一、项目技术简介

生物质制油是使用秸秆、农林废弃物等原料，通过热解气化合成生物油，然后利用催化加氢或催化裂解生物油，最终产出汽油、柴油、航空煤油等产品。

石油、煤和天然气等化石燃料的长期使用，造成了环境污染和温室效应，引起了全球气候変化，也造成了化石燃料资源枯竭。因此开发化石燃料的替代能源越来越受到关注，生物质能就是一种引人注目的替代能源，因其具有可再生性、整个过程中温室气体二氧化碳的释放量为零，对于中国这个资源相对贫乏，环境相对严重的发展中的国家显得尤为重要。我国是一个农业大国，有丰富的农业废弃物资源，生物质能十分丰富（主要包括：农作物秸杆、薪柴、山林草类、人畜粪便、生活垃圾和水生植物等），但在生产中有存在严重缺能的问题。据估计，我国农村可利用的生物质能源每年约6～7亿吨，但其利用率很低，且因不正确处置（如焚烧）而污染环境。

现有生物质资源的综合利用途径相当多，好多生物质资源利用率和经济效益都很高，但消耗量小，不能从根本上解决农林废弃物资源的处理和利用。,生物质作为能源能够最大量地处理农林废弃物资源且产物不存在销路问题，能够产生良好的经济效益、社会效益和环境效益。

生物质作为能源的主要应用方式有：1）直接然烧，生成热量用以加热或蒸汽发电；2）通过气化提供气体能源，用于燃烧加热、内燃机或涡轮发电；3）厌氧发酵生产沼气，解决村民燃气需要；4）快速热解提供液体燃料，取代通用的矿物燃料，也可作为原料合成特殊化学品。

生物质快速热解是一种中温处理过程，生物质在隔绝空气的情况下快速加热，通过热化学的方法，将原材料直接热裂解为粗油，反应速度快，处理量大，生物油为主要产品，其干基产率为80％左右，副产物为焦渣和气体，气体产物在系统内使用，所以整个系统没有废气排放，处理过程几乎无污染。

生物质快速热解液化最大的优奌在于其产物生物油易存储、运输，为工农业大宗消耗品，不存在产品规模和消费的地域限制问题，生物油不但可以简单替代传统燃料，而且还可以从中提取许多较髙附加值的化学品。通过分散热解，集中发电的方式，热解生物油通过内燃机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机完成发电，这些系统可产生热和能，能够达到更髙的系统效率，一般为35～45％，并且解决了由于发电要求规模效益，大大增加了农林废弃物的运输和贮存成本以及场地费用的问题。生物质快速热解作为能源，能够最大量地处理农林废弃物资源，可从根本上能够决定生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题，且产物不存在销路问题，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益，是解决农林废弃物能源化的最有效的途径

二、秸杆、农林废弃物快速热解制取生物油技术的基本原理及用途

生物质快速热解生产液体原料，加热速度极快，滞留时间极短，产物快速冷却，是一个瞬间完成的过程。该技术始于上世纪70年代末，至今为降低快速热解法的生产成本，各国巳经对多种反应器和工艺进行了研究。特别是欧、美等发达国家，在进行了全面的理论研究的基础上，巳建立了相应的实验装置。快速热解法生产的液体燃料可以代替许多锅炉、发动机及透平机所用的燃油。而且还可以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。由于生产的是液体燃料，所以可以很容易地贮存、运输，不受地域限制，也正因为这些优势，快速热解技术越来越受到关注，工艺发展有了长足的进步。

