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篇1

對污泥生物淋濾過程中各種重金屬元素的形態(tài)變化情況進(jìn)行了測定，借助重金屬化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，間接判斷污泥重金屬生物淋濾的轉(zhuǎn)化機(jī)制。試驗(yàn)結(jié)果顯示，Cu、Ni、Cd的生物淋濾是以直接機(jī)制為主的，Zn的生物淋濾過程是以間接機(jī)制為主的，Cr、Pb的生物淋濾過程屬于混合機(jī)制，但其混合機(jī)理是有差別的。

關(guān)鍵詞：

污泥； 重金屬； 生物淋濾； 機(jī)制

污泥是重要的環(huán)境污染物，其性質(zhì)復(fù)雜、毒害性持久，污泥中的重金屬處理更是環(huán)境污染控制領(lǐng)域的重要課題[12]。傳統(tǒng)的污泥消化、濃縮、脫水工藝并不能有效去除其中的重金屬。近年來新開發(fā)的針對重金屬去除的技術(shù)主要有：化學(xué)法（離子交換、氯化、化學(xué)淋濾、電化學(xué)等），物理法（超臨界流體萃取、動(dòng)電技術(shù)、微波法、吸附法）。以上方法存在著成本較高、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隱患等問題。生物法也可用于污泥重金屬去除。一般用于污泥重金屬處理的生物法包括生物淋濾法以及植物提取法等。污泥生物淋濾法[36]是利用弱嗜酸菌硫桿菌、嗜酸硫桿菌（T.t、T.f）以及部分異養(yǎng)菌的生物化學(xué)代謝過程[79]，使污泥中重金屬由難溶態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化成為易溶態(tài)，達(dá)到去除污泥中重金屬的目的。生物淋濾法具有適用面廣、去除率較高、操作條件簡單、添加基質(zhì)廉價(jià)易得、反應(yīng)溫和、耗酸量少、可與污水廠原有污泥消化工藝同步實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。近年來對污泥生物淋濾技術(shù)的研究雖然較多[1014]，但對其淋濾機(jī)制的研究成果較少，尤其是對Cd、Ni、Cr、Pb淋濾機(jī)制的研究更少。這種對污泥生物淋濾機(jī)理研究的欠缺嚴(yán)重制約了污泥淋濾技術(shù)的發(fā)展。在污泥生物淋濾機(jī)理研究領(lǐng)域，重金屬化學(xué)形態(tài)在淋濾過程中的轉(zhuǎn)化關(guān)系研究是一個(gè)核心問題[15]。借助重金屬化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，可以間接推斷污泥重金屬生物淋濾的轉(zhuǎn)化機(jī)制。基于這一思路，本文對多種重金屬元素的生物淋濾機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期找到污泥生物淋濾過程中常見重金屬元素的普遍規(guī)律，進(jìn)而為提高重金屬淋濾效率提供生物化學(xué)理論依據(jù)，促進(jìn)對污泥生物淋濾機(jī)制的理解。

張弛，等：復(fù)合硫桿菌對污泥重金屬生物淋濾機(jī)制的影響

1材料和方法

1.1污泥樣品

研究所用污泥取自太原市河西中北部污水處理廠的濃縮污泥，以及冶峪化工廠污水站的濃縮污泥，將二者混合作為本試驗(yàn)用原始污泥。污泥重金屬含量的測定采用王水高氯酸氫氟酸消解原子吸收分光光度法，此方法是近年來對污泥生物淋濾的研究者通用的方法，其測定結(jié)果可靠度較好。經(jīng)測定，試驗(yàn)用污泥的基本性質(zhì)見表1。

1.2試驗(yàn)用菌種

試驗(yàn)菌種的主體是復(fù)合硫桿菌，其組成為氧化硫硫桿菌（Thiobacillus thiooxidans，簡稱T.t）與氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans，簡稱T.f）混合菌液，試驗(yàn)所用的氧化硫硫桿菌與氧化亞鐵硫桿菌，是在新鮮濃縮污泥中添加硫粉底物進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，再經(jīng)過重復(fù)接種加富培養(yǎng)獲得的，試驗(yàn)時(shí)采用體積比2%T.t+20%T.f的接種量。另外配合加入課題組開發(fā)的MT基因工程菌（pGEXZjMTB）接種液作為對硫桿菌淋濾的促進(jìn)菌種（3%接種量）。試驗(yàn)所用的MT基因工程菌是采用金屬硫蛋白基因工程菌（pGEXZjMTB）為基本菌液，經(jīng)過耐酸性馴化后，得到耐酸型MT基因工程菌，作為對硫桿菌淋濾過程的協(xié)作菌種。

1.3污泥生物淋濾去除率及pH變化規(guī)律試驗(yàn)

為了考察所用技術(shù)在處理實(shí)際污泥時(shí)的效果，試驗(yàn)過程未采用滅菌處理，但設(shè)置了空白對照組以對比未添加混合菌時(shí)的處理效果。通過試驗(yàn)對“空白對照組”與“添加混合菌組”分別對重金屬的去除率進(jìn)行了對比?？瞻讓φ战M的試驗(yàn)條件為：不添加混合菌，也不添加菌群生長所需的底物。試驗(yàn)在同等條件下重復(fù)3次，取3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

pH變化情況是影響污泥生物淋濾效果以及重金屬形態(tài)的重要因素之一，研究對接種混合菌與未接種混合菌（空白對照組）條件下污泥淋濾體系的pH值隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行了試驗(yàn)。空白對照組的試驗(yàn)條件為：不添加混合菌，也不添加菌群生長所需的底物。

1.4污泥淋濾中重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律試驗(yàn)

通過檢測污泥中各種重金屬元素在生物淋濾過程中的形態(tài)變化情況，間接分析淋濾機(jī)制。重金屬元素的化學(xué)形態(tài)測定方法，參考了改進(jìn)的順序浸提法[16]進(jìn)行。主要步驟包括：1）利用KNO3提取出可交換態(tài)重金屬；2）利用KF提取出吸附態(tài)重金屬。3）采用Na4P2O7提取有機(jī)結(jié)合態(tài)。4）采用EDTA實(shí)現(xiàn)對碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的提取。5）采用HNO3將剩余的硫化物結(jié)合態(tài)重金屬提取出來。6）剩余的重金屬含量即殘?jiān)鼞B(tài)。先對試驗(yàn)用原始污泥的形態(tài)比例進(jìn)行測定，將測出的質(zhì)量濃度換算成質(zhì)量比，見表2。

2結(jié)果和討論

2.1污泥生物淋濾去除率及pH變化規(guī)律

混合菌接種組、空白對照組對污泥重金屬去除率隨時(shí)間的變化情況分別見圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，添加混合菌時(shí)，可以提高淋濾效果，其原理主要是縮短了淋濾啟動(dòng)時(shí)間，提高了轉(zhuǎn)化速率。對照組試驗(yàn)各種重金屬的去除率都很低，這是由于對照組沒有添加混合菌，也沒有添加菌群生長所需的底物，即使此時(shí)的樣品中存在本土自有菌群，也由于缺乏增殖所需的底物，缺少所需的電子供體，硫細(xì)菌不能大量增殖。此時(shí)淋濾過程中的重金屬化學(xué)形態(tài)比例變化微弱，不利于對重金屬轉(zhuǎn)化過程中的化學(xué)形態(tài)變化情況開展研究，因此僅對添加混合菌時(shí)的重金屬形態(tài)變化情況進(jìn)行討論。

接種混合菌與未接種混合菌（空白對照組）條件下污泥淋濾體系的pH值隨時(shí)間的變化情況見圖3。

由圖3可知，添加混合菌時(shí)淋濾體系的pH值在3～6 d時(shí)出現(xiàn)明顯下降。不添加混合菌，也不添加底物的對照組，pH值變化始終很小，12 d內(nèi)反應(yīng)體系的pH值始終未能低于5.20。

淋濾過程中的pH值既是淋濾過程的影響制約參數(shù)，又是淋濾過程中的表現(xiàn)參數(shù)，它關(guān)系到氧化硫硫桿菌（T.t）與氧化亞鐵硫桿菌（T.f）的生長增殖情況，也關(guān)系到重金屬淋濾過程中各種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化情況。

圖3污泥淋濾體系的pH值隨時(shí)間的變化情況

整個(gè)淋濾過程中的pH值下降與否取決于以上幾種反應(yīng)的組合效果。pH值的降低速率越塊，pH值降低幅度越大，說明生物淋濾作用越強(qiáng)。添加混合菌與不添加混合菌時(shí)pH變化結(jié)果的差異間接證明了添加混合菌對淋濾效果確有促進(jìn)。

2.2污泥生物淋濾過程中重金屬形態(tài)變化規(guī)律

雖然污泥的性質(zhì)復(fù)雜，但通過順序浸提的方法，可以測得污泥的6種形態(tài)：交換態(tài)、吸附態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。交換態(tài)重金屬含量比例的增加值，可以反映出淋濾后重金屬去除率的變化規(guī)律。只要在污泥淋濾過程中，定時(shí)取出一定量的污泥樣品進(jìn)行重金屬的化學(xué)形態(tài)分析，就可以得到淋濾過程中重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，籍此可以間接推斷某種重金屬元素在生物淋濾過程中的生化機(jī)制。

