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农林生物质同时制取炭、气、液产品的技术与研究

lc.njfu.edu.cn   2015-12-13

(一)技术用途与功能

  农林生物质(包括稻壳、果壳、果树枝条、木质及竹质废料)及农林副产品加工废弃物,农林生物质资源具有分布范围广、可再生、硫、氢和灰分含量少等优点,因此,是一种十分宝贵的可持续获得的绿色资源。

  该技术是将农林生物质送入气化炉,经气液分离后得到的可燃性气体输入燃气轮机发电或直接向用户供气;液体通过冷凝回收得到农林生物质醋液,可加工为用于牲畜场所的消毒液、除臭剂,也可以加工为具有防虫、防病的农药助剂或农药,还可以用于促进作物生长的叶面肥,在有机蔬菜、水果及农作物的生产中有很好的效果;得到生物质固体炭,富含作物生长的必需营养元素,对水和肥料有长效缓释作用,且对重金属污染、退化的土壤具有改良、修复作用,可制成有机复合肥或钢铁工业的保温材料等。

  农林生物质高效、无公害化、资源化利用。一方面能促进农业生产的良性循环,为社会主义新农村建设提供有力的技术支持,广泛吸纳大量农村富余劳力,适合我国的国情与农情,符合可持续发展的大方向,具有良好的社会、生态和经济效益;另一方面,在全球面临能源危机及生态环境日益恶化,在国家实施《中华人民共和国可再生能源法》的形势下,开发利用可再生能源,变废为宝,具有十分重大的现实意义和历史意义。

  项目在考虑农林生物质无公害化利用的基础上,更重视把农林生物质作为一种资源加以利用,率先在国内外将农林生物质材料同时制备可燃气、固体炭和醋液三项产品,并综合利用三项产品(工艺流程如图1所示)。 

       该项目主要优势在于:1、整个生产系统是自供热,不消耗燃料、无三废排放;2、与煤和其它化石燃料相比,可大大减少CO2、NOX和SO2的排放,实现了节能减排,在一定程度上缓解了能源危机,增加了农民收入;3、有效解决因农林生物质焚烧造成的环境污染和资源浪费,为解决三农问题提供一种可行的方法;4、在整个生产过程中,可根据需要控制和调整气、炭、液三项产品的产量和质量;5、将气、炭、液三项产品进行高效、无公害资源化利用,产生良好的经济、社会、环境效益。

(二)技术性能与特点(包括主要技术特点/水平等)

  近年来,国内外关于农林生物质再生循环利用的技术方法很多,如直接燃烧、气化、液化、压缩成型、生物化学转化或人造板等。但由于种种原因或条件的限制,投资较少、技术成熟、经济可行、应用便捷的方法还不多,加上我国地域辽阔,自然条件差异大,农林生物质资源种类众多等实际问题,以上方法主要将农林生物质原料制成一种产品利用,而本技术是在国内外农林生物质利用的基础上,同时制备炭、气、液三种产品,同时对三种产品进行开发利用,属国内外首创。因此,本技术不仅考虑到农林生物质的无公害利用,而且更重视把农林生物质作为一种资源加以综合利用,真正做到高效、无公害化、资源化利用。

  农林生物质同时制取炭、气、液产品的方法及利用技术主要特点及水平:

  1)适应不同农林生物质同时获得炭、气、液三项产品的气化炉及相关设备,并实现本套设备的自动化控制。

  2)将农林生物质在有限量通入氧气的情况下,同时制得炭、气、液三种产品,并可通过改变工艺条件,调整三种产品的产量和质量。

  3)开发农林生物质醋液生产农作物生长叶面肥,有效成分是有机物质,对环境不会造成污染,具有较好的生态环保效应,此类研究应用技术在国内外尚属首次。

  4)开发农林生物质醋液作消毒液、除臭剂用于牲畜场所,能有效防治由牲畜引起的一些易发性病毒,此类研究应用技术在国际上尚属首次。

  本项目组长期从事木材、竹材的热化学加工与利用研究,从2002年开始研究农林生物质高效、无公害利用技术,并于2004年申请了国家发明专利“用农林生物质炭和农林生物质醋液的方法”(2006年获得了专利:ZL200410014451.7),2007年申请了国家发明专利“一种农林生物质同时制取炭、气、液产品的方法及应用”(申请号:200710190676.1)。

(三)综合效益分析(包括环境/社会/经济/节能效益)

  1)环境、节能效益

  农林生物质同时制取炭、气、液产品的方法及应用技术有效地解决了农林生物质等农林废料因废弃燃烧产生的CO2以及烟雾造成的环境污染。炭、气、液产品生产过程无需添加任何化学物质和外加能源,生物质炭最终产品有机肥料、土壤修复剂等本身具有环保性;生物质醋液的主要成分是有机酸,开发为除臭剂、消毒液等则是改善环境卫生产品;可燃气体可直接供气或发电。因此,本技术具有较好的环保、节能效益。

  2)社会效益

  通过在乡镇建设农林生物质同时制取炭、气、液产品的加工厂,将农林生物质加工成农林生物质炭和农林生物质醋液,农林生物质炭可制成有机肥料、土壤修复剂等,农林生物质醋液可加工成叶面肥、除臭剂等,可改善农村生态环境,提高农林生物质的利用效率和附加值,增加农民收入,调整农业产业结构,也解决了农村剩余农林生物质资源的有效处理问题。可燃性气体用于发电或供燃气,是一种可再生的环保型生物质能源。本研究为农民增收提供一种有效的途径,同时实现了农林生物质的高效、无公害、资源化利用,将产生重大的经济、社会和生态效益。

  3)经济效益

  在农林生物质同时制取气、炭、液产品工艺正常运行条件下,每1kg农林生物质材料可发电1kw,若每年利用5000吨农林生物质材料通过气化炉产生燃气,全年发电约500多万度,得到生物质炭1500吨,生物质醋液800吨。

  农林生物质同时制取的气、炭、液三种产品中,气体产品——生物质可燃气主要用于供热、供气、发电等,具有三个方面的特点:一是技术有充分的灵活性;二是具有较好的洁净性;三是经济性。炭产品——农林生物质炭富含作物生长的必需营养元素,对水和肥有长效缓释作用,对重金属污染、退化的土壤具有改良、修复作用,可制成有机复合肥、固体燃料或钢铁工业的保温材料等。液体产品——农林生物质醋液是一种含有酸类、酯类、醛类、酚类等100多种化学成分的液体产物,可用于家畜饲养的消毒、杀菌液、除臭剂或用于农药、助剂、促进作物生长的叶面肥,在有机作物中效果明显。

(四)适用范围及应用条件(包括适用地域/农林生物质种类/适用条件等)

  本技术适用原料包括各种农林生物质(各种农林生物质、稻壳、果壳、果树枝条、木质及竹质废料)等农林生物质,对农林生物质资源丰富的地区根据需要可建成农林生物质发电、现代化养鸡(牲畜)场所的消毒、杀菌、除臭的应用;农林生物质发电、有机复合肥、有机农业的应用;农林生物质炭、气、液在干旱农业的基质土和叶面肥应用。