生物质燃料综述Word文档格式.docx
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它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能源的特点：
（1）可再生性。
（2）清洁、低碳。
（3）替代优势。
（4）原料丰富。
利用途径：
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。
生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。
二．生物质能国内外利用现状
目前，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。
生物质能是重要的可再生能源资源，具有资源种类多、分布广的特点，在当今能源日趋紧张的情况下，越来越引起人们的关注。
生物质中硫含量和灰分含量较低，利用过程中对环境污染小，不会增加自然界碳的循环总量，对于未来的能源战略具有深远意义。
根据BP公司2013年统计年鉴可知，世界生物燃料的产量由2002年的11830千吨油当量增加到2011年60286千吨油当量。
根据ELInsights于2010年9月发布的报告，从2010年到2015年，全球生物制造市场预计将从5729亿美元增加至6937亿美元，相当于在此期间的复合年增长率（CAGR）为3.9%。
2.1国外生物质能的利用情况
美国国会于2008年5月通过一项包括加速开发生物质能源的法案，要求到2018年后，把从石油中提炼出来的燃油消费量减少20%，代之以生物燃油。
据《2010年美国能源展望》，到2035年美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求量增长，乙醇占石油消费量的17%，使美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至45%。
2009-2035年美国非水电可再生能源资源将占发电量增长的41%，其中生物质发电占比最大为49.3%。
美国还欲在中西部打造航空生物燃料基地，这将极大促进美国航空行业的绿色发展
据欧洲EurObserv公司于2010年12月发布的统计报告，2009年欧洲从固体生物质生产的一次能源又创新高，再次达到7280万吨油当量，比2008年增长3.6%。
统计表明，欧洲成员国2008年从固体生物质生产的一次能源比2007年增长2.3%，即增长达150万吨油当量。
这一增长尤其来自生物质发电，比2007年提高10.8%，增长5.6TWh。
来自固体生物质发电的增长尤为稳定，自2001年以来年均增长率为14.7%，从20.8TWh增长到2009年62.2TWh。
2009年这一生产的大多数即62.5%，来自于联产设施。
欧盟生物质基电力生产自2001年以来翻了二番，从2001年20.3TWh增长到2008年57.4TWh。
欧洲委员会于2010年5月表示，已采取积极步骤来改善欧盟的生物废弃物管理，并以此取得大的环境和经济效益。
分析指出，欧盟运输业2020年可再生能源目标约1/3将可望通过使用来自生物废弃物的生物气体来得以满足。
瑞典是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一，据报道，2009年，瑞典政府批准了一项计划，到2020年将使可再生能源达到该国能源消费总量的50%。
此外，该国旨在到2030年使其运输部门完全不依赖于进口化石燃料。
根据瑞典生物能源协会（SwedishBioenergyAssociation）统计，瑞典从生物质产生的总的能源消费在2000-2009年期间已从88TWh增加至115TWh。
而在此期间内，基于石油产品的使用量已从142TWh减少至112TWh。
至2009年，生物质已超过石油，成为第一位的能源来源，占瑞典能源消费总量的32%。
据预测，生物质能的消费在2011年将继续再增长10%。
在瑞典，生物质供热发电1030亿度，占全国能源消费总量的16.5%，占供热能源消费总量的68.5%。
瑞典首都斯德哥尔摩清洁能源轿车约10万辆，包括使用乙醇的车、使用生物燃气车和混合动力车，占轿车总量的11%。
瑞典计划到2020年在交通领域全部使用生物燃料，率先进入后石油时代。
德国政府提出了生物经济战略，提出通过大力发展生物经济，以摆脱对化石能源的依赖、增加就业机会、实现可持续发展、提高德国在经济和科研领域的全球竞争力，且在2010年，启动了“2030年国家生物经济研究战略通向生物经济之路”科研项目，计划2011年至2016年间投入24亿欧元用于生物经济的研发应用。