一般將污泥淋濾機(jī)制[17]分為直接機(jī)制、間接機(jī)制、混合機(jī)制3種。直接機(jī)制是指以重金屬硫化物結(jié)合態(tài)以及有機(jī)結(jié)合態(tài)被直接氧化成可溶硫酸鹽為特征的淋濾機(jī)制。間接機(jī)制是指以碳酸鹽結(jié)合態(tài)以及有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬大量轉(zhuǎn)化為交換態(tài)為特征的淋濾機(jī)制。混合機(jī)制是指直接與間接機(jī)制同等地發(fā)揮作用。此時(shí)，碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)同等大量轉(zhuǎn)化為交換態(tài)為特征的淋濾機(jī)制，也可以是以有機(jī)結(jié)合態(tài)大量轉(zhuǎn)化為交換態(tài)為特征，而硫化物結(jié)合態(tài)僅起次要轉(zhuǎn)化作用。試驗(yàn)中各種重金屬元素在生物淋濾過程中的形態(tài)變化情況見圖4～9。

由圖4可以看到，生物淋濾過程中，Cu的硫化物結(jié)合態(tài)顯著減少，交換態(tài)顯著增加，碳酸鹽結(jié)合態(tài)略有減少，吸附態(tài)略有減少，殘?jiān)鼞B(tài)經(jīng)歷了先增、再減、再增的過程。其中交換態(tài)由8.1%增加至646%；有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)的減少量分別占交換態(tài)總增加量的225%、69%、701%?？梢?，對交換態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：硫化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)。由此可以推斷：對于試驗(yàn)的污泥，Cu的生物淋濾過程屬于直接機(jī)制。此結(jié)論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學(xué)形態(tài)比例因素（Cu的硫化物結(jié)合態(tài)所占比例較大）；2）主導(dǎo)因素（硫化物結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)最大）；3）可忽略因素（碳酸鹽結(jié)合態(tài)雖也對交換態(tài)的增加量有貢獻(xiàn)，但僅占69%，可以忽略）。

圖4Cu在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由圖5可以看到，Ni的淋濾過程中各種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律類似于Cu，硫化物結(jié)合態(tài)顯著減少，交換態(tài)顯著增加，碳酸鹽結(jié)合態(tài)略有減少，吸附態(tài)逐漸減少，殘?jiān)鼞B(tài)經(jīng)歷了先減、再增的過程。交換態(tài)由11.8%增加至54.7%，共增加了42.9%；有機(jī)結(jié)合態(tài)的減少量占交換態(tài)總增加量的13.5%，本文認(rèn)為有機(jī)結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化對Ni而言屬于可忽略因素；碳酸鹽結(jié)合態(tài)在全程由6.3%減少至4.7%，沒有討論價(jià)值；硫化物結(jié)合態(tài)在全程由31.3%減少至7.5%，其減少量占交換態(tài)總增加量的55.5%；可見，對交換態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：硫化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)。由此可知，本試驗(yàn)Ni的生物淋濾過程是以直接機(jī)制為主的，其規(guī)律類似于Cu。

圖5Ni在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由圖6可以看到，生物淋濾過程中Zn的交換態(tài)顯著增加，碳酸鹽結(jié)合態(tài)顯著減少，吸附態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)也有所減少，殘?jiān)鼞B(tài)逐漸增加。交換態(tài)由14.1%增加至65.8%；碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)的減少量分別占交換態(tài)總增加量的59.6%、22.1%、12.4%?？梢?，對交換態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：碳酸鹽結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>硫化物結(jié)合態(tài)。由此可以推斷Zn的生物淋濾過程以間接機(jī)制為主。此結(jié)論是基于以下3方面的原因：1）在試驗(yàn)用原始污泥中Zn的原始化學(xué)形態(tài)比例中，碳酸鹽結(jié)合態(tài)與有機(jī)結(jié)合態(tài)所占比例較大。2）主導(dǎo)因素（碳酸鹽結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)最大）。3）可忽略因素（硫化物結(jié)合態(tài)雖也對交換態(tài)的增加量有貢獻(xiàn)，但僅占12.4%）。

圖6Zn在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由圖7可以看到，Cd的生物淋濾過程中各種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律是：硫化物結(jié)合態(tài)顯著減少，交換態(tài)顯著增加，有機(jī)結(jié)合態(tài)略有減少，碳酸鹽結(jié)合態(tài)略有減少，吸附態(tài)變化輕微，殘?jiān)鼞B(tài)略有增加。交換態(tài)由16.4%增加至62.6%；有機(jī)結(jié)合態(tài)在全程由133%減少至6.4%，其減少量占交換態(tài)總增加量的14.9%；碳酸鹽結(jié)合態(tài)在全程由9.9%減少至34%，其減少量占交換態(tài)總增加量的14.1%；硫化物結(jié)合態(tài)在全程由34.1%減少至5.9%，其減少量占交換態(tài)總增加量的61.0%?？梢姡瑢粨Q態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：硫化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)≈碳酸鹽結(jié)合態(tài)。由此可以推斷Cd的生物淋濾過程是以直接機(jī)制為主的。其規(guī)律類似于Ni。

圖7Cd在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由圖8可以看到，生物淋濾過程中Cr的有機(jī)結(jié)合態(tài)顯著減少，交換態(tài)顯著增加，碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)略有減少，殘?jiān)鼞B(tài)經(jīng)歷了有小幅增加。交換態(tài)由71%增加至33.5%；有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)的減少量分別占交換態(tài)總增加量的56.1%、21.2%、22.7%?？梢姡瑢粨Q態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：有機(jī)結(jié)合態(tài)>硫化物結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)。由此可以推斷：對于本試驗(yàn)的污泥，Cr的生物淋濾過程屬于混合機(jī)制，也就是說直接與間接機(jī)制同時(shí)發(fā)揮作用。此結(jié)論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學(xué)形態(tài)比例因素（有機(jī)結(jié)合態(tài)所占比例較大）；2）主導(dǎo)因素：有機(jī)結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)最大。這種形態(tài)特征意味著在Cr的淋濾進(jìn)程中，既有硫桿菌對有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬的直接氧化（這趨向于直接機(jī)制），又有高價(jià)態(tài)金屬離子（如：Fe3+）對ORP提高之后的二次氧化作用（這屬于間接機(jī)制）。同時(shí)，在Cr的生物淋濾過程中，硫化物結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)也有24.6%，這更使Cr的生物淋濾不能排除直接機(jī)制的可能性。3）兼顧因素：碳酸鹽結(jié)合態(tài)也對交換態(tài)的增加量有貢獻(xiàn)，占23.1%，不宜忽略。

圖8Cr在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由圖9可以看到，Pb的生物淋濾過程中各種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律是：碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)均顯著減少，交換態(tài)顯著增加，其余各態(tài)變化不明顯。交換態(tài)由12.0%增加至47.1%，共增加了351%；有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)的減少量分別占交換態(tài)總增加量的19.7%、405%、35.0%?？梢?，對交換態(tài)增加量貢獻(xiàn)的大小順序是：碳酸鹽結(jié)合態(tài)≈硫化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)。由此可以推斷：對于本試驗(yàn)的污泥，Pb的生物淋濾過程屬于混合機(jī)制，即直接與間接機(jī)制同時(shí)發(fā)揮作用，但其機(jī)理規(guī)律不同于Cr。此結(jié)論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學(xué)形態(tài)比例因素（碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)所占比例都較大）；2）主導(dǎo)因素：碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)近似，說明直接機(jī)制與間接機(jī)制在此同等重要。

圖9Pb在生物淋濾過程中的形態(tài)變化

由Cr、Pb的轉(zhuǎn)化規(guī)律可以看到，有機(jī)物型與弱碳酸型的重金屬元素在生物淋濾過程中，均可表現(xiàn)為混合機(jī)制，但其規(guī)律是不同的。需注意，不同城市的試驗(yàn)污泥，其成份是不同的，其淋濾過程中的化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化特征也是有差異的。

3結(jié)論

對污泥重金屬生物淋濾過程中的重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。根據(jù)各種重金屬在淋濾前后的化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律對相應(yīng)的淋濾機(jī)制進(jìn)行了歸類。判斷其淋濾機(jī)制的依據(jù)包括以下3個(gè)方面：1）原始污泥化學(xué)形態(tài)比例；2）主導(dǎo)因素（何種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)最大）；3）可忽略因素（某種化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化量對交換態(tài)的增加量貢獻(xiàn)小于15%）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，Cu、Ni、Cd的生物淋濾是以直接機(jī)制為主的，Zn的生物淋濾過程是以間接機(jī)制為主的。Cr、Pb的生物淋濾過程屬于混合機(jī)制，但其規(guī)律是不同的，Cr的有機(jī)結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)是其主導(dǎo)因素，Pb的碳酸鹽結(jié)合態(tài)與硫化物結(jié)合態(tài)同時(shí)發(fā)揮著轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)。

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篇2

油母頁巖，也稱為煤矸石，外表是淡褐色到暗褐色，暗淡沒有多少光澤，雖然沒有煤炭那么黝黑發(fā)亮，但含有豐富的元素，主要有油、水和礦物質(zhì)。油的含量為10%～50%，組成的主要元素是碳、氫，和少量的氧、氮、硫；水占油母頁巖的4%～25%不等；剩下的是礦物質(zhì)，主要有硫鐵礦、高嶺土、碳酸鹽巖以及石英等。

在幾千萬年前，生活在近海和沼澤盆地里的動(dòng)植物，隨著地殼變動(dòng)埋入地層深處，它們身上的有機(jī)質(zhì)在厭氧細(xì)菌的作用下，經(jīng)過瀝青化、巖石化和揮發(fā)化等物理、化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)歷了大約幾千萬年的演變，才形成了油母頁巖，在開采出來的礦石中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)魚類、烏龜、遠(yuǎn)古的樹木等動(dòng)植物化石等，這就證明了油母頁巖身世。

