热解生物油在清洁能源中的应用前景

罗烨 梁钟璇

（贵州省遵义市环境保护监测中心站 贵州遵义 563300）

近年来，伴随着石油能源的逐渐枯竭，爆发了石油危机，导致全球油价飙升。石油产品在其生产和使用过程中对人类以及整个全球环境造成了巨大的危害。能源问题已成为我国社会可持续发展的核心问题，开发利用新能源与可再生能源已刻不容缓。利用储量巨大的生物质能发展可再生的清洁型生物燃料可以帮助缓解能源危机，同时可以扭转由于化石燃料的大量使用而造成的全球环境日益恶化的趋势。利用农业林业残余物和生活生产废弃物热解生产的生物油，作为一种新型的可再生能源，有着巨大的应用前景，另外，生物油还可以作为生产化工产品的原料。

1 生物油应用

热解生物油是指由生物质在无氧或缺氧的环境下热解产生的热解气经冷凝而得到的一种深棕色粘稠的、显酸性、具有刺激性气味的油状液体。热解生物油是含氧量极高的复杂混合物，几乎包括所有的含氧有机物，含有大量的水、酚类、酯类、酮类、醛类、酸类等。热解生物油的化学组成不仅与原料种类密切相关，而且还与热解条件有关。生物油热解方式一般按加热速率的快慢可以分为快速热解法和慢速热解法。两种热解方式所需要的仪器设备不同。

生物油是一种具有潜在的大规模商业应用前景的产品，热解生物油不仅可以作为燃料物质，而且还是一种重要的化工原料。

1.1 作为能源燃料

1.1.1 燃烧供热

生物油中含有大量含氧化合物和水，使其热值比化石燃料油要低，但是燃烧火焰测试表明快速热解所得生物油可以代替重油和轻质油在工业锅炉中应用。由于生物质油含水量高，不易点燃，所以点火时需要辅助燃料引燃；生物质油的粘度较高，燃料输送系统和喷雾燃烧器也需要进行改造；另外也可以采用添加甲醇的方法改善生物质油的燃烧特性。美国可再生能源实验室NREL在工业锅炉上进行了生物质油的燃烧测试。测试结果表明，较小容量的工业锅炉经一定改造后可以稳定地燃烧生物质油，而且采用一定措施后CO和NOx的排放量能够控制在规定的范围内；但如果不采取热蒸汽过滤等措施降低生物质油中固体杂质的含量，颗粒物的排放量将是燃轻质油的两倍。

1.1.2 燃烧发电

与供热相比，用生物油发电具有更高的经济价值，而且易销售、经营和运作。为了实现生物油发电，需要对生物油进行改性提质和柴油机、燃气轮机的改进。德国Rostock大学Strenziok等利用输出功率为75kW的小型商业燃气轮机T216燃烧生物油。发现在双燃料模式下燃气轮机输出功率为最大输出功率的73%，其中40%由生物油产生，60%由柴油产生。与燃烧柴油相比双燃料模式下产生的CO和碳氢化合物排放物增加，而NOx减少，且燃气轮机的燃烧室和叶片会积炭。

目前，生物油在柴油机和燃气轮机中的应用还是小规模的，且存在着设备腐蚀性和生物油结焦等问题。生物油发电大规模的商业应用还需要解决很多问题，如对燃料泵、衬里和发动机的燃烧喷射系统进行改进，而且要求发电机具有耐腐蚀能力。

1.1.3 交通运输燃料

对生物质热解油进行催化和品位升级处理，获得高品质生物汽油和生物柴油，可同化石燃料一样直接用于汽车等运载工具。并且生物油含硫量很低，不会造成酸雨，其它排放物均在可接受范围内，是一种环保型的燃料油。加拿大Dynamotive技术能源系统公司于2009年6月29日公布改质的生物油试样蒸馏分析结果，确认其为汽油、喷气燃料、柴油和减压瓦斯油馏分，拥有开发合成烃类车用燃料的潜力。其内部独立测试分析结果表明，改质的生物油(UBB)为类似于原油馏分的组分混合物，总的氧含量(w)小于0.1%，热值约为45 MJ/kg，其主要成分为C4-C30的烷烃、烯烃和芳烃。