快速热裂解生产生物油被认为是最经济的生物质生产液体燃料的路线之一。通过中等温度（500～650℃）、高加热速率（1000～10000℃/s）和极短的停留时间（＜1s），将生物质直接热解，，再经快速冷却得液体生物油。生物质快速裂解液体产率可得70％～80％（质量分数）。生物油是一种液体含氧化合物，其中的有机物有数百种之多，包括：酸、醇、醛、酮、酚、醚、烃、含氮化合物以及各种复杂的多官能团有机物，主要组成为：20％～25％水、25％～30％水溶性裂解木质素、5％～12％有机酸、5％～10％非挥发性碳氢化合物和10％～25％的其它含氧化合物。（生物油在催化剂的作用下催化裂解，将生物油进一步裂解成较小的分子，其中的氧元素以水、一氧化碳和二氧化碳的形式除去，和脱除水分，进一步馏分产品轻烃、汽油、柴油和重油。催化裂解可以在生物质快速热解气冷凝之前直接进行，这样能避免热解气冷凝和生物油升温过程中热效应所导致的催化剂结炭问题，而且热解气的分子量较小，更适合进行催化裂解。）

生物油在元素组成上和生物质原料较为接近，其主要包括：C、H、O以及少量的N、S和金属元素，各元素的含量隨生物油中水分含量的不同而変化。生物油在干基（无水）状态下典型的元素组成如下：C（48％～60.4％，质量分率，下同）、H（5.9～7：2％）、O（33.6～44.9％），源于木材的生物油的N含量一般在0.1％以下，而源于其它农作物秸杆和林业废弃物的生物油中N的含量则比较髙，一般在0.2％～0.4％，硫含量一般为60～500mg/kg，金属元素的含量则隨固体颗粒的含量而变。生物油和石油的最大区别在于生物油的髙含氧量（45％～60％，湿基），这也是导致生物油和石油在化学组成和物理性质上有着巨大差异的根本原因。

在生物质快速热解过程中，二次裂解被降低到最大限度，许多官能团被完整地保留到生物油中。因此源于不同生物质原料的生物油在化学组成上表现出一定的共性，但生物油中具体的化学组分及其含量则会随着生物质原料种类、预处理、热解反应条件和产物收集方法等因素而变化。到目前为止，生物油中被检测出的物质巳超过300种，但由于生物油组分的复杂性和部分组分的特殊性，即使综合现有的分析手段，都没有办法对生物油进行完全精确的分析。生物油一般是通过生物质快速热解技术生产。我国目前采用自主研发的循环流化床反应系统，由快速热解制取的生物油，通过多种原料的热解实验，生物油产率分别为：68％（木屑）、60（玉米杆）、58％（棉花杆）、55％（稻壳）。由于水分、固体颗粒和氧含量髙，热质低、粘度大、稳定性差、不能和石油燃料互溶等特点，生物油的燃料特性较差。近年来，一些研究者采用生物油中添加助剂，催化酯化生物油，将生物油与柴油共乳化，也有进一步催化裂解制备馏分为轻烃、汽油、柴油及重油等，完全替代石化燃油。

三、秸秆、农林废弃物热裂解制备生物油工艺技术及设备简介

生物质热解（也称裂热化解或热裂解）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，使之转变为低分子物质的过程。它可以作为一个独立的过程，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应，也可以是燃烧、炭化、液化、气化等过程的一个中间过程，取决于各热化学转化反应的动力学，也取诀于产物的组成、特征和分布。

可热解的物质很广泛，有农业、林业和加工时废弃的有机物，如秸秆、蔗渣、薪柴、树枝、荆棘、锯末、坚果皮等，以及城市污水处理的污泥、工业和民用垃圾的有机部分等。生物质热解后，其能量的80％～90％转化为较髙品味的清洁原料，因此，开展生物质热解技术的开发，对缓解能源短缺和改善生态环境具有重要意义。快速热解液化得到的生物油为棕黑色粘性液体，热质达20～22MJ/kg（催化热裂解生物油热质可达34MJ/kg），可直接作为燃料使用，也可经精制制成化石原料的替代品。