根據(jù)油母頁巖所處居住的環(huán)境，油母頁巖可以分成陸地、湖泊和海洋相三種類型。生成于陸地的油母頁巖，有機(jī)質(zhì)是由樹脂、蠟質(zhì)表皮和生長在陸地上的植物根、莖組織，它們被埋藏后經(jīng)過煤化作用而形成的，也含有很高礦物質(zhì)的腐泥煤。而生成于湖泊的油母頁巖，有機(jī)質(zhì)主要是生活在淡水、咸水和湖泊的浮游生物和藻類，它們被埋藏后經(jīng)腐化和煤化作用后形成的。最后生成于海洋的油母頁巖，主要的有機(jī)質(zhì)是海洋里生活的生物、海藻，被埋藏后經(jīng)腐化作用而形成的。

油母頁巖的種類和數(shù)量都很多，在地球上隨處可見，儲(chǔ)量十分豐富，約有10萬億噸，比煤炭的資源量多一倍，比石油資源量多50%以上。中國的地下儲(chǔ)量排在美國、巴西、前蘇聯(lián)之后，名列世界第四位。中國已經(jīng)知道的資源量是315億噸，預(yù)測資源量5000億噸，這其中的大約超過六分之五的資源量分布在吉林省、遼寧省和廣東省，吉林省已知可以開采的資源量為174.5億噸，約占全國總量的一半，位居全國的第一位，廣東省已知可以開采的儲(chǔ)量達(dá)到55.15億噸，位居全國的第二位，遼寧省已知可以開采的資源量為41.3億噸，位居全國的第三位。

很長一段時(shí)間，煤炭開采的過程中，都將油母頁巖這類巖石放在一邊，只單獨(dú)開采煤礦。油母頁巖它占用了大量耕地，影響了礦區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境。直到200年前，由于戰(zhàn)爭、能源危機(jī)和新技術(shù)的發(fā)展，才有人想到油母頁巖，從那時(shí)開始這種巖石就一直受到人們的關(guān)注。

今天由于技術(shù)的發(fā)展，油母頁巖終于能夠發(fā)揮它的優(yōu)勢了，這種巖石全身是寶，可以從中提煉出很多有用的東西，不但可以生產(chǎn)很多燃料、油類，而且還可以合成很多的燃料氣體、化工原料肥料、合成纖維、塑料、染料、藥物的原料；伴隨油母頁巖開采出來的氣體，像煤氣一樣，可以作為氣體燃料；留下的灰渣，可以用來制造水泥、制磚、陶瓷纖維、陶粒等建筑材料。

從地下開采出來的巖石，要經(jīng)過加工處理，才能被直接使用，油母頁巖的主要用途有以下幾種：

干餾制油，將油母頁巖粉碎后加熱到500℃左右，就可以從巖石的身體里提煉出油，也被稱為人造石油。根據(jù)含油量的多少，從1噸油頁巖中可以提煉出40至400公升的人造石油。再經(jīng)過很復(fù)雜的化學(xué)過程，比如說加氫、裂解、精制后，巖石就變身為汽油、柴油、煤油、石焦油、石蠟等化工產(chǎn)品。

作為燃料，可以用來發(fā)電。直接把油母頁巖作為鍋爐的燃料，產(chǎn)生蒸汽后帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；或者是把油母頁巖在低溫下干餾，產(chǎn)生氣體燃料，然后輸送到內(nèi)燃機(jī)燃燒發(fā)電，目前大家都采用前面這種形式。還可以利用油母頁巖燃燒后產(chǎn)生的熱量供暖。也可以利用油母頁巖燃燒帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用于運(yùn)輸?shù)取?/p>

生產(chǎn)建筑材料，作為干餾和燃燒后的附產(chǎn)品，頁巖灰主要用來生產(chǎn)磚、水泥等建筑用材料。在我國，干餾和燃燒后的焦灰渣用于制造水泥砌塊、磚、陶粒等建筑材料產(chǎn)品。此外，還可以直接用于有機(jī)復(fù)合肥料的生產(chǎn)。

篇3

關(guān)鍵詞 低碳經(jīng)濟(jì)；有機(jī)化工；能源發(fā)展；走勢

中圖分類號：TF761+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

隨著世界終將走進(jìn)到工業(yè)化時(shí)代，各種制品的消耗也將會(huì)繼續(xù)增長。雖然物料的循環(huán)使用效率逐漸在強(qiáng)化，但地球范圍內(nèi)的金屬、非金屬礦藏是有一定限度的，而且正在逐漸面臨開采難度上和消耗過大的問題。有機(jī)化工科技百年來的進(jìn)步已經(jīng)在很多領(lǐng)域內(nèi)以低得多的資源、成本、低碳放替代礦物材料，不斷滿足人們的需要

低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下的能源發(fā)展

所謂低碳經(jīng)濟(jì),是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下主要通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段,盡可能地減少煤炭的使用，以避免奢侈和浪費(fèi)的碳排放。低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是根據(jù)目前整個(gè)國際社會(huì)都在關(guān)注碳排放，要求實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的背景下提出的。從19世紀(jì) 50 年代工業(yè)化時(shí)代的開始，150多年來，工業(yè)經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，帶來了社會(huì)上的很多變化，方便了人們的生活水平。工業(yè)化在帶來經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也給氣候帶來了一定的負(fù)面影響。據(jù)IPCC（政府間氣候變化專門委員會(huì)）的評估結(jié)果顯示，全球氣候正在變暖，導(dǎo)致變暖的原因主要是人類燃燒化石能源和毀林開荒等行為向大氣中排放大量溫室氣體，加劇了溫室氣體的效果。而據(jù) NOAA（美國國家大氣和海洋管理局）最新的調(diào)查結(jié)果，全球大氣中的二氧化碳濃度已從工業(yè)革命前的280ppm左右上升到了 2010 年的 389ppm。CO2等溫室氣體濃度的增加會(huì)造成地球表面溫度增加，造成冰雪的快速融化、海平面上升等氣候?yàn)?zāi)害。整個(gè)國際社會(huì)對溫室氣體引起氣候變化的關(guān)注促成了聯(lián)合國氣候會(huì)議。對我國能源的發(fā)展來講，要結(jié)合低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的要求，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。首先要調(diào)整改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持以煤炭為主、電力為中心、油氣和新能源實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展的戰(zhàn)略，制定一個(gè)科學(xué)的并趨向量化的使用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范能源使用情況，建立低碳、高效、節(jié)能的能源結(jié)構(gòu)，加快研發(fā)新能源，減少溫室氣體的排放；其次是要節(jié)約能源，提高能源的使用效率。在日常的生產(chǎn)和生活中重視能源的利用和開發(fā)。在經(jīng)濟(jì)上要通過實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理體制創(chuàng)新的手段來促進(jìn)能源消費(fèi)，提高能源利用效率和利用范圍；三是要緊跟國際能源發(fā)展趨勢，各個(gè)國家都意識到能源的可持續(xù)性以及可替代性，都在積極的發(fā)展新能源，發(fā)展綠色可持續(xù)能源，都在為能源的發(fā)展進(jìn)行著長遠(yuǎn)的探討和分析，所以我國也要緊跟世界能源的發(fā)展步伐，大規(guī)模的開發(fā)利用新能源，實(shí)現(xiàn)新能源代替舊能源。從根本上實(shí)現(xiàn)能源的充分利用。

