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生物质能源应用技术研究开发 摘要: 生物质能是人类用火以来，最早直接应用的能源。生物质能的应用技术开发，旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工的加工方法，使之成为高品位的能源，提高使用热效率，减少化石能源使用量，保护环境，走可持续发展的道路。本文从生物质能源应用技术的研究现状展开，并且对生物质能源的应用发展方向进行了描述。 正文: 随着人类文明的发展，生物质能的应用研究开发几经波折，最终人们深刻认识到，石油、煤、天然气等化石能源的有限性，同时无节制地使用化石能源，大量增加CO

2、粉尘、SO2等废弃物的排放，污染了环境，给人类赖以生存的星球，造成十分严重的后果。而使用大自然馈赠的生物质能源，几乎不产生污染，资源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环境的重要作用，是理想的可再生能源之一。生物质能(biomass energy )，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。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，是唯一一种可再生的碳源。 七十年代，由于中东战争引发的能源危机以来，生物质的开发利用研究，进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰等发达国家，以及印度、菲律宾巴西等发展国家都分别修定了各自的能源，投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。 生物质能应用技术的研究开发现状

1、国外研究开发简介 在发达国家中，生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。 生物质能气化是在高温条件下，利用部份氧化法，使有机物转化成可燃气体的过程。产生的气体可直接作为燃料，用于发动机、锅炉、民用炉灶等场合。气化技术应用在二战期间达到高峰。随着人们对生物质能源开发利用的关注，对气化技术应用研究重又引起人们的重视。目前研究主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划，目前已有容量为1000~2000kw的80~90个区域供热站，年供应10×109MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel,BarryA.申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，26是生物质。 美国在利用生物质能方面，处于世界领先地位，据报道，目前美国有350多座生物质发电站，主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂，这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW，提供了大约66000个工作岗位，根据有关科学家预测，到2010年，生物质发 电将达到13000MW装机容量，届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料，同时，可按排170000个以上的就业人员，对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。 流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、单位截面积气化强度大。反应温度较固定床低等优点，从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等，建立了一个中试规模的流化床系统，气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作。Hawaii大学建立了处理生物质量为100T/d的工化压力气化系统，1997年已经完成了设计，建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置，其生产能力达200T/d，发电能力为50MW。目前已进入正常运行阶段。 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。目前，已开发的技术有:林产品加工厂的废料(如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等)的专用燃烧蒸汽锅炉，国外造纸厂几乎都有专门的设备，用来处理废弃物。由于生物质形状各异，堆积密度小较松散，给运输和贮存以及使用带来了较大困难，影响生物质的使用。因此，从四十年代开始了生物质的成型技术研究开发。现已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有三大类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制得园柱块状成型技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。美国颗粒成型燃料年产量达80万吨。 成型燃料应用于二个方面:其一:进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料;其次是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大等国家，开发了专用炉灶。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉。 将生物质能进行正常化学加工，制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等;是一个热门的研究领域。利用生物发酵或酸水解技术，在一定条件下，将生物质转化加工成乙醇，供汽车和其它工业使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上产量为17万吨。比利时每年用甘蔗为原料，制取乙醇量达

3、2万吨以上，美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450万吨乙醇，计划到2010年，可再生的生物质可提供约5300万吨乙醇。 生物质能的另一种液化转换技术，是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中，添加催化剂或无催化剂，经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作，液化油的发热量达

3、5×104KJ/kg左右，用木质原料液化的得率为绝干原料的50以上。欧盟组织资助了三个项目，以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，已经完成100kg/hr的试验规模，并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70，液化油低热值为

1、7×104KJ/kg。 生物质能催化气化研究，旨在降低气化反应活化能，改变生物质热处理过程，分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体，增加煤气产量，提高气体热解;同时降低气化温度，提高气化速度和调整生物质气体组成，以便进一步加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国家科研人员在催化气化方面已经作了大量的研究开发，研究范围涉及到催化剂的选择，气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面，并且已经在工业生产装置中得到了应用。

2、国内研究开发 我国生物质能的应用技术研究，从八十年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在气化、固化、热解和液化开展研究开发工作。 生物质气化技术的研究在我国发展较快，应用于集中供气、供热、发电方面。中国林科 院林产化学工业研究所，从八十年代开始研究开发了集中供热、供气的上吸式气化炉，并且先后在黑龙江、福建得到工业化应用，气化炉的最大生产能力达

