参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2008-10
2008年7月11日
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山东科技大学：生物燃油 收发自如
——山东可再生资源调研访谈纪要之三
编者按：6月11日下午3点，课题组邓英淘、薛玉炜到位于青岛市黄岛区的山东科技大学考察，在校办公楼与学校科研处及化学与环境工程学院进行座谈，科研处处长韩作振教授、副处长韩汝军、化学与环境工程学院院长周仕学教授、田原宇教授、省委政研室苏道年、青岛市委政研室农村处副处长尉黎勇参加。座谈后参观了山东科技大学清洁能源研究中心，重点看了秸秆热解生产生物油的3000吨装置。为方便起见，以下不再注明具体发言人，简称“山东科大”。本文根据录音、笔记、资料整理，未经本人审阅，错误遗漏之处由编者负责。
山东科大：在制取生物油项目中，我们用的是下行反应器，解决生物质热解的问题。在生物质的利用上，特别是在像山东这样的农业大省，我们的理解就是要大量的利用和消化农作物秸秆。因为，一方面现在秸秆的大量焚烧造成污染，目前正处于夏收季节，有的地方在防止秸秆焚烧上采用的方法就像防非典一样，实行包干到户，包村到各个单位；另一方面，现在化石资源越来越缺，石油价格高企，发展生物质能替代化石能源也是一个很有前途的方向。虽然关于我国每年生物质数值有不同的说法，我们按照中间值计算也有15亿吨，其中农作物秸秆在7亿吨左右，而可以作为能源使用的也有3.5亿吨，折合标准煤1.8亿吨，另外林业木材加工废弃物也有3亿吨标准煤，这个数量是很大的。另外，我国还有5700万公顷的宜林荒山、荒地，1亿公顷不适合发展农业的边际土地，这也说明我国发展生物质能的潜力是巨大的。
目前，我国利用农作物秸秆和林业加工废弃物的途径不多，消耗量十分有限，难以从根本上解决问题。发展生物质能可以最大化地解决农作物秸秆的利用问题，产品不存在销路问题，经济效益比较好。农作物秸秆作为能源利用有几个途径，一个途径是直接燃烧发电，这种方法的缺点是能源效率低、污染大，利用秸秆的数量有限，它的原理是用锅炉燃气轮机直接燃烧发电，其效率受蒸汽涡轮机的限制，另外受生物质高含水率因素的影响，所以生物质直接燃烧发电的规模都比较小，其发电效率只有20%到25%；另一个途径是作为沼气原料，这是一个很好的途径，它不仅可以为农村提供能源，而且沼渣、沼液还可以作为肥料，但一般这种方法只能使用玉米秸和麦秸，消耗的秸秆量比较小；第三种途径是利用秸秆气化发电，在我国曾经上了几套秸秆气化发电系统，但由于好多都在亏损，所以基本上都停下来了，主要原因是发电系统要求规模化，但秸秆具有体积大，远距离运输的经济性很差，因此要求集散的半径不能太大，这样就限制了秸秆气化发电的规模；再有一种途径就是秸秆液化，用以生产化工原料或者发电，可以解决秸秆集散、储存和运输问题。
课题组：秸秆液化采用什么样的过程和方法？
山东科大：一般是在隔绝空气下二次加热，通过热化学的方法把秸秆变成粗油，这个反应速度比较快，而且量可以比较大。产油率一般在40%到80%，副产品是焦渣和气体，气体可以在釜中循环，所以整个过程基本上没有污染。
课题组：秸秆液化的产品是粗油，它的主要用途是什么？
山东科大：粗油也可以称为生物原油或生物油。生物油容易储存，方便运输，而且是工业生产中大宗的消耗品，因此生物油的市场需求没有问题。它不仅可以替代传统的燃料油，另外还可以进一步加工做成生物燃料或者更高附加值的产品，如醋酸、溶雪剂等。我们过去搞溶雪剂时，大家觉得没有什么用途，但是今年南方的雪灾以后，大家改变了这种看法。这样可进可退，根据市场需求灵活调整产品结构。