低碳時(shí)代有機(jī)化工的走勢探討

1、煤化工有機(jī)化工的發(fā)展與能源的發(fā)展有著緊密聯(lián)系。所謂有機(jī)化工，即為有機(jī)化學(xué)工業(yè)，也可稱之為有機(jī)合成工業(yè)，它的原料包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等。有機(jī)化工原料發(fā)展到現(xiàn)在也歷經(jīng)近百年的發(fā)展歷程。有機(jī)化工原料最早是從19世紀(jì)的煤化工發(fā)展起來的，煤化工的發(fā)展伴隨著煉焦副產(chǎn)品以及電石工業(yè)的發(fā)展，利用焦炭通過電石生產(chǎn)乙炔和聚氯乙烯，利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)城市用煤氣以及甲苯、瀝青等化工用品。到20世紀(jì)初，隨著石油的出現(xiàn)，石油以其流動(dòng)性強(qiáng)、高氫碳比的優(yōu)勢以及汽車和飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展而逐漸取代了煤化工，成為有機(jī)化工的新主體。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了現(xiàn)代煤化工，現(xiàn)代煤化工不同于傳統(tǒng)煤化工，現(xiàn)代煤化工更加注重了技術(shù)對有機(jī)化工的影響?，F(xiàn)代煤化工起源于第一次世界大戰(zhàn)之后，德國因缺乏油氣資源無法維持戰(zhàn)爭，開展了煤化工和由煤制取液體燃料的研究，并成功發(fā)明了克虜伯一魯奇外熱式煤低溫干餾爐及魯奇一斯皮爾蓋斯內(nèi)熱式干餾爐。二戰(zhàn)后國際社會(huì)對南非實(shí)施石油禁止政策，這一政策進(jìn)一步促成了煤化工業(yè)的發(fā)展，并成功開發(fā)了大型流化床反應(yīng)器及成功建成兩座規(guī)?；娜斯な蜕a(chǎn)工廠。隨后煤化工業(yè)進(jìn)入短暫的慢發(fā)展期，于73年國際石油大幅漲價(jià)后重新受到重視，在以后的發(fā)展中隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代煤化工業(yè)在規(guī)模、成本及效能上都得到了快速的進(jìn)步和長遠(yuǎn)的發(fā)展。有機(jī)化工在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展背景下，未來的發(fā)展趨勢也是要實(shí)現(xiàn)低碳、綠色可持續(xù)發(fā)展，符合我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求，這也就要求有機(jī)化工在未來的發(fā)展中要不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，通過技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)有機(jī)化工的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2生物質(zhì)從化學(xué)角度來看，狹義的天然氣可以作為有機(jī)化工原料，因?yàn)榧淄檗D(zhuǎn)化為合成氣之后，能夠形成各種化學(xué)品。但是從一般情況分析，天然氣化工不能夠成為有機(jī)化工原料的主流產(chǎn)品。以甲烷為主要原料的天然氣主要應(yīng)用在燃料上是經(jīng)濟(jì)、高效、潔凈的，但是制除氫氣和甲醇等一些一碳化合物是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如石油的。當(dāng)然，在一定的條件之下，天然氣一碳化工也能夠得到很好的發(fā)展。生物質(zhì)作為有機(jī)原料有著非常獨(dú)特的優(yōu)勢，很多自然界及其人工種植的作物主要成分是淀粉和纖維素等大分子碳水化合物。在酶的作用之下經(jīng)過進(jìn)一步加工，能夠生產(chǎn)乙醇等產(chǎn)品。最早的乙烯工業(yè)原料路線就是由發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇脫水。由太陽能夠經(jīng)過光合作用產(chǎn)生的，我們可以認(rèn)為是資源無限的生物質(zhì)，經(jīng)過干餾和氣化的諸如煤氣化，獲得合成氣。藻類及其一些植物種子經(jīng)過加工可以獲得生物柴油，這也是化工原料。從另外一個(gè)方面分析，生物質(zhì)在生長的過程當(dāng)中吸收了非常多的二氧化碳，所以生物質(zhì)化工具備著“碳中和”的能力，這是化石能源完全不具備的。所以，生物質(zhì)作為有機(jī)化工的原料具備著非常廣闊的前景。21世紀(jì)將會(huì)出現(xiàn)石油化工、煤化工和生物質(zhì)化工共同競爭和發(fā)展的趨勢。

3、乙烯和丙烯乙烯是有機(jī)化工原料中的標(biāo)志性產(chǎn)品，乙烯主要用來生產(chǎn)聚乙烯、二氯乙烯、乙苯等，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國 2010 年乙烯的消費(fèi)量達(dá)到了 26Mt，而預(yù)計(jì)到2020年乙烯的消費(fèi)量將達(dá)到36Mt。要實(shí)現(xiàn)單位乙烯產(chǎn)能的增加及運(yùn)行成本的降低，可以采用大規(guī)模裝置的生產(chǎn)方式。丙烯主要采用在生產(chǎn)聚丙烯、環(huán)氧丙烷、丙烯酸上，根據(jù)對丙烯的現(xiàn)有量及使用數(shù)量的研究，未來丙烯的需求增速將炒股乙烯，因此在現(xiàn)有狀況下要注重丙烯的使用效率，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)丙烯的有效利用。提高丙烯的收率可以通過使用催化劑的方式，在催化劑中加入ZSM一5沸石，另外還可以通過調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)的方式縮短停留時(shí)間來提高丙烯收率。

4、芳烴及苯芳烴的生產(chǎn)過程主要是通過是有種的環(huán)烷烴脫氫等反應(yīng)生成。對芳烴的創(chuàng)新方式主要是通過生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，像近期研發(fā)出的抽提蒸餾工藝及與液液抽提工藝相結(jié)合的生產(chǎn)方式的創(chuàng)新，還可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化工藝的創(chuàng)新，像正在研究的以甲苯和甲醇為原料，通過催化劑的轉(zhuǎn)化形成芳烴。苯是重要的基本有機(jī)產(chǎn)品中的一種。苯的工藝創(chuàng)新主要是體現(xiàn)在提取工藝上，近年來由于生產(chǎn)無苯清潔汽油的需要，采取了抽提蒸餾方法將汽油中的苯分離出來，這也是未來苯的主要來源之一。

結(jié)語

低碳、環(huán)保是現(xiàn)代環(huán)境迫切需要的，低碳時(shí)代的發(fā)展之路是一個(gè)漫長的過程，而有機(jī)化工在低碳時(shí)代的發(fā)展中起著重要作用，同時(shí)也需要進(jìn)行長遠(yuǎn)的謀劃。未來我國有機(jī)化工原料主要將來源于石油、煤、生物質(zhì)碳化工三方面，因此要實(shí)現(xiàn)有機(jī)化工的長遠(yuǎn)發(fā)展，也要積極采取措施保證石油、煤、生物質(zhì)碳化工的長遠(yuǎn)發(fā)展，同時(shí)政府也要從宏觀角度上因地制宜制定天然氣資源的優(yōu)化利用，才能從戰(zhàn)略角度上實(shí)現(xiàn)資源的長遠(yuǎn)發(fā)展和利用。

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篇4

關(guān)鍵詞：生物質(zhì) 秸稈 汽化 乙醇

一、背景及意義

中國是一個(gè)人口大國，又是一個(gè)能源消費(fèi)大國。我國石油資源缺乏，人均石油儲(chǔ)量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消費(fèi)一半左右依賴進(jìn)口，國際石油市場價(jià)格波動(dòng)已經(jīng)影響到我國國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，而燃油鍋爐每年需要消耗大量的石油資源，對寶貴的石油資源是一種極大的浪費(fèi)。同時(shí)，消費(fèi)化石資源造成了大量二氧化碳排放，我國每年僅燃煤燃油鍋爐排放的二氧化碳就達(dá)到25億噸，形成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年僅農(nóng)作物秸稈就生產(chǎn)約7億噸，其他生物質(zhì)原料木屑、稻殼等也數(shù)量巨大，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧業(yè)外，其余大部分或直接燃燒，或作為農(nóng)村沼氣發(fā)酵的原料，但這些利用方式有些是浪費(fèi)資源、污染環(huán)境，有些是利用率低、應(yīng)用范圍狹窄，不利于秸稈等生物質(zhì)的再利用連續(xù)化、大規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。

基于此，設(shè)計(jì)研究一種生物質(zhì)能利用率高、應(yīng)用范圍廣的工藝及相關(guān)設(shè)備并推廣應(yīng)用已經(jīng)成為解決能源、資源、環(huán)境、農(nóng)村等問題有效途徑。

二、國內(nèi)外研究、發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)市場上已經(jīng)普遍出現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料氣化鍋爐、氣化發(fā)電機(jī)組等產(chǎn)品。其中目前先進(jìn)的秸稈氣化爐直接將農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化成燃燒氣體，其燃燒效率達(dá)95.5%以上，熱效率達(dá)到82.5%。但是，生物質(zhì)在氣化過程中，由于高溫裂解而產(chǎn)生的灰塵和焦油以微粒的形態(tài)存在于生物質(zhì)燃?xì)庵?，焦油微粒在溫度降低時(shí)會(huì)重新凝結(jié)成固態(tài)的焦油，并與燃?xì)庵械某睗窕覊m微粒結(jié)合，堵塞管道，用于發(fā)電中將嚴(yán)重?fù)p壞燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件。因此，如何將生物質(zhì)燃?xì)庵械幕覊m和焦油微粒除去，確保生物質(zhì)燃?xì)庠谕ㄟ^燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組來產(chǎn)生電能的過程中，不因灰塵、焦油凝結(jié)而導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)損壞或停機(jī)，是生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)應(yīng)用中面對的一項(xiàng)難題。

為了除去生物質(zhì)燃?xì)庵械幕覊m、焦油微粒，而且要保證去除過程中不在產(chǎn)生對環(huán)璄的二次污染上，目前大部分的生物質(zhì)氣化設(shè)備生產(chǎn)廠家都是采用機(jī)械方法，這種方法只能在一定程度上減少燃?xì)庵谢覊m和焦油微粒的含量，而且在支除過程中會(huì)產(chǎn)生污水，廢氣的污染，因此燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在經(jīng)過一段短時(shí)間運(yùn)作后，最后還是會(huì)因灰塵和焦油微粒越積越多而出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停機(jī)。而一般捕焦、除塵設(shè)備，雖然早已出現(xiàn)，但這類產(chǎn)品都是針對大型的火電廠、化工廠、洗煤廠而設(shè)計(jì)開發(fā)的，而一般生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目的燃?xì)饬髁枯^小，且生物質(zhì)燃?xì)馀c火電廠、化工廠需要處理的氣體性質(zhì)有很大差別，因此，目前市場上還沒有針對生物質(zhì)氣化而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的有效除塵、除焦且不對周遭環(huán)璄產(chǎn)生二次污染裝置和產(chǎn)品。

三、研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法

1.研究目標(biāo)

本方案研究的的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一套生物質(zhì)連續(xù)焦化造氣工藝技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備，利用農(nóng)作物秸稈、稻殼、玉米棒以及樹技、樹葉、雜草等生物質(zhì)，經(jīng)過粉碎、擠壓成型、燃燒造氣、冷卻炭化等工藝流程，產(chǎn)生焦油、可燃?xì)?、炭塊或炭粉等產(chǎn)品。