英国生物质生产商和出口商公司非洲可再生能源公司（AfriRen）于2010年12月宣布，进军非洲大陆开发生物质能，该公司与非洲领先的农业集团SIFCA旗下的GRE公司签订长期生物质供应合同，GRE公司拥有2.1万人，营业收入为6亿欧元。
AfriRen公司与合作伙伴将初期投资1600万美元，为欧洲生物质购买商创建一个平台。
欧洲目前进口的几乎所有生物质都来自于美洲，AfriRen公司将采用最新的技术在非洲开发可再生能源项目。
AfriRen公司旨在成为非洲最大的生物质生产商，预计仅从其在加纳的作业，自2011年起每年就可出口12万吨木屑，木屑符合欧洲生物质规格和可持续性标准。
这是AfriRen公司第一个项目，该公司已与SIFCA旗下的加纳橡胶Estates公司签约8年合同，从他们在Takoradi附近的橡胶树种植区出口木屑生物质。
丹麦正准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。
巴西所有汽油中都强制加入了25%的乙醇，2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也达到5%，提前三年进入B5时代。
凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示有信心实现到2020年减排36%的目标。
印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声革命”，制订了2011年全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。
2.2我国生物质能的利用情况
我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。
在可收集的条件下，中国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。
我国十八大报告中就明确提出“支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，确保国家能源安全”。
《中华人民共和国可再生能源法》和《可再生能源中长期发展规划》的制定，以及国内相关鼓励政策的推行，加快了我国生物质利用技术的发展。
近年来我国生物质能源行业发展迅速，主要利用方式有以下5种：
（1）生物质成型燃料
目前国内生物质成型燃料主要用于发电厂和工业锅炉的燃料等，仍处于市场发展初期，能实现规模化生产的企业不多。
大部分企业的生产规模较小，企业生产工艺不稳定、生产设备的技术不成熟，故障率比较高，对下游生物质成型燃料应用市场的开拓工作较为滞后。
（2）生物质气体燃料
①沼气
沼气技术是我国发展最早、最普遍推广的生物质能源利用技术。
户用沼气在我国已经有几十年的发展历史，目前已基本成熟。
据农业部统计，“十五”期间政府累计投资34亿元用于农村户用沼气的建设。
至2010年，全国农村户用沼气总数达到4,000万户，占适宜农户的30左右，年生产沼气155亿立方米。
②生物质可燃气（BGF）
在缺氧条件通过高温气化工艺，将固体生物质原料转化为清洁的燃气。
瑞典、美国、意大利、德国在该领域处于领先水平。
国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较为复杂，以发电和供热为主。
近年来，我国生物质气化技术取得了重要突破，发行人与中科院广州能源所联合开发了BGF代油/气技术，并拥有这一技术的知识产权，该技术目前已成功应用于华美钢铁60万吨/年钢铁加热炉生产线。
（3）生物质发电
随着《可再生能源法》和相关可再生能源财政补贴政策的出台，尤其是国家对生物质发电厂的上网电价优惠措施的实施，我国生物质发电发展迅速。
截至2010年底，全国投产和在建的秸秆直燃发电项目170多个，总装机容量约400万千瓦，其中已投产的装机容量约为150万千瓦（资料来源：
国家发展改革委有关负责人就《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》有关问题答记者问）。
目前,我国生物质发电行业尚处于起步阶段。
（4）生物质液体燃料
①生物乙醇
我国生物乙醇生产规模相对较大，主要以粮食为原料。
由于我国人均耕地面积不足1.4亩，不足世界平均水平的40%，使得我国以粮食为原料的生物乙醇发展潜力有限，大规模利用存在原料供应的瓶颈。
为了避免“与人争粮、与粮争地”，2007年9月，国家发改委发布《关于促进玉米深加工健康发展的指导意见》指出，“十一五”期间我国原则上不再核准新建玉米深加工项目，要求各地立即停止备案玉米深加工项目，而且对在建、拟建项目进行全面清理，对已备案尚未建的项目全面叫停，并大力鼓励发展非粮食作物为原料开发生物乙醇。
