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解决能源紧缺的一条新路径

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2012年06月04日00:44 来源:科技日报 

  本报记者 魏 东 张兆军 孙明河

  “生物质热裂解工业化技术难度高,是一项世界性难题。目前,我国生物质快速热裂解液化技术取得重大突破,国内规模最大的生物质热裂解数控自动化生产线,有望近日在长春生物质热裂解液化技术示范基地试车”。在能源日益紧缺、油价飞涨的今天,这条从吉林省颐民宝新能源(000690,股吧)开发有限公司传出的喜讯无疑让人感到振奋。

  世界性难题在这里得到破解

  5月中旬,记者来到坐落在长东北高新技术开发区的吉林省颐民宝新能源开发有限公司。白色的现代化厂房格外显眼,巍然耸立的热裂解塔下工人们正在忙碌地做设备调试。据现场指导调试的公司技术顾问、青岛科技大学教授李建隆介绍,这条即将试车的生产线设计能力为每小时投料1吨。日前,这套装置的投料系统和裂解反应器单机试车已调试正常,近期将择日全线试运行。每小时投料1.5吨,年液化能力为1万吨生产规模的设备也随后进行安装调试。该项目已被列入国家火炬计划,这里将逐步建成长春生物质热裂解液化技术的科研、生产、制造、推广示范基地。

  李建隆是国内“旋风除尘”专业的知名专家。在生物质热裂解液化技术方面也造诣很深。他告诉记者,生物质热裂解工业化技术难度很大,一直被认为是世界性难题。如厌氧投料、快速热裂解、热碳降温、气固分离、烟气净化及重油挂壁等难题成为难以逾越的技术障碍,长久地困扰着热裂解技术工业化的进步与发展。

  记者了解到,从开始的实验室研究到形成生物油成套设备工程化,颐民宝新能源开发有限公司的科研团队一直坚持不懈地进行研究,历经13个春秋,终于掌握了快速热裂解工业化核心技术,解决了生产中存在的一系列重大难题。

  “公司研发的快速热裂解装置每小时可处理物料1—1.5吨。利用烟道气输送物料,解决了厌氧难以控制的问题;采用改进型真空移动流化床,解决了粉料快速加热、物料易产生堵塞、高温下裂解管使用寿命短等技术难题;研发的油气净化工艺,解决了生物油中含细微碳粒的难题。在除尘、高温生物质炭冷却和裂解气冷凝捕集方面,攻克了一系列瓶颈难点,使生物质热裂解液化技术迈上了一个新台阶。”讲起公司攻克的难关,李建隆如数家珍。

  据介绍,生物质热裂解反应器有很多种。“若论技术含量及先进性,还当属颐民宝新能源开发有限公司自行研发的真空移动流化床反应器。”李建隆如是说。

  所谓生物质热裂解,通俗地讲就是利用农作物、林产品的废弃物(秸秆、稻壳、树枝、锯末)等所有光合作用的植物为原料,在厌氧(完全没有氧)和限氧(缺氧)条件下快速热降解,最终生产出生物油、生物质炭和可燃气体的过程。

  李建隆的细致讲述让记者理清了生物质热裂解技术的工艺流程:生物质物料经过粉碎,由烟气带入气流干燥器烘干,再进入高温裂解反应器。裂解产物进入气固分离器进行分离,固体产品为生物质炭,气体则进入洗涤精馏塔,塔底部液相为重质油产品,顶部气相经过油水分离冷凝之后得到生物油和不凝气。不凝气作为裂解炉的燃料燃烧利用。

  在生物质热裂解的工艺流程中,热裂解反应器是核心装备和关键环节。“国内有的企业之所以无法连续性生产,就是难以解决热裂解反应器在运行中出现的技术问题。”在车间里,李建隆指着已安装完毕的反应器告诉记者。

  在李建隆看来,颐民宝新能源开发有限公司解决了诸多技术难点,其中4项尤为突出:热裂解反应器使用自身产生的燃气加热,不需要任何其他化石燃料。整套装置不排放任何污染物,洗涤塔底的含炭重油与反应过程产生的含有残油的污水、部分炭,按一定比例研磨成油炭浆(自主研发的一种新型燃料)进入市场,且可作为锅炉燃料使用;设备采用自动化控制,实现在线监测,操作方便,安全性强。

  据介绍,该公司历经13年的研发,目前已完成每小时投料1000公斤的全自动控制的工业化示范装置建设。每小时投料1500公斤,年液化能力10000吨的装置也将随之投入安装试运行。李建隆告诉记者,经过长时间大量的试验攻关,目前公司已获得“快速热裂解技术取生物质油的方法”等数项专利,掌握了高效生产生物油的核心技术。

  生物质燃料用途广泛 发展潜力巨大

  生物油及生物质炭具体有哪些用途?李建隆回答说:“生物油是一种用途极其广泛的新型可再生的清洁能源产品,它可以替代部分石油和煤炭,应用于锅炉、柴油机、涡轮机等。其实,它更诱人的用途是可从中提取高附加值的化学品,比如,加入乙醇经过缩醛化和脂化后降低酸度、闪点和黏度,经分馏可得到香料、溶剂、树脂等特殊化学品。还可制取多酚、化肥、农药和一些满足环保要求的化学品。”