2.研究內(nèi)容

工藝流程的初步設(shè)想是首先將粉碎過的原料倒入生物質(zhì)連續(xù)焦化造氣爐的加料器中，電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)攪籠將加料器中的秸稈碎料擠壓成型，成型后密度達(dá)到普通木材的密度。成型后的原料通過輸料管進(jìn)入造氣爐的預(yù)熱段，目的是控制原料和設(shè)備的溫度，阻止燃燒室的熱量向擠壓成型機(jī)傳遞，防止設(shè)備材料在高溫下的失效。隨著原料連續(xù)擠壓，輸料管內(nèi)經(jīng)預(yù)熱的成型原料進(jìn)入燃燒室進(jìn)行低氧燃燒，過熱的原料再經(jīng)出焦?fàn)t冷卻水冷卻產(chǎn)生焦油，冷卻水汽化成水蒸汽，部分水蒸氣通入氣化室，與燃燒的原料接觸裂解產(chǎn)生大量爐氣，其中含有焦油氣、甲烷、一氧化碳等可燃?xì)怏w。原料繼續(xù)進(jìn)入冷卻室冷卻碳化，形成炭棒，經(jīng)過其他輔助裝置粉碎可形成炭塊或碳粉，經(jīng)星形輪收集出料。

產(chǎn)生的爐氣要經(jīng)過進(jìn)一步的分離。爐氣首先通過去焦冷卻器進(jìn)行冷卻，焦油氣經(jīng)冷卻在管壁凝結(jié)，刮板上下運(yùn)動(dòng)將管壁上凝結(jié)的焦油刮下并擠入焦油儲(chǔ)罐中。同時(shí)，經(jīng)分離出來的爐氣通入噴淋吸收塔水洗，除去爐氣中二氧化硫等污染性氣體和未被液化的焦油氣。噴淋液經(jīng)過用碎秸稈填充的除油器，動(dòng)態(tài)地除去其中洗出的殘余焦油，吸收過的秸稈回運(yùn)到生物質(zhì)連續(xù)焦化造氣爐進(jìn)行燃燒。最后收集到的可燃性爐氣通入儲(chǔ)氣柜中。

因此，需要設(shè)計(jì)的靜設(shè)備有生物質(zhì)連續(xù)焦化造氣爐、去焦冷卻器、吸收塔、除油器、焦油儲(chǔ)罐、噴淋液儲(chǔ)罐、爐氣氣柜，需要選型的動(dòng)設(shè)備有真空泵（或通風(fēng)機(jī)）、洗液泵、噴淋液泵，此外還有管道、閥門等器件的設(shè)計(jì)和選型。

目前市場上的相關(guān)產(chǎn)品是先造粒，再將制成的生物質(zhì)顆粒進(jìn)行造氣，盡量控制副產(chǎn)品焦油的產(chǎn)出量，使其大部分氣化，并將爐氣作為發(fā)電用的燃?xì)馑腿氚l(fā)電機(jī)組發(fā)電。因此就決定了本方案具有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新之處：

第一，集制粒、造氣、出焦于一體，目標(biāo)產(chǎn)品是炭顆粒、焦油、爐氣。

第二，連續(xù)大規(guī)模處理生物質(zhì)原料，他不同于先造粒再造氣的現(xiàn)有技術(shù)和工藝。

3.研究方法

通過閱讀大量的相關(guān)書籍、文獻(xiàn)和研究成果，綜合歸納出所需要的內(nèi)容。根據(jù)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董天峰，趙國明，張重，張蕾蕾.家用秸稈氣化爐的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，趙欣.生物質(zhì)氣化技術(shù)及其在西部地區(qū)的應(yīng)用淺析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31（10）：34頁.

篇5

農(nóng)村生物質(zhì)能資源種類多、分布范圍廣，開發(fā)利用農(nóng)村生物質(zhì)能源替代常規(guī)能源，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

1、發(fā)展農(nóng)村生物質(zhì)能源，有利于緩解能源供應(yīng)壓力，減少對化石能源的依賴。

我國既是化石能源非常短缺的國家，還是能源消費(fèi)大國，我國年能源消費(fèi)總量已達(dá)到20億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第二位，今后，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，能源需求還將不斷增加，據(jù)初步預(yù)測，到2020年，全國能源需求總量將達(dá)到30～36億噸標(biāo)煤，能源安全形勢將更加嚴(yán)峻。

2、發(fā)展農(nóng)村生物質(zhì)能，有利于減輕環(huán)境污染。

由于我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主，煤炭使用過程中產(chǎn)生的污染成為我國主要的環(huán)境問題之一，目前，我國廢氣排放中約90%的二氧化硫、85%的二氧化碳和80%的煙塵都是由燃煤造成的。生物質(zhì)能源替代化石能源可以減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境。同時(shí)農(nóng)村生物質(zhì)能主要原料是農(nóng)村秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物質(zhì)，對農(nóng)業(yè)廢棄物的充分利用可以變廢為寶、變害為利，減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自身造成的農(nóng)業(yè)面源污染，有利于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和人民身體健康。

目前，農(nóng)村能源消費(fèi)總量從4.15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)展到4.91億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增加了18.3%，年均增長2.4%。而同期農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶發(fā)展到4937萬戶，增加了2倍多，年增長達(dá)17.7%，增長率是總量增長率的6倍多。可見隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村對于優(yōu)質(zhì)燃料的需求日益迫切。傳統(tǒng)能源利用方式已經(jīng)難以滿足農(nóng)村現(xiàn)代化需求，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。

一種能夠“廢物利用、變廢為寶”的爐具就是農(nóng)村生物質(zhì)能的一種。它很廉價(jià)，但能夠帶來可觀的社會(huì)效益；它構(gòu)造簡單，但卻能夠有效解決農(nóng)村資源浪費(fèi)和環(huán)境污染這樣復(fù)雜的問題；它不受氣候影響，符合農(nóng)村生活的實(shí)際，深受農(nóng)民群眾歡迎，它就是高效低排生物質(zhì)爐。

二、我市農(nóng)作物秸稈現(xiàn)狀

晉中市地處山西中部，西北部緊鄰太原，東部與壽陽接壤，南部與太谷交界，屬典型的溫帶大陸性氣候，2009年全市耕地面積545.8413萬畝，以糧食、蔬菜、果樹等農(nóng)作物為主，全市種植玉米305.78萬畝，梨29萬畝，蘋果49萬畝，全市農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量為305.78萬噸，秸稈資源豐富。果樹枝盛果期果樹每年每畝約修剪300～500公斤果樹枝計(jì)算，蘋果、梨種植78萬畝果樹產(chǎn)果樹枝23.400～39萬噸，目前我市秸稈利用率低，技術(shù)手段落后，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，推廣高效低排放生物質(zhì)爐非常必要。

三、推廣高效低排放生物質(zhì)爐的示范效果顯著

我市榆次區(qū)西祁村是使用高效低排放生物質(zhì)爐的示范村。西祁村共有耕地面積1832畝，戶均4畝果樹。在新農(nóng)村建設(shè)中，省農(nóng)村可再生能源辦公室從沼氣建設(shè)入手，采取整村推進(jìn)的形式，為全村建成戶用沼氣池108戶，占到全村總戶數(shù)的90%。但是沼氣未能徹底解決農(nóng)戶冬季取暖的問題，因此，2008年我們試點(diǎn)安裝了100多個(gè)高效低排放戶用生物質(zhì)炊暖兩用爐，并結(jié)合本村果園多的實(shí)際配套3臺(tái)樹枝切割機(jī)，很好地解決了村民們的冬季做飯、取暖、洗澡等生活用能。

當(dāng)我們走進(jìn)村民王成平家，院子里的3個(gè)黑黝黝的大鐵爐吸引了記者的目光，戶主王成平笑著說：“以前我們在冬天就是靠這三個(gè)爐子取暖的，現(xiàn)在裝上生物質(zhì)爐就用不著了?！睋?jù)王成平介紹，以前每到冬天，3住人的屋子必須裝上這樣的3個(gè)大鐵爐才能保證取暖，按每個(gè)爐子一冬燒1000塊蜂窩煤計(jì)算，一年全家僅取暖就要花掉1500多元錢?！艾F(xiàn)在好了，用上生物質(zhì)爐，又省錢、又干凈，也不怕煤氣中毒，安全實(shí)用兩全其美。以前當(dāng)?shù)卮迕翊蠖喽及压麡渲θ栽谔镩g就地焚燒，不僅浪費(fèi)資源，還污染環(huán)境，影響村民們的生活質(zhì)量和身體健康?，F(xiàn)在用上生物質(zhì)爐具，不僅使大量的農(nóng)田廢棄物、果樹枝變廢為寶，而且還有效地杜絕了村里村外、田間地頭果樹枝的亂丟亂棄，整潔了村容村貌，凈化了生活環(huán)境，深受我們農(nóng)民們的歡迎。”

村民王二保家正在準(zhǔn)備午飯，“院內(nèi)潔凈堂內(nèi)明，不見炊煙聞飯香”的情景，一下子顛覆了記憶中農(nóng)村燒火做飯煙熏火燎的印象。王二保說：“自打用上生物質(zhì)爐，家里就再也沒冒過黑煙，做飯還快，趕上農(nóng)忙，回來加一把柴禾，20分鐘飯就全好了?！?/p>

截至目前為止，晉中市示范高效低排放生物質(zhì)能爐試點(diǎn)推廣3600戶，按每個(gè)農(nóng)戶減少或節(jié)約1500元買煤買炭的錢，那么3600農(nóng)戶，增收節(jié)支540萬元，高效低排放生物質(zhì)爐不但經(jīng)濟(jì)效益顯著，生態(tài)效益與社會(huì)效益也非?？捎^。

四、高效低排放生物質(zhì)爐具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)