6、3×106kJ/hr。建成了用枝桠材削片处理，气化制取民用煤气，供居民使用的气化系统。最近在江苏省又研究开发以稻草、麦草为原料，应用内循环流化床气化系统，产生接近中热值的煤气，供乡镇居民使用的集中供气系统，气体热值约8000KJ/NM3。气化热效率达70/以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉。主要用于秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用，并已形成产业化规模。广州能源所开发的以木屑和木粉为原料，应用外循环流化床气化技术，制取木煤气作为干燥热源和发电，并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。另外北京农机院、浙江大学等单位也先后开展了生物质气化技术的研究开发工作。 我国生物质的固化技术在八十年代中期开始，现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂，用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种，单头机生产能力为120Kg/hr，双头机生产能力达200Kg/hr。1990年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作，研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机，1998年又与江苏正昌集团合作，共同开发了内压滚筒式颗粒成型机，机器生产能力为250~300kg/hr，生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司，从美国引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国内消化吸收，现已形成生产规模。 生物发酵制气技术，在我国已经形成工业化，技术亦趋成熟，利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。 沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置，研究开发液化油的技术，和利用发酵技术制取乙醇试验。另外，中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究，但尚未达到工业化生产。 我国生物质能应用技术的展望 生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40来自生物质能，我国农村能源的70是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。 目前，我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员，已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系，对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究，完成一批具有较高水平的研究成果，部分技术已形成产业化，为今后进一步研究开发，打下了良好的基础。 从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看，本人认为我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。

1、高效直接燃烧技术和设备 我国有12亿多人口，绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料，是农村居民的主要能源，开发研究高效的燃烧炉，提高使用热效率，仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起，不仅带动农村经济的发展，而且加速化石能源，尤其是煤的消费，因此开发改造乡镇企业用煤设备(如锅炉等)，用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后，加工成型为定型的燃料，结合专用技术和设备的开发，在我国将会有较大的 市场前景，家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料，推广应用工作，将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。

2、集约化综合开发利用 生物质能尤其是薪材不仅是很好的能源，而且可以用来制造出木炭、活性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建设，为工业化综合开发利用木质能源提供了丰富的原料。由于我国经济不断发展，促进了农村分散居民逐步向城镇集中，为集中供气，提高用能效率提供了现实的可能性。将来应根据集中居住人口的多少，建立能源工厂，把生物质能进行化学转换，产生的气体收集净化后，输送到居民家中作燃料，提高使用热效率和居民生活水平。这种生物质能的集约化综合开发利用，既可以解决居民用能问题，又可通过工厂的化工产品生产创造良好的经济效益，也为农村剩余劳动力提供就业机会。因此，从生态环境和能源利用角度出发，建立能源材基地，实施“林能”结合工程，是切实可行的发展方向。 谢谢。。。。。