目前国内数家企业和科研单位都在积极开展纤维素乙醇的研究及产业化尝试。
②生物柴油
我国生物柴油产业化发展起步于本世纪初，随着生物柴油产业日益受到国重视，近年来，我国生物柴油发展较快。
根据《液态生物质燃料发展的社会经济影响分析》统计，2007年全已建成的万吨级生物柴油生产企业大约20家，年生产量约30多万吨，主要原材料为油料作物、油料林木果实及各种植物油、废弃油。
③生物质裂解油
目前，我国在生物质裂解油方面也取得了一些进展，但仍未达到大规模产业化的阶段。
表2我国生物质能源上市公司及股票
分类
介绍
相关企业和股票
直接燃烧
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
华西能源（002630）
华光股份（600475）：
垃圾焚烧炉制造。
燃控科技（300152）：
无烟点火、特种燃烧技术和设备的提供者。
盛运股份（300090）：
焚烧炉设备。
生物质气化
生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。
它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。
生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途。
迪森股份（300335）
液体生物燃料
由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。
生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。
生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。
它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。
龙力生物（002604）
中粮生化（000930）
海南椰岛（600238）
广东甘化（000756）
华资实业（600191）
生物丁醇的蒸汽压力低，与汽油混合时对杂质水的宽容度大，而且腐蚀性较小，与现有的生物燃料相比，能够与汽油达到更高的混合比
威远生化（600803）：
甲醇、二甲醚。
北大荒（600598）：
拥有甲醇项目
生物柴油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工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
国际实业（000159）
沼气
沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）并且在适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。
沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。
沼气的传统利用和综合利用技术：
通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，建立起以农业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。
华帝股份（002035）
沼气发电技术：
沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。
ST民和（002234）
沼气燃料电池技术：
用沼气（主要成分为CH4）作为燃料的电池，与氧化剂O2反应生成CO2和H2O.反应中得失电子就可产生电流从而发电。
生物制氢
生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
但将其他物质转化为氢并不容易。
生物质发电技术
生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术，主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。
燃烧发电：
直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。
长青集团（002616）
凯迪电力（000939）
韶能股份（000601）
泰达股份（000652）
东湖高新（600133）
哈投股份（600864）
华电国际（600027）：
涉足生物质能运营，即发电运营
混合发电：
生物质还可以与煤混合作为燃料发电，称为生物质混合燃烧发电技术。
混合燃烧方式主要有两种。