1、變廢為寶 清潔環(huán)保。

高效低排放生物質(zhì)爐是指以秸稈、薪柴等生物質(zhì)為燃料，在爐內(nèi)既有明火燃燒又有氣化成分，沒有焦油，不冒黑煙，燃燒充分，熱效率高，煙氣排放低的爐具。這種爐具可用于炊事、取暖、淋浴等，構(gòu)造簡單，便于安置，非常適合農(nóng)村家庭使用。

2、生物質(zhì)爐燃燒原理。

生物質(zhì)爐之所以能夠?qū)崿F(xiàn)清潔、節(jié)能、高效的特點(diǎn)，是因?yàn)樗哂歇?dú)特的燃燒原理：燃料經(jīng)過干餾氧化還原等過程，可以轉(zhuǎn)化成高溫可燃燒氣體，氣體經(jīng)過劇烈旋轉(zhuǎn)和混合，燃燒更加徹底。

3、生物質(zhì)爐使用燃料。

生物質(zhì)爐以固化成型燃料為主要發(fā)熱燃料，固化成型燃料是將農(nóng)作物秸稈、稻殼、木屑等農(nóng)林廢棄物粉碎后，加入成型機(jī)器中，在外力作用下壓縮成所需的形狀。它具有密度大、安全性好；體積小，儲(chǔ)存方便；燃燒充分，殘留灰渣少等特點(diǎn)，它的熱值相當(dāng)于普通原煤的0.7倍左右，燃燒排放有害氣體成分低，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，二氧化硫含量較低。此外，果樹修剪枝、玉米芯、薪柴等都可以直接作為燃料使用。農(nóng)戶使用情況證明，使用這種售價(jià)1000多元的爐具，一個(gè)五口之家一天炊事需要4.5～6公斤燃料，每年大約需要2000公斤燃料。也就是說，農(nóng)戶只要有5畝耕地或者6畝果樹，即可滿足燃料需求。

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關(guān)鍵詞：煤生化行業(yè)；煤化工；生物化工；煤炭需求；煤炭行業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ546 文章編號：1009-2374（2016）28-0005-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.28.003

1 概述

煤化工一直以來是我國化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，但是煤化工是資源消耗型行業(yè)，傳統(tǒng)的煤化工是高能耗、高排放和高污染的行業(yè)。雖然已經(jīng)得到不斷更新，但是煤化工行業(yè)還是浪費(fèi)了較多的能源，甚至是造成了較大的環(huán)境等方面的嚴(yán)重污染。新興的煤生化行業(yè)主要圍繞煤化工向生物化工轉(zhuǎn)變過程中涉及的煤基產(chǎn)品的生物轉(zhuǎn)化及精深加工技術(shù)進(jìn)行研究，從而解決煤化工行業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、附加值低、能耗高、污染大的問題。我公司作為煤炭企業(yè)集團(tuán)的子公司已進(jìn)行甲醇蛋白工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究與示范、煤基甲醇蛋白纖維生產(chǎn)技術(shù)研究與開發(fā)、煤基多功能生物活性物質(zhì)的研發(fā)與應(yīng)用、新型化工產(chǎn)品的生物煉制等諸多煤生化項(xiàng)目。

2 煤生化行業(yè)的興起

2.1 背景

我國煤炭儲(chǔ)量豐富，是最主要的基礎(chǔ)性能源，煤炭占到我國能源消費(fèi)比重的67.7%。我國煤炭的使用以低技術(shù)含量和低附加值產(chǎn)品為主導(dǎo)，大多集中在燃煤發(fā)電和煤化工產(chǎn)業(yè)。而煤化工的主要原料是煤，然后經(jīng)過一系列化學(xué)加工將煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體等狀態(tài)的燃料，主要的化學(xué)過程就是氣化、液化、干餾、焦油加工、電石乙炔化工等，目前以煤制天然氣、煤制甲醇、煤制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制乙二醇等工藝為主流。由于存在投入大、能耗高、污染重、產(chǎn)能過剩、工藝技術(shù)不穩(wěn)定等局限，其發(fā)展正面臨著供大于求、環(huán)境保護(hù)、技術(shù)、資金和社會(huì)配套條件等方面的挑戰(zhàn)。甚至一些地方不顧資源、生態(tài)環(huán)境等方面的承載能力，出現(xiàn)了盲目規(guī)劃、競相建設(shè)煤化工項(xiàng)目的情形。建成的項(xiàng)目趨同性較大，缺乏有特色的產(chǎn)品和發(fā)展方向，有的技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段，仍有較大風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，煤化工產(chǎn)業(yè)仍需延長產(chǎn)業(yè)鏈，以科學(xué)發(fā)展觀作為重要的指導(dǎo)，提高技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)資源的合理化、高效率應(yīng)用。

2.2 煤生化行業(yè)出現(xiàn)的意義

我公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)于2012年開始圍繞煤化工產(chǎn)品的生物轉(zhuǎn)化及精深加工所涉及的生物學(xué)與化學(xué)工程學(xué)相關(guān)問題而開展一系列研究。首先以生物法生產(chǎn)技術(shù)替代傳統(tǒng)的化工法生產(chǎn)技術(shù)為突破口，然后利用微生物的高效轉(zhuǎn)化作用，以煤基產(chǎn)品作為唯一碳源，開發(fā)出了新型煤基生物產(chǎn)品。不僅解決了煤化工產(chǎn)業(yè)所面臨的諸多問題，延長了煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，而且拓寬了生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域。煤生化是一門煤化工和生物化工相結(jié)合的學(xué)科，它是以生物技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)大至生產(chǎn)規(guī)模為目的，以生物生產(chǎn)過程中帶有共性的工程技術(shù)問題為核心。它既是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，又是化學(xué)工程的一個(gè)分支學(xué)科。它綜合了生物化工技術(shù)理論的諸多方面，旨在對煤生化關(guān)鍵技術(shù)的研究和優(yōu)化操作與控制，進(jìn)而應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，促進(jìn)科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。煤生化行業(yè)的出現(xiàn)，既符合國家倡導(dǎo)的學(xué)科交叉，形成化工與生物學(xué)科之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，又能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)日益增長的物質(zhì)需求，可以促進(jìn)煤炭工業(yè)的清潔綠色發(fā)展，是當(dāng)前煤炭行業(yè)與煤化工發(fā)展的必由之路。

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關(guān)鍵詞 杞柳皮；現(xiàn)狀；利用途徑；肥料化；燃料化；飼料化

中圖分類號 S564.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0131-01

臨沭縣位于山東省最東南部的蘇魯交界處，特色農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，已形成“東茶、西菜、南桑、北柳”的產(chǎn)業(yè)化格局。臨沭縣沭河?xùn)|岸的白旄鎮(zhèn)、青云鎮(zhèn)、鄭山街道一帶盛產(chǎn)杞柳，用其加工成的柳編工藝品一直是此地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)的重要支柱。因此，該縣被國家林業(yè)局、中國經(jīng)濟(jì)林協(xié)會(huì)授予“中國名特優(yōu)經(jīng)濟(jì)林杞柳之鄉(xiāng)”，用杞柳制作的柳編制品暢銷40多個(gè)國家和地區(qū)。但人們對于杞柳的利用僅限于對杞柳條的加工，而對于杞柳皮和杞柳皮上附帶的大量鮮葉則沒有進(jìn)行有效利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，臨沭縣杞柳種植面積達(dá)到6 666.67 hm2，年產(chǎn)杞柳干條超過10萬t，帶葉杞柳鮮皮30萬t以上，干燥后杞柳皮近5萬t。而這些杞柳皮目前一直只是處于簡單堆放的狀態(tài)，或者作為柴火、垃圾來處理。但這些處理方法極易造成杞柳皮霉變，甚至腐爛發(fā)臭，直接影響當(dāng)?shù)亟煌ê铜h(huán)境，已經(jīng)成為農(nóng)村面源污染的新源頭。為此，積極研究探討杞柳皮的綜合開發(fā)利用已顯得日益重要。

1 杞柳皮利用現(xiàn)狀

杞柳屬楊柳科柳屬，由于去皮后的杞柳條子細(xì)長、潔白光滑，因此又被稱作“白柳條”[1]。它是一種多年生落葉灌木，其枝條具有發(fā)條率高、富有韌性的特點(diǎn)，比較適合制作柳編制品。杞柳屬一年栽植，多年收條，每年收割2次，夏收（每年7月入伏后收割）和冬收（每年12月入冬后收割）[2]。杞柳的盛長期一般只有2～3年，第3年以后產(chǎn)量逐漸下降。隨著生產(chǎn)條件的不斷改善，杞柳栽培技術(shù)得到改進(jìn)，水澆密植栽培形式不斷被推廣，使柳條單產(chǎn)超過10.5 t/hm2，一般一年兩季的產(chǎn)量在15 t/hm2左右，按照2015年的市場價(jià)格，僅出售原料這一項(xiàng)收入即可超過7.5萬元/hm2，如果經(jīng)過加工則可實(shí)現(xiàn)增值1～2倍。由于杞柳具有種植成本低、收益高、易管理等優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣大農(nóng)民的喜愛而被廣為種植。此外，種植杞柳還具有生態(tài)效益，可以保持水土、涵養(yǎng)水源、改善生態(tài)環(huán)境[3]。但隨著杞柳種植面積的不斷擴(kuò)大，杞柳生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生一些不必要的環(huán)境污染，如杞柳收獲后的杞柳皮、更新后的杞柳發(fā)達(dá)的根系。