1、快速热解液化工艺

经过二十多年的发展，生物质快速热解技术取得了较大突破，成为最具开发潜力的生物质液化技术之一，並相继出现了各式各样的生产工艺，典型的有如下几种：

（1）、流化床快速热解工艺

流化床快速热解工艺是生物质在一流化床中裂解，砂子为载热体，由于它的热容量是相同体积气体的1000倍，当它与粉碎为细粉的生物质颗粒直接接触时，可实现很髙的传热速率（1000C/s以上）和极短的反应停留时间。挥发物通过反应器中的气固快速分离、骤冷等过程，得到液体产品的最大收率可达80％以上。同时，携带有1％～2％焦炭的砂子颗粒流入另一个流化床中，通过空气燃烧将焦炭除去，燃烧所产生的热量则可由砂子重新进入反应器与生物质混合时，提供给强吸热裂解反应。该热解工艺技术较成熟，应用广泛，。缺点是需要大功率的真空泵，设备价格高、能耗大、放大较困难。

（2）、旋转锥反应器热解工艺

经预处理的生物质颗粒混合预热的热载体砂子进入反应器旋转锥底部，旋转锥通过马达带动生物质颗粒和热载体构成的混合物沿着炽热的锥壁螺旋上升，过程中生物质被迅速加热並裂解为挥发物（热解蒸气），经由导出管进入旋风分离器，分离炭后通过冷凝器，凝结为生物油。旋转锥反应器缩短了反应器的气相滞留时间，並抑制气相生物油的裂解反应，能保证快速热解反应有效进行。缺陷是生产规模太小，对原料的粒度要求髙（小于220微米）。

（3）、烧蚀涡流反应器热解工艺

生物质颗粒在氮气或过热蒸气流引射作用下，沿切线方向进入反应器管，颗粒在此条件下受到高速离心力的作用，导致生物质颗粒在受热的反应器壁上受到高度烧蚀，烧蚀后，留在反应器壁上的生物油膜迅速蒸发，经过滤器、旋风分离器后冷凝，产生生物油。该工艺生成生物油的收率在67％左右，但生产的生物油中氧的含量较髙，且工艺实现起来也较困难。

（4）、真空热解磨反应器热解工艺

物料进入反应器后，被送到两个水平的金属板之间，金属板被混合的熔盐加热且温度控制在530C左右。熔盐通过燃烧不可凝气体燃烧提供热能的炉子来加热，並配合使用了电子感应加热器来准确地控制反应器中的温度並使之保持稳定。

该工艺最大的优点是真空下一次热解产物可很快移出反应器，从而降低了挥发分的裂化和重整等，减少了热解蒸气二次反应的概率。缺点是反应器的真空度需要性能良好的真空泵以及很好的密封性来保证，增加了设备成本。

（5）、循环流化床热解工艺

循环流化床是由提供热解反应热量的燃烧室和发生热解反应的流化床两部分组成。利用反应器底部沸腾床内热解副产品炭的燃烧获得的热量加热砂子。热砂隨着髙温燃烧生成的气体向上穿过循环流化床进入反应器，与生物质原料混合並给生物质传递热量。生物质获得能量后发生热解反应，生成炭和热解蒸气。热解蒸气导出循环床反应器后，产物中的炭和气体带出的砂子通过旋风分离器进行分离，固体颗粒回到燃烧室。循环流化床工艺的优点在于设备结构的整合，降低了反应器制备成本和热量的损失，但结构的整合增加了操作运行的复杂性。

以上几种快速热裂解技术中，被评价最高和使用最多的是循环流化床和流化床快速热裂解工艺。它们具有较髙的加热速率和热传导速率，原料处理量大，且生物油产率髙。快速热裂解工艺还有其它一些类型，在这里也就不再一一地进行描述。

2秸秆快热解速生物油加工设备简介

（略）

四、秸秆、农林废弃物快速热解生物油技术关键奌

1.热解反应器为下行混合结构、无需流化气、无机械运动部件，利用重力实现原料颗粒和高温循环热载体快速混合、快速升温和热解，解决了机械设备存在的高温时焦渣磨损设备和设.备的运动部件容易出现故障以及难以工业化放大的难题。