一种是生物质直接与煤混合后投入燃烧，该方式对于燃料处理和燃烧设备要求较高，不是所有燃煤发电厂都能采用；
一种是生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧，这种混合燃烧系统中燃烧，产生的蒸汽一同送入汽轮机发电机组。
垃圾发电：
垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，垃圾焚烧发电是利用垃圾在焚烧锅炉中燃烧放出的热量将水加热获得过热蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。
原电池
通过化学反应时电子的转移制成原电池，产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。
三．生物质燃料的利用技术
生物质燃料按其存在状态可分为：
固体生物质燃料、液体生物质燃料和气体生物质燃料，下面将从这三个方面对生物质燃料的利用技术进行介绍。
图1生物质能利用途径图
3.1固体生物质燃料
3.1.1直接燃烧
直接燃烧所耗用的生物质能源主要是农作物秸秆和薪柴。
在牧区也燃用少量的牲畜粪便。
该方法燃料利用效率低，为5%～15%,使得生物质燃料被认为是“贫穷燃料”，节能炉灶的推广将效率提高到了25%～30%。
垃圾焚烧技术属于直接燃烧，目前主要的燃烧方式是改进后的链条炉排和马丁炉排等，循环流化床垃圾锅炉等新技术的方式正处在发展阶段,德国、法国、美国等国家在垃圾的能源利用方面处于领先地位。
3.1.1.1燃烧技术
即利用燃烧设备（锅炉和炉灶）直接燃烧生物质燃料。
炉灶燃烧的优点是操作简单，投资小，但燃烧效率低10％～25％）、规模小，对生物质资源利用产生极大浪费。
锅炉燃烧可以通过使用先进的锅炉技术和燃烧技术，实现生物质的大规模高效燃烧，但投资大和操作复杂。
锅炉燃烧主要包括层燃技术和流化床燃烧。
（1）层燃技术。
适于燃烧含水率较高和粒径不匀的生物质燃料，一般额定功率不高于20MW，广泛应用于各个行业，采用的锅炉主要有往复推饲炉排炉和链条炉。
在国外，丹麦ELSAM公司改造出具有耐磨损、耐腐蚀和燃烧效率高等特点的Ben-son型锅炉；
国内，田宜水等研究设计双燃烧室结构的秸秆直燃热水锅炉，翟学民研制出闭式炉膛结构的甘蔗渣锅炉。
（2）流化床技术。
具有热容大、燃烧效率高、传热传质性好、有害气体排放少等优势，主要用于燃烧水分大和热值低的生物质燃料。
在国外，美国的CE公司成功研制出大型燃废木循环流化床发电锅炉；
瑞典研制的大型流化床锅炉，热效率可达到80%；
芬兰在Kelionlahti市建造的泥煤与生物质混烧流化床锅炉，燃料为泥煤和碎木屑。
该锅炉容量为200MW电功率，热功率为240WM，向Jvvaskv-lan市供热。
3.1.2固化成型
固化成型技术，可将低品位生物质转化为便于储存、运输和利用的高品位生物质燃料。
在固化成型的过程中往往需要加入粘结剂来增加其表观密度和抗破损能力。
生物质制品的主要原料为农林类废弃物，如秸秆、木屑和玉米芯等。
3.1.2.1成型技术
目前普遍使用的固体生物质燃料生产技术工艺流程如图2所示。
首先需对生物原材料进行收集处理，去除水分多、灰分高、污染高、热值低和不易燃烧的生物原材料后进行干燥处理，使其既便于燃烧也便于运输和成型处理；
然后进行粉碎和压缩处理，在压缩的过程中
一般需加入黏结剂，也可在这一过程中加入助燃剂，若黏结剂与助燃剂两者合二为一效果更佳；
最后形成便于燃烧、运输和存储的固体生物质燃料。
图2固体生物质燃料生产流程
固体生物质燃料生产技术按生产条件的不同，可分为常温湿压成型、热压成型、冷压成型和炭化成型技术。
常温湿压成型技术指将纤维素原料置于常温下浸泡水解处理，使纤维软化、皱裂、湿润、水解后压缩成型。
该技术设备简单，操作简便，但部件磨损较快，烘干成本高昂，燃烧特性较差，不利于推广使用。
热压成型技术根据加热部位分为非预热成型技术与预热成型技术。
非预热成型技术只对成型部位进行加热，而预热成型技术不仅对成型部位加热，而且在原料进入成型机之前也需加热。
预热成型技术通过减低成型压力，使成型部件寿命大幅提高。
冷压成型技术指在常温下将生物质颗粒高压挤压成型。
该技术需要很大的成型压力，可在压缩过程中添加一定量粘结剂降低挤压压力。
炭化成型技术根据炭化阶段的先后可分为先炭化后成型与先成型后炭化。
该技术将生物质原料炭化成粉末状木炭后，添加一
定量粘结剂，用压缩成型机压成一定规格与形状的成品木炭。
该技术可有效减低成型部件磨损及挤压过程中的能量消耗，但不利于贮存运输。
图3生物质固体颗粒燃料
3.1.2.2燃烧技术
成型生物质燃料因具有体积小、密度大、储运方便、燃料致密、无碎屑飞扬、燃烧持续稳定、燃烧效率高、燃烧后的灰渣和烟气中污染物含量小等优势，受到越来越多的研究和应用。