2 杞柳皮綜合開發(fā)與利用途徑

2.1 杞柳皮肥料化

采用多種辦法實(shí)施肥料化，在杞柳生產(chǎn)較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，依托農(nóng)業(yè)合作社成立制肥公司，回收杞柳皮、秸稈后注菌發(fā)酵，就地腐熟制成有機(jī)肥料供農(nóng)戶使用。再就是動(dòng)員農(nóng)戶廣建沼氣池，以杞柳皮、秸稈為原料，通過厭氧發(fā)酵既獲得沼氣，又可以產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)肥料，成為一舉多得的好事。建立起經(jīng)紀(jì)人隊(duì)伍，發(fā)展相適應(yīng)的社會(huì)化服務(wù)組織，通過他們進(jìn)行專業(yè)加工和運(yùn)輸，解決農(nóng)戶打捆運(yùn)輸?shù)壤щy。同時(shí)，他們還建立補(bǔ)貼機(jī)制，給予合作社和經(jīng)紀(jì)人一定額度的補(bǔ)助，用于購買粉碎機(jī)、打捆機(jī)、生物質(zhì)壓縮設(shè)備等專業(yè)機(jī)械。

2.2 杞柳皮燃料化

一是沼氣化。將杞柳皮、秸稈等材料利用厭氧發(fā)酵裝置，產(chǎn)出沼氣，供用戶使用。即將杞柳皮等材料與人畜糞進(jìn)行適配，并放入沼氣池中，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生出沼氣，即以甲烷為主要成分的可燃?xì)怏w。這些氣體可以通過管道送往農(nóng)戶，但需要在稍高于常壓的狀態(tài)下輸送。二是壓縮塊化，采用生物質(zhì)壓縮設(shè)備，把杞柳皮加工成長方體小塊，以便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，降低儲(chǔ)運(yùn)的成本。一般被加工成的長方體小塊的長度為2～10 cm，截面直徑為3～10 cm。另外，將其作為燃料使用，不僅可以大幅提高生物質(zhì)的熱效率，而且可以為農(nóng)村居民提供生活用能源，或作為工業(yè)鍋爐和電站的燃料。三是氣化。亦稱生物質(zhì)氣化，屬于生物質(zhì)能的利用范疇。即以杞柳皮、秸稈作為原料，將其放入密閉缺氧裝置內(nèi)，利用熱化學(xué)反應(yīng)的原理，通過熱分解和化學(xué)反應(yīng)，采用自熱干餾熱解法，釋放出可燃混合氣體。杞柳皮、秸稈等是由碳、氫、氧等元素和灰分組成，當(dāng)它們被點(diǎn)燃時(shí)，在少量空氣存在的條件下，通過采取措施控制其反應(yīng)過程，可以將大部分能量全部轉(zhuǎn)移到氣體中，變成可燃?xì)怏w。這種混合燃?xì)庖喾Q生物質(zhì)氣，其中含有CO、H2、CH4等有效成分[3]，能夠被廣泛利用。

2.3 杞柳皮飼料化

杞柳皮飼料化是近年來對杞柳皮綜合利用的一項(xiàng)新認(rèn)識，杞柳皮根據(jù)杞柳收割時(shí)間不同可分為生皮（夏收后的杞柳皮）和熟皮（冬收后的杞柳皮）。生皮通過剝皮機(jī)、高溫熏蒸等物理方式就可以簡單剝離，秋后收割的杞柳條難以剝離，過去只能一根根剝離，現(xiàn)在經(jīng)高溫加熱蒸煮處理后，也實(shí)現(xiàn)了簡易剝離，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。醫(yī)學(xué)研究，杞柳皮具有清熱去火的神奇功效，加工后的杞柳皮經(jīng)過消毒，是牛、羊、馬等各類哺乳動(dòng)物的最佳飼料。根據(jù)臨沂大學(xué)的專項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，用2 kg杞柳生皮替代0.5 kg苜蓿干草，或用4 kg杞柳熟皮替代1.5 kg苜蓿干草飼喂奶牛，均能較好地預(yù)防奶牛乳腺炎的發(fā)生，降低奶牛前胃遲緩發(fā)病率，提高奶牛消化率；并且發(fā)現(xiàn)飼喂生皮與飼喂熟皮相比，在預(yù)防奶牛乳腺炎、降低前胃遲緩發(fā)病率、提高消化率方面的效果均表現(xiàn)更好[4-6]。杞柳皮變廢為寶將推動(dòng)全縣畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。1 hm2杞柳皮可育肥45～60只羊或者15頭牛，全縣預(yù)計(jì)可育肥近40萬只羊或10萬頭牛?，F(xiàn)在越來越多的養(yǎng)殖戶已認(rèn)識到杞柳皮對畜牧生產(chǎn)的推動(dòng)作用，他們通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，利用新鮮生皮或者把秸稈發(fā)酵后變成柔軟有甜味的飼料，使杞柳皮變廢為寶，不但美化了環(huán)境，而且增加了收入。

3 參考文獻(xiàn)

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[4] 劉洋，晁洪雨，王自然.杞柳條生皮替代苜蓿對奶牛泌乳性能的影響[J].畜牧與獸醫(yī)，2015（2）：55-57.

篇8

1.1 能源分類

凡是能夠間接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種形式能量載能體的自然資源統(tǒng)稱為能源。在自然界里有一些自然資源本身就擁有某種形式的能量，其在一定條件下能夠轉(zhuǎn)換成人們所需要的能量形式，這種自然資源就是能源，如煤、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能等（一般稱為一次能源）。但生產(chǎn)和生活過程中由于某種需要或便于運(yùn)輸和使用，常將一次能源經(jīng)過一定加工轉(zhuǎn)化，使之成為更符合使用要求的能量形式，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等（一般稱為二次能源）。而根據(jù)能源是否可以再生，又分為再生能源和非再生能源。能源分類見表 1～2。

1.2 能源概況

能源是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化及提高人民生活水平的重要保障。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化程度的不斷提高，對能源的需求量也越來越大。一般說來，一個(gè)國家的國民生產(chǎn)總值和它的能源消費(fèi)量大致成正比。能源是主要?jiǎng)恿碓?，能源的消費(fèi)量越大，產(chǎn)品的產(chǎn)量就越多，經(jīng)濟(jì)就越發(fā)展，整個(gè)社會(huì)就越富裕，人民的生活水平就越高。發(fā)達(dá)國家的人口總和約占世界人口的1/5，而能源消費(fèi)量卻占了世界能源總消費(fèi)量的70％左右。1990 年以來，我國能源生產(chǎn)總量雖已位居世界前列，但由于人口重多，人均占有能源消費(fèi)量只有發(fā)達(dá)國家的 5％～15％，而且在能源結(jié)構(gòu)中還是以煤炭為主，致使環(huán)境污染問題嚴(yán)重，發(fā)達(dá)國家平均煤炭消費(fèi)量只占能源總消費(fèi)量的25％左右。近二三十年來，雖然我國能源開發(fā)利用發(fā)展很快，但無論是從生產(chǎn)到生活，還是從城市到農(nóng)村，煤、油、電等能源仍然十分短缺。如何解決能源短缺問題，有兩條出路可以選擇：一是降低經(jīng)濟(jì)增長速度；二是加大能源開發(fā)力度、狠抓節(jié)約能源工作。近 10 余年來，我國國民生產(chǎn)總值（GDP）增長速度很快，但人均 GDP 仍然很低，如果過分降低經(jīng)濟(jì)增長速度，要在本世紀(jì)中葉達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平的目標(biāo)將難以實(shí)現(xiàn)。因此只有加大能源開發(fā)力度、提供足夠的能源才能使我國經(jīng)濟(jì)得以持續(xù)發(fā)展。根據(jù)我國國情，最經(jīng)濟(jì)、最豐富的能源資源就是煤炭。因此，我國必須在增加煤炭生產(chǎn)的同時(shí)，狠抓節(jié)煤工作，提高其利用效率，加強(qiáng)環(huán)境治理與保護(hù)，決不能走發(fā)達(dá)國家先污染、后治理的老路。石油在我國能源構(gòu)成比例中占20％，其是交通工具的主要?jiǎng)恿δ茉?，其中汽車是石油的最大用戶。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氣體是城市大氣污染的主要來源。因此在狠抓節(jié)煤工作、提高其利用效率的同時(shí)，還必須狠抓節(jié)油工作，提高其燃燒效率，降低汽車尾氣中的有害物排放量。根據(jù)世界能源發(fā)展新戰(zhàn)略的規(guī)劃，發(fā)達(dá)國家的人均能耗從1980年的 6.78t 標(biāo)煤下降到 2020 年的 3.44t標(biāo)煤，到2020 年能源總消費(fèi)量將為 120 億 t 標(biāo)煤，只增加10％，而經(jīng)濟(jì)增長仍可達(dá)到 50％～100％。我國是低收入國家，但每萬美元國民生產(chǎn)總值能耗為世界之首，為發(fā)達(dá)國家的 4～6 倍；產(chǎn)品能耗平均為發(fā)達(dá)國家的 2 倍，使用能源的設(shè)備效率要低10％～40％。因此，要使經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，在增加能源生產(chǎn)的同時(shí)，還必須提高能源利用率、節(jié)約能源及解決環(huán)境保護(hù)問題。

2木質(zhì)生物質(zhì)能源技術(shù)的發(fā)展

2.1生物質(zhì)能源

生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。它的轉(zhuǎn)換利用技術(shù)有熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)、生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)及化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)。目前我國生物質(zhì)能源的發(fā)展還存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）各學(xué)科技術(shù)開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡；