我们认为比较好的生产布局是进行分散热解，在各个小区域，通过小的热解装置进行秸秆热解，热解的油集中起来进行发电。因为秸秆做成油品之后，密度就大的多了，体积小很多，稍长一些距离的运输也就有了经济性，而且，用生物油发电的效率也提高了很多，因为可以用内燃机发电，发电效率可以提高到35%至45%，用这种方式就解决了秸秆发电的规模化问题。
课题组：现在秸秆热解液化过程容易做到工业化生产吗？
山东科大：现在国内外关于秸秆热解液化技术研究的很多，但是在工业化阶段比较困难。生物质热解过程是进行高温处理，加热速度特别快，冷却时间特别短，这个技术是上世纪70年代末开发的，各国都对反应器和工艺进行研究，尤其是欧美国家。欧美国家主要是用生产的液体燃料代替锅炉、发动机等用的燃油，另一个方面是用来生产食品添加剂、树脂等。现在美国建成规模是世界上最大的，它使用循环流化床反应器等生产食品添加剂，并投入商业运行，生产能力可以达到每小时1到2吨，年生产能力达到了万吨级。欧洲各国使用的是另一种流化床反应器，现在在西班牙建成每小时200公斤处理量的试验厂，意大利建成了500公斤、英国建成200公斤的试验装置。
我国在这几年也做了不少工作，最早的是沈阳农业大学在1985年攻关时做了热解试验和理论分析，浙大、化冶所、广州能源所、河北环科院、中国科技大学都在做这方面的工作，尤其是中国科技大学最近的宣传力度也比较大，他们做的是循环流化床的热解试验。另外，山东理工大学做的是等离子热解试验，虽然他们做的试验比较详尽，但我们认为不太现实，因为等离子枪的寿命比较短，100个小时就需要更换，而且在热解过程中是用2万多度的高温进行加热，在经济上不合算。中国科技大学用的是循环流化床和外加热技术，装置的大型化一直没有办法突破。
我们是从上世纪90年代末开始做这项研究，包括技术和设备；2001年开发出了自混合下行式热解流化床技术，并申请了2个专利；2006年我们建起了热解装置及有关设备，这样就完成了实验室研究；2007年建成了产油量3000吨的中试装置，2008年的3月份完成了设备试验，获二项专利。
国外对生物质的热解研究主要集中在反应器上，主要是提高产油量；国内的研究主要方向是控制温度和使用催化剂方面，主要是做实验室的研究，集中在工艺方面。但在热解过程中，反应器是其中的核心技术，因为无论工艺如何先进，如果没有设备作保证，工艺也实现不了。反应器的类型，加热方式在很大程度上决定了产油的分布。
我们这套装置解决的就是设备问题。生物质热解制油，包括油页岩热解制油，以及褐煤热解联产等，都是目前国内亟待解决的问题。实质上上述三类问题可以归结为一类，只要有了好设备，只是使用的原料不同而已。我们认为固体热载体循环快速热解技术是解决这类问题最有可能工业化途径，像加拿大已经建立了200公斤的快速热解商业示范装置。在使用普通流化床反应器的系统中，其油化的过程中会产生大量的细粉，油品中含有这些细粉之后，很难去除；与普通流化床相比较，下行流化床有一个好处，它利用重力下沉，自动分离，解决了细粉问题，而且很容易调节各种比例，可使用不同的原料。我们所做的工作主要是开发了自动分离下行流化床，也做了3000吨的中试装置。
课题组：用你们这个中试装置，产油率能够达到多少？
山东科大：不同的生物质的产油率有些差别，玉米秸秆的产油率为40%、棉秆的产油率为65%、杨木屑的产油率为70%、松木屑的产油率可以达到73%。
课题组：在工业化的过程中，投资和成本是非常重要的因素，你们的设备投资水平和产品成本是一种什么状况？
山东科大：年产2万吨成品的装置，其产品的成本在700元/吨左右，投资额在500万左右。现在的燃料油已经卖到5200元了，所以这种生物油卖到3000元是很正常的，那么毛利相当可观，前一阶段就有人要和我们签合同，买我们的设备。按我国3.5亿吨可用于能源的秸秆量计算，投资秸秆热解制油这个领域，市场十分广阔，效益也相当巨大。
课题组：用你们的设备制成生物油的含水率是多少？