另外，由于生物质成型燃料燃烧设备生产技术成熟，推动了固体生物质燃料燃烧技术在各领域中的普遍使用。
成型生物质燃料燃烧研究在国内虽然取得了一定的成果，但技术远落后于国外，因此，开发具有我国自主知识产权和符合我国国情的成型生物质燃料燃烧技术是我国未来发展的一个目标。
3.1.3与煤混燃（生物煤）
由于成型生物质燃料热值低、水分多、易受季节及区域影响，较难满足连续稳定燃烧与供应要求，而煤是一种非再生的、不清洁的能源。
将煤与生物质混合燃烧不仅可以克服各自的缺陷，而且对原有的燃烧设备改变不大。
低品位的煤炭和农林产业废弃物（3∶1左右配
比）制成的复合固体燃料,被称为生物煤。
煤炭、农林产业废弃物（生物质）通过干燥、粉碎,连同脱硫固化剂（消石灰）同时加入混合搅拌机,接着送入辊式压力机连续制压成型。
脱硫剂的加入使燃烧灰固定了大部分的硫磺,生物质又提高了煤炭的燃尽性。
国外，生物质与煤混合燃烧技术已进入商业示范阶段，美国和欧盟等发达国家已建成一定数量生物质与煤混合燃烧发电示范工程，电站装机容量通常在50～700MW，少数系统在5～50MW，燃料包括农作物秸秆、废木材、城市同体废物以及淤泥等。
国内，对生物质与煤混合燃烧的研究
较多，但大部分都停留在生物质与煤燃烧的排放特性上，而对先进设备与技术研究相对滞后。
3.2液体生物质燃料
液体生物质燃料因具有资源丰富、价格低廉、可再生、零排放等优势而作为石油替代燃料最为理想，受到越来越多人的青睐。
液体生物质燃料主要包括燃料乙醇和生物柴油，其中燃料乙醇是被看好的石油替代燃料。
3.2.1燃料乙醇
20世纪初叶，燃料乙醇因石油可大规模、低成本开发而被淘汰，而如今，因燃料乙醇具有低廉、安全、环保、清洁和可再生等优点而作为最佳石油替代燃料，被越来越多的人关注。
国外，燃料乙醇在燃料市场中所占的比例逐年增加，巴西的乙醇出口量由2005年的24.3亿升增加到2010年的80亿升；
2001-2006年，美国燃料乙醇产业为联邦政府增加税收19亿美元，减少石油进口1.7亿桶、减少外汇支出87亿美元；
2010年，美国环保署宣布同
意将美国汽油中的乙醇含量上限由目前10%提高到15%，但只推荐2007年以后生产的汽车使用。
我国在这方面也取得了令人瞩目的成就，自2001年宣布推广车用乙醇汽油以来，2005年底，成为世界第三大燃料乙醇生产国，2007年仅汽油添加燃料乙醇就达到550万吨。
3.2.1.1生产技术
燃料乙醇的乙醇含量一般为99.5％以上，高于无水乙醇（95％），生产过程对脱水处理要求更加严格，其脱水方法主要有萃取精馏法、共沸精馏法、吸附分离法和离子交换树脂法等。
目前燃料乙醇的生产成本较高，主要包括原料成本和能耗成本，因此，如何降低成本提高其在燃料市场中的竞争力成为该领域的研究热点。
图4利用木薯等淀粉质原料生产乙醇的工艺流程图
3.2.1.2应用领域
作为最佳石油替代燃料的燃料乙醇，其应用领域十分广泛，可应用于工业、农业和交通运输行业等。
随着各国碳排放体系的建立，燃料乙醇迎来了更加光明的前景，特别是在航空运输行业，通过使用燃料乙醇可以减少大量的碳税，降低成本，提高竞争力。
3.2.2生物柴油
生物柴油是利用动植物油脂生产出来的一种分子量与柴油接近的长链脂肪酸单烷基酯，具有十六烷值高、润滑性好、无毒、VOC低、高闪点和可生物降解等优点，可被用来替代柴油和作为化工产品原料使用。
国外，生物柴油已经被广泛使用，2003年德国耕地面积为1180万公顷，其中90万公顷种植了能源植物，2005年已拥有1800多个生物柴油加油站；
美国生物柴油的产量自2000年起快速增长，预计到2015年产量将达650万吨。
近年来我
国生物柴油发展迅速，并取得令人瞩目的成就，但因其原料短缺、成本较高、政策扶持不到位而频频受阻。
表3为世界部分国家生物柴油发展目标及主要原材料，由表3可见，各国对未来生物柴油的发展非常重视，并制定了详细的目标。
表3部分国家生物柴油发展目标及主要原材料
3.2.2.1生产技术
生物柴油生产技术主要有直接混合法、微乳化法、高温热裂解法、酯交换法、酶催化法。
其中直接混合法和微乳化法属于物理方法，高温热裂解法、酶催化法和酯交换法属于化学
法。
表4罗列了4种主要生产技术的优缺点，由表可知，各技术所需原料不尽相同，优缺点也不相同。
目前，制备生物柴油最多的方法是酯交换法，酯交换法以甘油三酸酯与甲醇在碱催化下通过酯交换制得。
该方法具有原料广泛、工艺简单、产品性质稳定等特点而广泛使用。
同时，也存在一些不足，如生产过程中会产生大量碱性废水、催化剂不易分离回收、设备腐蚀严重而制约其进一步发展。
表4生物柴油各
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