  李建隆在谈到生物质炭的用途时说,生物质炭疏松多孔,灰分低,含硫量低,有着良好的燃料特性;在冶金业可用做炼制的还原剂,熔炼的生铁具有细粒结构,铸件紧密,无裂纹等特点,适于生产优质钢;通过深加工可制成橡胶行业碳黑替代品;还可用于有色金属生产、黑火药、固体润滑剂(石墨)、电极碳制品等。尤其是制成活性炭后,可广泛用于化工、医药、环保等方面。如用于化学药剂的提纯、糖的脱色、脂肪的除臭、气体的分离、溶剂的回收、空气和水的净化等。

  记者了解到,生物质发电技术已日趋成熟。国外利用生物质直接燃烧发电技术基本进入商业化推广应用阶段。目前,世界上生物质发电装机为5200万千瓦,年发电电量约3000亿千瓦时,可替代11000万吨标煤。专家分析,今后10年是生物质发展的关键时期,预计生物质发电量每年将以7%的速度增长。

  据介绍,我国利用生物质发电,一种是将生物质直接送入燃煤炉与煤混同燃烧,生成蒸汽带动轮机发电;另一种是将生物质先气化,再将可燃气体通入燃煤锅炉与煤共同燃烧。要保证电厂在一个运行周期内连续发电,包括秸秆在内的生物质原料的采购、运输、储存等都是电厂要认真解决的问题。如果采用生物油为燃料上述问题可迎刃而缓解。

  颐民宝新能源开发有限公司董事长平贵杰告诉记者,企业已捕捉到这一良机,他们正在河北的一家生物质发电站附近建厂,准备为电厂提供生物油。

  “缓解对石化燃料的依赖,开发利用再生能源已是全球的必然趋势。因地制宜利用当地生物能发电,市场前景非常广阔。”平贵杰同时认为,利用生物质燃料发电还是一项增加农民收入,解决焚烧秸秆和清洁再生能源的支农、环保项目,在国家或地区循环经济可持续发展中,具有重要的战略意义。

  平贵杰认为,目前制约生物质发电的瓶颈除技术之外,还有原材料供应的问题。我国生物质资源主要是农业废弃物,虽然丰富,但资源分散,收集和运输困难,加上季节性强,不可能全年保证供应。而且秸秆大都密度低、体积庞大,大量存储和管理极其困难,这也是国内不少生物发电厂设备无法保证全年正常运行的原因。颐民宝新能源开发有限公司也面临同样的问题。

  对此,平贵杰说公司通过调研已有了对策,就是建立区域性农业秸秆热裂解产业集群,并建立生物油精制及生物质炭的深加工场所。为解决秸秆运输问题,计划以县级为单位,每个县设立一个站,安装10套生产线,每套生产线所需物料半径为6—10公里。“如果12—18个站为1个产业集群,建立一个深加工场所,可实现每年处理秸秆8—10万吨,年产值过亿元,利润可达数千万元”。平贵杰给记者粗略算了一笔账。

  “我们下一步的打算是不仅要建站,还要销售生产设备。可以提供加工多种农、林生物质的设备,这些设备适应性广,操作简便,快速安全,农民工稍加培训即可上岗操作,乡镇村均可建厂生产。以后,还会根据需要研发可移动的撬块组合型生产装置”。

  为解决好原料供应问题,平贵杰还瞄准了能源林。借助国家当前大力推广能源林建设的契机,公司在河北获批了2万亩荒山荒地用来开发能源植物。此外,在广西、贵州等地20万亩荒山、荒地种植能源树种的申请也即将得到批复。“这既是储备,也是对秸秆之外原材料的的补给”。平贵杰说。

  为了确保以生物油为原材料生产化学品,该公司与中科学院化学所联合成立了研发中心,并在山东青岛建设了两个基地,一个为核心装备生产基地,一个专门从事技术研发的技术开发公司。在河北馆陶建设了规模化生产、热裂解产品深加工基地,再加上长春的示范装置生产基地,都将为公司全面发展提供强有力的支撑。

  平贵杰通过调查了解,全国诸多家生物质发电厂中,其实真正实现连续供电的很少。为了尽快发展壮大企业,他雄心凸显,要并购一部分生物质发电厂。“这样我们的生物油和新型燃料就直供发电厂。但我们最终的目标还是壮大企业,使生物油早日进入中国石化(600028,股吧)系统。

  说到该项目的发展前景时,平贵杰告诉记者:“在太阳能、风能和生物质能这三大可再生的自然能源中,生物质能是唯一物质性能源,是中性碳的再生资源,具有储量大的明显优势”。他接着说,这仅仅是开始,我们要做的事情还很多。目前,生物油在市场上还没有国家标准,我们下一步要计划起草标准。另外,对于那些不能正常生产的同行企业,我们可提供思路和技术帮助。

  “综合分析,不难看出生物质资源开发的潜力、发电技术水平,还是市场需求、政策导向,都将会促进生物能利用的大发展。可以预见,生物质液化技术的发展空间无限。”平贵杰对做大做强生物质新能源产业充满了期待。

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