生物质能利用技术：概述与优化

生物质能转化技术主要包括热化学法、生化法、化学法和物理化学法等（见图1-9）。生物质能可转化为热量或电力、固体燃料（木炭或成型燃料）、液体燃料（生物柴油、生物油、甲醇、乙醇和植物油等）和气体燃料（氢气、生物质燃气和沼气等）。

图1-9　生物质能主要转化技术

生物质燃烧技术是传统的能源转化技术。生物质燃烧所产生的能量可应用于炊事、室内取暖、工业过程、区域供暖、发电及热电联产等领域。炊事方式是最原始的利用方式，主要应用于农村地区，效率最低，一般在15%～20%。人们通过改进现有炉灶，以提高燃烧效率及热利用率。室内取暖主要应用于室内加温，此外还有装饰及调节室内气氛等作用。工业过程和区域供暖主要采用机械燃烧方式，适用于大规模生物质利用，效率较高；配以汽轮机、蒸汽机、燃气轮机或斯特林发动机等设备，可用于发电及热电联产。

物理化学法中的压缩成型是指利用木质素充当黏合剂将农业和林业生产的废弃物压缩为成型燃料，提高其能源密度，是生物质预处理的一种方式。生物质压缩成型的设备一般分为辊挤压成型设备、螺旋挤压式设备和活塞冲压式设备。将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成固体燃料，其能源密度相当于中等烟煤，可明显改善燃烧特性。生物质成型燃料应用在林业资源丰富的地区、木材加工业、农作物秸秆资源量大的区域和活性炭生产行业等。(www.xing528.com)

热化学法包括热解、气化和直接液化。热解是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转化为低分子物质的热化学反应。热解的产物包括醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品。其中，快速热解是一种尽可能获得液体燃料的热解方法，其产物在常温下具有一定的稳定性，在存储、运输和热利用等方面具有一定的优势。气化是以氧气（空气、富氧气体或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂，在高温的条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气（主要为一氧化碳、氢气和甲烷等）的热化学反应。气化可将生物质转换为高品质的气态燃料，可直接作为锅炉燃料或应用于发电，产生所需的热量或电力，或作为合成气进行间接液化以生产甲醇、二甲醚等液体燃料或化工产品。

液化是通过一系列化学加工过程把固体生物质转化成液体燃料的清洁利用技术。根据化学加工过程中的不同技术路线，液化可分为直接液化和间接液化。直接液化是使固体生物质在高压和一定温度下与氢气发生反应（加氢反应），将其直接转化为液体燃料的热化学反应过程。与热解相比，直接液化可以生产出物理稳定性和化学稳定性都更好的液体产品。间接液化是指将由生物质气化得到的合成气（CO+H2），经催化合成为液体燃料（甲醇、二甲醚等）。合成气是指由不同比例的CO和H2组成的气体混合物。生产合成气的原料包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材、农作物秸秆及城市固体废物等。生物质间接液化主要有两个技术路线，一个是美孚公司的合成气—甲醇—汽油工艺，另一个是费-托合成工艺。

生化法是依靠微生物或酶的作用，对生物质进行生物转化，生产出如乙醇、氢气、甲烷等液体或气体燃料。该方法主要用于处理农业生产和加工过程中产生的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其他农业废弃物等。

化学法中的酯化是指将植物油与甲醇或乙醇在催化剂和230～250℃温度下进行酯化反应，生成生物柴油，并获得副产物——甘油。生物柴油可单独使用以替代柴油，又可以一定比例（2%～30%）与柴油混合使用。生物柴油除了为公交车、卡车等柴油机车提供替代燃料外，又可为海洋运输业、采矿业、发电厂等行业中利用非移动式内燃机的装备提供燃料。