生物油作为交通燃料代替有限的化石燃料是需要对生物油进行深度的提质改性，如增加其热值、降低粘度、去处其中的酸性物质和残炭物质等。另外还需要对各种运载工具的燃机进行改进。

1.2 作为化工原料

1.2.1 提炼化学产品

人们已经从生物油中鉴别出了三百多种化合物，主要是木质素、纤维素和半纤维素的热解衍生物，有乙酸、丙酮、左旋葡聚糖、羟基乙醛和羟基丙酮等等。

由于生物油成分十分复杂，从中分离某些特殊化学物质具有可能行，但是还没有实现大规模的生产。最有利用前景的是乙醇醛，是一种快速热解生物油中一种主要组分。乙醇醛是熏烤肉类的木材烟中的活性物质，因而其受到食品调味剂生产企业的青睐。美国Red Arrow Products和RTI公司已经实现了生物油中从分离的乙醇醛。

1.2.2 生产生物油产品

生物油可以直接应用于生产生物油产品——生物石灰，生物石灰是由加拿大Dynamotive技术公司推出的一种高效、低成本的应用于燃煤中SO2/NOx排放控制的新产品。生物石灰是用生物燃油+石灰，在一定的温度和压力条件下制成的一种复杂的有机钙盐类物质。相比于一般以石灰或石灰石作为燃煤脱硫脱氮剂，生物石灰脱硫效率更高：通过调整生物石灰中钙含量和Biolime添加剂的量，可使脱硫率达90%～95%，而且可以清除燃烧中产生的大部分NOx。生物石灰具有一定的热值，燃烧产热，充分利用生物油作为能源燃料的同时，可以降低煤耗10%以上。而且燃烧反应可得到纯度较高的石膏（95%的硫酸钙）。

另外，生物油中含有大量的羰基官能团，可与含氮原料包括氨、尿素、蛋白质等含-NH2的物质反应生成酰亚胺和氨基化合物，这样可以生产含10%氮素的生物油产品，研究表明这种生物油产品可以缓慢的释放其中的氮素，可以作为一种新型的缓释肥。与传统的无机氮肥相比，这种肥料具有很强的抗淋失能力，可以减少对地表水的污染。而且由于含有大量的木质素热解产物，可以增加土壤有机碳含量，并作为一种碳汇体，对于农业和环境都有重要意义。

2 前景展望

生物质热解生物油作为一种新型的清洁能源，在中国有着巨大的发展应用前景。中国是一个农业大国，每年要产生7亿t的秸秆，其中只有1亿t作为饲料，2亿t被就地焚烧，还有4亿t没有被好好利用甚至废弃。另外，每年还有2亿t的林业废弃物未被好好利用并构成火灾隐患。如果能将4亿t农业秸秆和2亿t的林业废物用于生产生物油，按每吨生物质生产0.5t生物油计算，可以得到3亿t的生物油。3亿t生物油的热量值与可与1.2亿t的石油燃料相当。但是目前，由于生物油生产应用技术还不成熟，生物质热解生物油要取得大规模的应用，还需要更多的研究在以下一些方面进行投入：

(1)热解生物油与传统燃料相比还存在这许多缺点，需要对生物油进行精制改性提升生物油的品质，才能使得生物油大规模应用成为可能。

(2)生物质热解技术还有待发展，以尽量增加生物油的产量、品质，并降低生产成本。

(3)生物油在生产、处理、运输和利用过程中产生的环境健康和安全问题需要更多的关注、研究和解决。

(4)需要建立健全整套关于生物油的标准和规范，为生物油的广泛的发展应用提供支持。

(5)需要国家去鼓励和支持生物油的研究、生产和消费。

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