2、反应器下部设有快速彻底分离油气和固体颗粒，减少了髙温热解油气的二次反应，提高了液体收率，解决了二次热解和油中带灰的难题。

3.烟气余热脉冲干燥固体颗粒，降低水含量，提高了系统的热效率。

4.自混合下行循环流化床快速热解装置反应、分离和急冷以及热能利用合理有效、极易工业化。

五、投资成本效益分析

以2万吨/年（年产一万吨生物油）秸秆快速热解生产生物油的工业化生产。其中：玉米秸秆480℃快速热解生物油收率为40％，棉花秸秆500℃快速热解生物油收率为60％，杨木屑500℃快速热解生物油收率65％，松木屑快速热解生物油收率为67％，…。

产品成本分析

计算标准：

年加工2万吨农林废弃物快速热解生产生物油一万吨需：工人15名，管理人员5名，销售人员5名，人均工资按3000/元月计。

管理费用按销售额收入3％计

设备折旧按10年使用期计

销售费用按产值的3％提取。

吨成本：

农作物秸秆及农林废弃物                           2.0×300元/吨＝600元

水电费                                     40元

工人工资                                    90元

折旧费                                      183元

运行维护及管理费                                45元

不可预见费                                    50元

合计吨成本：                                   1008元

吨产值

生物质原油单价                                  2800元/吨

燃料油（石油装置）单价                             5000元/吨

年总产值：                                     2800万元（生物质液化原油）

固定资产投资

设备投资：                                       360万元

厂房面积：2000平方米   厂区占地：30亩                    投资约120万元

当年即可收回投资

六、秸秆、农林废弃物快速热解生物油生产产业化及市场前景分析

我国生物质资源非常丰富，主要的农作物资源有：稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、油料作物、棉花和甘蔗，农作物秸秆是一种很好的清洁可再生资源，永不枯竭。每两吨秸秆的热值就相当于一吨煤的热量。我国每年秸秆资源约6.7亿吨，相当于3.4亿吨煤，如果将这些秸秆用于发电，相当于1.8亿千瓦火电机组年平均运行5000小时，年发电量为9000亿千瓦时。

应用秸秆、废木材快速热觧生产生物油，将农林废弃物转化为体积小、易贮存运输的生物油，不存在产品消费的地域限制问题。生物油为工农业大宗消费品，不但可以简单替代传统燃料，而且还可以从中提取许多髙附加值的化学品。通过分散热解，集中发电的方式，热解生物油通过内燃机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机完成发电。因此，生物质快速热解生物油技术为彻底解决农林作物资源的最大化利用，实现农业循环经济、提高农民收入、改善农村产业结构、改善农村缺能现状、解决剩余秸秆就地焚烧或者随意堆弃造成大气污染，土壤矿化，火灾和交通事故等大量的社会经济和生态问题提供了技术支撑，对于农业和农村发展具有重要的现实意义。

为了促进生化质快速热解生物油转变成与石油一样的烃类化合物，将生物油通过催化加氢、催化裂解、加氢裂解等方法，最终产出汽油、柴油、航空煤油等产品。按2007年的不変价袼，每吨干生物原料可以生产378.5L汽柴油。经济效益已表现出美好前景。

近年来，隨着我国国民经济的快速发展，我国对石油资源的需求持续增长，2005年我国净进口石油1.4亿吨左右，即使按比较慢的消费增长速度预测，到2005、2020年的供应缺口将分别为2.0亿吨和2.5亿吨，届时我国石油对外依存度分别达到50％和54％，石油安全将不可避免地成为国家安全的一个重要的组成部分。解决石油资源不足问题的根本出路在于开发包括生物质能在内的各种可再生能源，农林废弃物是地球上最普遍的一种洁净而又可再生的能源，其原料资源量大，可开发潜力巨大。生物质热解液化技术在此基础上发展，不但能帶来经济效益，而且还能促进环保的发展，前景非常看好。