山东科大：含水率大约20%。
课题组：比如说，用玉米秸秆制成的生物油，如果进一步做成生物柴油，是不是还需要像脂交换等这样的过程？
山东科大：必须要有一个脂交换过程，因为生物油是含氧的，必须将含氧物变成脂类，这样来防止它的腐蚀问题。如果要做成车用燃料，必须经过进一步的加工，如果作为锅炉燃料的话，可以直接使用。尽管它的热值是重油的一半，但直接燃烧的话，大约1.5到1.6吨就相当于1吨重油，因为生物油的含氧比较高，需要的锅炉空气系数小，烟气量就少。对于锅炉来说，散热和加热都是一定量的，烟气少的话自然需要的热量就少。
另外，对于后续产品来说，它是生产醋酸很好的原料。
课题组：现在有很多地方用植物油，像菜籽油、棉籽油等，生产生物柴油，其中的脂交换过程和用你们这种生物油生产生物柴油的过程是一致的吗？
山东科大：是不一样的，生物油是一个脂化过程，不是脂交换过程。植物油是硬脂酸甘油酯，一个甘油连着三个硬脂酸，所以它必须用甲醇将甘油替换下来，形成硬脂酸甲酯，黏度就小了。不是因为植物油的腐蚀问题，而是因为它的黏度太大，因此要进行脂交换。生物油在脂化之后，它就从酸类变成了脂类。
课题组：如果将生物油变成车用生物柴油，增加的成本大不大？
山东科大：增加的成本并不多。主要是进行脂化、加一些防腐剂，或者将车的部件做一些小的改变就可以了。有人也将这种生物油叫做生物原油，和石油原油相类比，通过再加工可以分解出不同的油品。
课题组：你们有没有做过这样的估计，就是将1吨生物油转化为车用燃料（柴油或者汽油），中间要投入多少？
山东科大：投入应该不大。因为实质上就是一种分离，我们可以在热解的时候就进行分级分离、分级冷凝，其中的轻组分再进行脂化，就可以转化成车用燃料。
课题组：是不是可以这样理解，如果今后用生物油生产生物柴油，其成本比用像菜籽油、豆油这样的植物油的成本要低？
山东科大：应该低的多。主要是生产生物油的原料要便宜的多。像菜籽油，1吨需要6500元，再做脂交换的话，还要增加一些成本，而生物油1吨的成本只有七、八百元，相差很多。
其实，我国现在燃料油的需求量很大，但人为限价，过去搞煤改油，现在都叫油改煤办公室了。即使压了很多，到目前为止，每年燃料油的需求量还有3000万吨，因为有些工业生产的锅炉必须烧液体燃料或者气体燃料，没有办法烧固体燃料，但现在天然气的价格很高，所以燃料油的需求量很大。
课题组：你们的设备对原料的要求严格吗？像各类秸秆中可能会存在一些杂草等等。
山东科大：只要是生物质就行，包括生物垃圾。将各种秸秆混合起来使用也可以。只要调整一些比例就可以了。
课题组：从3000吨的中试装置放大到2万吨的工业化规模，这中间会不会有什么技术上的难题？
山东科大：我们现在正在给邹城做2万吨装置的设计，其实优化设计之后，2万吨的装置和目前3000吨的装置差不多，只不过在局部的地方改大一些就可以，而有的地方反而是变小了。中间不存在技术问题。除了在给邹城设计2万吨的装置，我们还在给日照设计3万吨的装置，它使用的是锯末。另外还有上海和广西柳州的厂家也要求上这套装置。但我们认为最佳的装置还是2万吨的，因为正好比较符合秸秆的经济收购半径，日照是一家造纸厂，正好可以提供3万吨的原料。2万吨的装置，基本上可以利用一个乡的秸秆资源，并提供70—80个就业岗位，让当地农民就地就业。一天的产油量一车就可以拉走。
现在燃料油市场很好，而且能够用的起燃料油的工矿企业大部分都是效益不错的，所以资金回收状况会比较好。
课题组：你们这种做法其实是适应了市场的需求，现在燃料油市场有巨大的需求，就直接用秸秆热解生产生物油替代燃料油，首先给技术找到市场，而且不需要行政部门审批。如果将来车用燃料市场的准入问题得到解决，又能够以较低的成本将生物油转化成生物柴油，进入车用燃料市场。着眼看的到的市场，而不是一味的等待车用燃料油市场的放开，这样就将技术用活了。
薛玉炜 整理