3、什么是“非浸出”食用油

压榨和浸出两种方式，是物理和化学方法区别。 目前浸出式取油是绝大多数食用油采用的方法，而压榨食用油只是集中在少数中高端的小包装油上面。 整体而言，压榨的方式较之浸出式更为绿色健康一些，但是现在很多食用油厂商的压榨油，最后还是要采取浸出工艺来完成除磷、去除黄曲霉素等必要环节。国内完全物理方式的，好像只有鲁花一家。胡姬花不太清楚。 当然，摄取哪一种食用油对于消费者而言，只要是符合国家标准的，就没有问题。 经过整理，介绍一下两种方式： 浸出式 浸出法取油是应用固-液萃取的原理,选用某种能够溶解油脂的有机溶剂,经过对油料的喷淋和浸泡作用,使油料中的油脂被萃取出来的一种取油方法。 浸出法取油的基本过程是把油料料坯、预榨饼或膨化料胚浸于选定的溶剂中,使油脂溶解在溶剂中形成混合油,然后将混合油与浸出后的固体粕分离。对混合油进行蒸发和汽提,使溶剂汽化与油脂分离,从而获得浸出毛油。浸出后的固体粕含有一定量的溶剂,经蒸脱处理后得到成品粕。从湿粕蒸脱、混合油蒸发和汽提及其他设备排出的溶剂蒸气需经过冷凝、矿物油吸收等方法进行回收,回收的溶剂循环使用。 浸出法取油的优点是：出油效率高,粕残油低（1%以下）,粕的质量好；生产过程可以控制在较低温度下进行,得到蛋白质变性程度很小的粕,以利于油料蛋白的提取和利用；容易实现大规模和自动化生产；因其封闭性生产且温度低，生产环境较压榨法好；动力消耗较压榨法小。但油脂浸出所用溶剂大多易燃易爆,且溶剂蒸汽具有一定的毒性, 故生产过程中存在一定的危险性。此外, 由于浸出毛油中残留溶剂（一般小于500ppm）,故其质量较压榨毛油差，不能直接食用。然而,这些缺点可以依靠改进工艺、发展适宜的溶剂、完善生产管理来克服。因此,浸出法取油在国内外得到广泛的应用。 压榨的物理方式介绍 压榨法取油的历史可以追朔到五千多年前的中国、埃及、印度等古老国家。原始的压榨机有杠杆榨、楔式榨、人力螺旋榨等。1795年勃拉马氏水压机的发明，使液压榨油机在19世纪初（1818～1824年）开始应用于对油料压榨取油。1895年我国在辽宁营口建造了第一座水压机榨油厂。1900年Valerius D.Anderson 发明了连续式的螺旋榨油机（商品名称为Expeller）。从此至今，连续式螺旋榨油机成为压榨法取油的主要设备。目前，Anderson国际有限公司和French油脂设备公司是美国两家处于领先地位的连续螺旋榨油机的制造厂家，而德国的Krupp公司和英国的De Smet Rosedown公司则是欧洲居领导地位的制造厂家。我国最早生产螺旋榨油机的设备厂家是湖北安陆粮机厂（原东方红粮机厂）。 一、压榨法取油的基本原理 (一)压榨过程 压榨取油的过程，就是借助机械外力的作用，将油脂从榨料中挤压出来的过程。在压榨过程中，主要发生的是物理变化,如物料变形、油脂分离、摩擦发热、水分蒸发等。但由于温度、水分、微生物等的影响,同时也会产生某些生物化学方面的变化,如蛋白质变性、酶的钝化和破坏、某些物质的结合等。压榨时，榨料粒子在压力作用下内外表面相互挤紧，致使其液体部分和凝胶部分分别产生两个不同过程,即油脂从榨料空隙中被挤压出来及榨料粒子变形形成坚硬的油饼。油脂的榨出过程见简图2-4所示。

1、油脂与凝胶部分分离的过程 在压榨的主要阶段,受压油脂可近似看作遵循粘液流体的流体动力学原理，即油脂的榨出可以看成变形了的多孔介质中不可压缩液体的运动。因此，油脂流动的平均速度主要取决于孔隙中液层内部的摩擦作用（粘度）和推动力（压力）的大小。同时，液层厚薄（孔隙大小和数量）以及油路长短也是影响这一阶段排油速度的重要因素。一般来说，油脂粘度愈小、压力愈大则从孔隙中流出愈快。同时，流油路程愈长、孔隙愈小则会降低流速而使压榨进行的愈慢。 在强力压榨下,榨料粒子表面挤紧到最后阶段必然会产生这样的极限情况,即在挤紧的表面上最终留下单分子油层，或近似单分子的多分子油层。这一油层由于受到表面巨大分子力场的作用而完全结合在表面之间，它已不再遵循一般流体动力学规律而流动，也不可能再从表面间的空隙中压榨出来。此时，油脂分子可能呈定向状态的一层极薄的吸附膜。当然，这些油膜在个别地方也会破裂而使该部分直接接触以致相互结合。由此可知，压榨终了使榨料粒子间压成油膜状紧密程度时，其含油量是十分低的。实际上，饼中残留的油脂量与保留在粒子表面的单分子油层相比要高得多。这是因为粒子的内外表面并非全部挤紧，同时个别榨料粒子表面直接接触，使一部分油脂残留在被封闭的油路中所致。

