.3亿吨CO2当量。因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

当然在中国，区别于传统能源或者常规能源（石化能源）我们把新能源理解为如下几类：

1.太阳能

2.核能

3.氢能

4.生物质能

5.海洋能

等。

不过在了解新能源时还应该知道另一个名词，既清洁能源。如风能，水能，地热能，生物质能，氢能等。它是对下一代能源利用提出来的要求之一，既清洁利用所衍生出来的。

其实大可不必关心有多少种新能源，因为现在对于能源，我们关心的一方面是长期稳定的供应这是人们寻找新能源的初衷。而另一方面是探究如何高效的利用能源。比如对于太阳能的利用有很多途径（方案）如：光电（发电），光热（热水器）以及光催化等。

对于能源的利用主要集中于解决三个问题：

1.能量的转化，既释放。

2.能量的传递、输运。

3.能量的存储。

无论是那种能源都会面临如上三个问题，现在很少有一种单独的能量或者说能量的存储形式，可以很好的解决这三个问题。所以大多是间接转化为电能，然后再利用。

另外我在罗嗦几句，就是石油是很好的能源（形式），但是储量有限，所以才称其为上帝珍贵的礼物~

利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用；低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑油的絮凝分离处理方法。

化学法生产：

生物柴油的化学法生产是采用生物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氢氧化钠(占油脂重量的1%) 或醇甲钠 (Sodium methoxide) 做为触媒，在酸性或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下发生酯交换反应（transesterification），生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中产生10%左右的副产品甘油。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：反应温度较高、工艺复杂；反应过程中使用过量的甲醇，后续工艺必须有相应的醇回收装置，处理过程繁复、能耗高；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收；反应生成的副产物难于去除，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。

化学法生产还有一个不容忽视的成本问题：生产过程中使用碱性催化剂要求原料必须是毛油，比如未经提炼的菜籽油和豆油，原料成本就占总成本的75%。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键，因此美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物（见下文“工程微藻”法），日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

生物酶合成法：

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae细胞生产生物柴油，转化率在80%左右，微生物细胞可连续使用430小时。

生物柴油(Biodiesel)提炼自动植物油，普遍用于拖拉机、卡车、船舶等。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换或热化学工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，其在物理性质上与石化柴油接近，但化学组成不同。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：酯、醚、醛、酮、酚、有机酸、醇等。 复合型生物柴油是以废弃的动植物油、废机油及炼油厂的副产品为原料，再加入催化剂，经专用设备和特殊工艺合成。

②积极发挥市场在资源配置中的基础性作用,加大对能源开发的投入,增加能源的供应,同时发挥国家的宏观调控作用,协调我国能源开发,加大对能源开发的政策支持力度,保证我国能源生产的持续快速稳定发展.

③市场经济具有开放性,我国应大力开拓国际能源市场,充分利用国际国内两种资源,扩大能源的进口途径和数量.

公司在一份声明中表示，工厂的设计设想是使用纸浆生产废料作为生产新纸浆生产线蒸汽的主要燃料。

这是中圣集团在海外的第55个项目。它将通过中国政府的“一带一路”计划实施。

一带一路的目标是建立中国与中亚、欧洲和印度太平洋之间的贸易路线。

山东阳光工程设计院成立于1988年，为火电、建筑、市政工程等行业提供设计、咨询和技术服务。

中圣集团成立于1997年，是一家环保解决方案公司，专注于节能和清洁能源技术，并致力于扩展到反污染投资项目。