2、油饼的形成过程 在压力作用下,榨料粒子间随着油脂的排出而不断挤紧,直接接触的榨料粒子相互间产生压力而造成榨料的塑性变形,尤其在油膜破裂处将会相互结成一体。这样,在压榨终了时,榨料已不再是松散体而开始形成一种完整的可塑体,称为油饼。应注意,油饼并非是全部粒子都结合,而是一种不完全结合的具有大量孔隙的凝胶多孔体。即粒子除了部分发生结合作用而形成饼的连续凝胶骨架以外，在粒子之间或结合成的粒子组之间仍然留有许多孔隙。这些孔隙一部分很可能是互不连接而封闭了油路,而另一部分则相互连接形成通道,仍有可能继续进行压榨取油。可见，饼中残留的油脂，是由油路封闭而包容在孔隙内的油脂和粒子内外表面结合的油脂以及未被破坏的油料细胞内残留的油脂所组成。必须指出，实际的压榨过程由于压力分布不均、流油速度不一致等因素，必然会形成压榨后饼中残留油分分布的不一致性。同时不可忽视，在压榨过程尤其是最后阶段，由于磨擦发热或其它因素，将造成排出油脂中含有一定量的气体混合物，其中主要是水蒸气。因此，实际的压榨取油过程应包括：在变形多孔介质中液体油脂的榨出和水蒸气与液体油脂混合物的榨出两种情况。 (二) 影响压榨取油效果的主要因素 压榨取油效果决定于许多因素，主要包括榨料结构和压榨条件两大方面。此外，榨油设备结构及其选型在某种程度上也将影响出油效果。

1、榨料结构的影响 榨料结构指榨料的机械结构和内外结构两方面。榨料的结构性质主要取决于预处理（主要是蒸炒）的好坏以及油料本身的成分。 (1) 对榨料结构的一般要求。要求榨料颗粒大小应适当并一致，榨料内外结构的一致性好，榨料中完整细胞的数量愈少愈好，榨料容重在不影响内外结构的前提下愈大愈好。要求榨料中油脂粘度与表面张力尽量要低，榨料粒子具有足够的可塑性。 (2) 影响榨料结构性质的因素。在诸多的榨料结构性质中，榨料的机械性质特别是可塑性对压榨取油效果的影响最大。榨料在含油、含壳及其他条件大致相同的情况下，其可塑性主要受水份、温度以及蛋白质变性的影响。 一般来说，随着榨料水分含量的增加，其可塑性也逐渐增加。当水分达到某一点时，压榨出油情况最佳，这时的水分含量称之为“最优水分”或临界水分。对于某一种榨料，在一定条件下，都有一个较狭窄的最优水分范围。当然，最优水分范围同时与其他因素，首先是温度、蛋白质变性程度密切相关。 一般来说，榨料加热可塑性提高，榨料冷却则可塑性降低。榨料温度不仅影响其可塑性和出油效果的好坏，还影响油和饼的质量。因此，温度也存在“最优范围”。 蛋白质过度变性会使榨料塑性降低，从而提高榨机的必需工作压力。如蒸炒过度会使料胚朝着变硬的方向发展，压榨时对榨膛压力和出油及成饼都产生影响。然而蛋白质变性是压榨法取油所必需的，因为榨料中蛋白质变性充分与否，衡量着油料内胶体结构破坏的程度，也影响到压榨出油的效果。图2-5显示出压榨饼中蛋白质变性程度与饼残油的关系。但需要注意，压榨时由于温度和压力的联合作用，会使蛋白质继续变性，如压榨前蛋白质变性程度约为7

4、4～7

7、03%，经过压榨可达到9

1、75～93%。，总之，蛋白质变性程度适当才能保证好的压榨取油效果。 实际上，榨料性质是由水分、温度、含油率、蛋白质变性等因素的相互配合体现出来的。然而，在通常的生产中，往往仅注意水分和温度的影响。榨料水分与温度的配合是水分愈低则所需温度愈高。在要求残油率较低的情况下，榨料的合理低水分和高温是必需的。但榨料温度过高而超过某一限度（如130℃）是不允许的。此外，不同的预处理过程可能得到相同的入榨水分和温度，但蛋白质变性程度则大不一样。

2、压榨条件的影响 除榨料本身结构条件以外，压榨条件如压力、时间、温度、料层厚度、排油阻力等是提高出油效果的决定因素。 (1) 压榨过程的压力。压榨法取油的本质在于对榨料施加压力取出油脂。然而，压力大小、榨料受压状态、施压速度以及变化规律等对压榨效果产生不同影响。 ① 压力大小与榨料压缩的关系。压榨过程中榨料的压缩，主要是由于榨料受压后固体内外表面的挤紧和油脂被榨出造成的。同时，水分的蒸发、排出液体中带走饼屑、凝胶体受压后凝结以及某些化学转化使密度改变等因素也造成榨料体积收缩。压榨时所施压力愈高，粒子塑性变形的程度就愈大，油脂榨出也愈完全。然而，在某一定压力条件下，某种榨料的压缩总有一个限度，此时即使压力增加至极大值而其压缩亦微乎其微，因此被称为不可压缩体。此不可压缩开始点的压力，称为“极限压力”（或临界压力）。