（2）技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造能力有待提高；

（3）技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與國外先進(jìn)水平差距較大；

（4）生物質(zhì)能源資源評價(jià)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢測和認(rèn)證等體系不完善；

（5）人才培養(yǎng)不能滿足市場快速發(fā)展的要求；

（6）沒有形成支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)服務(wù)體系。工業(yè)大革命以后，煤、石油和天然氣一直是人類能源的主角，然而對地球上現(xiàn)有礦物質(zhì)能源的樂觀估計(jì)也只能再用 100 年。根據(jù)世界能源權(quán)威機(jī)構(gòu) 1999 年底的分析，世界已探明的主要礦物燃料儲(chǔ)量和開采量不容樂觀：石油剩余可采年限僅有 40 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的40.5%；天然氣剩余可采年限為61.9年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 24.1%；煤炭剩余可采年限為 230 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 25.2%；鈾剩余可采年限為 73 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的7.6%。

按目前的消耗估算，本世紀(jì)下半葉，人類不但將面臨嚴(yán)峻的能源危機(jī)，而且還將面臨過度使用礦物質(zhì)能源而造成的生態(tài)環(huán)境危機(jī)。與礦物質(zhì)能源相比，生物質(zhì)能源一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物質(zhì)能源具有以下特點(diǎn)：①可再生性，且產(chǎn)量大；②可儲(chǔ)藏性和可替代性；③資源豐富；④二氧化碳零排放，生物質(zhì)能源燃料燃燒所釋放出的二氧化碳大體上相當(dāng)于其生長時(shí)通過光合作用所吸收的二氧化碳，所以應(yīng)用生物質(zhì)能源時(shí)二氧化碳的排放可認(rèn)為是零。我國是最大的發(fā)展中國家，同時(shí)又是一個(gè)人口大國，能源短缺及利用水平低是阻礙國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的瓶頸之一。我國石油資源相對不足，如果繼續(xù)增加煤炭用量將加劇環(huán)境污染，21 世紀(jì)將面臨經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。從能源長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略高度來審視，尋求一條可持續(xù)發(fā)展的能源道路、大力利用新能源和可再生（新）能源以減少對環(huán)境污染，加快新能源對傳統(tǒng)能源的新舊更替，已成為我國近期急需解決的重大問題。改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源，對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都具有重大意義。我國陸地林木生物質(zhì)資源總量在 180 億 t 以上，可用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源的主要是薪炭林、林業(yè)廢棄物和平茬灌木等。林業(yè)生物質(zhì)能資源在我國農(nóng)村能源中占有重要地位，我國農(nóng)村消耗的林業(yè)生物質(zhì)能資源約占農(nóng)村能源總消費(fèi)量的 20%。在山區(qū)和林區(qū)，農(nóng)民 50%以上的生活用能依靠林業(yè)資源。目前我國的生物質(zhì)能源利用率很低，生物質(zhì)能源綜合利用效率僅為 16%，薪柴超伐量達(dá) 54%，秸稈直接燃燒用量占 60%。生物質(zhì)能源的不合理消耗，加劇了農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡的失調(diào)。木材是生物能源的主體，是最古老的能源物質(zhì)，與化石能源相比，其是一種可再生能源；與秸稈相比，其能量密度高，種類豐富，一次栽種多年受益，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模能源化的理想生物質(zhì)資源。但長期以來我國對木質(zhì)生物質(zhì)能源的利用方式一直是以直接燃燒為主，只是近年來才開始采用新技術(shù)加以利用，但規(guī)模小，普及程度較低，在農(nóng)村乃至國家的能源結(jié)構(gòu)中只占有極小的比例。

2.2生物質(zhì)能源應(yīng)用技術(shù)

人類對木質(zhì)生物質(zhì)能源的利用已有悠久的歷史，但多是以直接燃燒的方式來利用它的能量，直到 20 世紀(jì)，特別是近 20 年來，木質(zhì)生物質(zhì)能源的研究和應(yīng)用才有了快速的發(fā)展。目前國內(nèi)外已有的木質(zhì)生物質(zhì)能源利用技術(shù)主要有以下幾方面。

（1）燃燒木質(zhì)燃料：通過直接燃燒木質(zhì)生物質(zhì)而獲得熱能是目前木質(zhì)生物質(zhì)能源利用的最主要方式，木質(zhì)燃料主要包括薪材和木質(zhì)壓縮成型燃料。木質(zhì)壓縮成型燃料是以木屑、樹皮等林業(yè)剩余物為原料，在加壓（49～196MPa）、加熱條件下，壓縮成棒狀、顆粒狀且質(zhì)地堅(jiān)實(shí)的成型物體，可作為工業(yè)鍋爐、民用灶爐以及工廠和家庭取暖的燃料，也可以進(jìn)一步加工成木炭和活性炭。

（2）氣化：氣化是指木質(zhì)生物質(zhì)在高溫條件下，與氣化劑（空氣、氧氣和水蒸氣）反應(yīng)后得到的小分子可燃?xì)怏w的過程。目前使用最廣泛的是以空氣為氣化劑，產(chǎn)生的氣體主要作為燃料用于鍋爐、民用爐灶發(fā)電等場合，也可以作為合成甲醇的化工原料。

（3）液化：液化是指采用化學(xué)方法將木質(zhì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程。液化技術(shù)主要分間接液化和直接液化兩種。間接液化就是把木質(zhì)生物質(zhì)氣化成氣體后，再進(jìn)一步合成為液體產(chǎn)品；或者采用水解法，把木質(zhì)生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為多糖，然后通過生物技術(shù)將其發(fā)酵成乙醇。直接液化是把木質(zhì)生物質(zhì)放在高壓設(shè)備中，添加適宜的催化劑，在一定的工藝條件下反應(yīng)制成液化油，作為汽車用燃料或進(jìn)一步分離加工成化工產(chǎn)品。

（4）熱解：木質(zhì)生物質(zhì)在隔絕或少量供給氧氣的條件下，加熱分解的過程稱為熱解。熱解過程所得產(chǎn)物主要有氣體、液體和固體，其比例根據(jù)不同的工藝條件而不同。

3我國木質(zhì)生物質(zhì)能源的發(fā)展及應(yīng)用

（1）薪炭林：薪炭林是以生產(chǎn)木材燃料（薪材）為主要目的的樹種，在我國有悠久的經(jīng)營利用歷史。我國從1981年開始實(shí)施薪炭林工程，截至到 2000 年，已營造551.3萬 m2，生物質(zhì)獲得量達(dá) 2000 萬 t/a，相當(dāng)于 1143.2萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤。長期以來，我國的廣大農(nóng)村一直以木質(zhì)燃料作為廉價(jià)燃料，營造薪炭林已成為解決我國農(nóng)村能源問題的有效途徑。

（2）木質(zhì)壓縮成型燃料：我國木質(zhì)壓縮成型燃料研發(fā)工作起步較晚，但現(xiàn)在已達(dá)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。1990 年中國林科院林化所與東海糧食機(jī)械廠合作，完成了國家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目———木質(zhì)棒狀成型機(jī)的研發(fā)工作，并建立了 1000t 級的棒狀成型燃料生產(chǎn)線，而且還出口到馬來西亞、埃塞俄比亞、印度尼西亞等國家。1998 年林化所又與江蘇正昌糧機(jī)集團(tuán)公司合作，研發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)，其生產(chǎn)能力為 250～300kg/h，生產(chǎn)的顆粒成型燃料特別適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司從美國引進(jìn)了適用于家庭使用的取暖爐技術(shù)，通過消化吸收，現(xiàn)已形成了工業(yè)化生產(chǎn)。此外，還從美國引進(jìn)了一套生產(chǎn)能力為1.5t/h的顆粒成型燃料生產(chǎn)線，1999年開始正式生產(chǎn)，目前運(yùn)行情況良好。

（3）氣化發(fā)電：經(jīng)過十幾年的研究、試驗(yàn)、示范，生物質(zhì)氣化技術(shù)已基本成熟。木質(zhì)生物質(zhì)氣化主要分為兩種工藝類型，一是中國林科院林化所研究開發(fā)的以林業(yè)生產(chǎn)剩余物為原料的上吸式氣化爐，其氣化效率達(dá) 70%以上，最大生產(chǎn)能力達(dá) 6.3×106kJ/h（消耗木片量為300kg/h），產(chǎn)生的水煤氣用于集中供熱和居民家庭使用；二是循環(huán)流化床氣化爐，其氣化效率達(dá) 75%，最大輸出功率約 2900MW，該系統(tǒng)主要是處理木材加工的廢棄物（如木粉等）為工廠內(nèi)燃機(jī)發(fā)電提供燃料。

（4）林業(yè)生物乙醇：生物乙醇是近年最受關(guān)注的石油替代燃料之一。目前糧食淀粉的生物乙醇已基本實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但成本較高。纖維素生物質(zhì)作為生產(chǎn)燃料乙醇的原料豐富而廉價(jià)，利用木質(zhì)纖維制取燃料乙醇是解決原料來源和降低成本的主要途徑?！鞍宋濉逼陂g，我國開始利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術(shù)的探索和研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發(fā)酵技術(shù)，并在“九五”期間進(jìn)入中間試驗(yàn)階段；“十五”期間又開展了用木屑為原料稀鹽酸水解制備酒精、水解木質(zhì)素制備高吸收能活性炭的研究。南京林業(yè)大學(xué)從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始對植物纖維生物轉(zhuǎn)化制取乙醇的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。隨后，我國開展了生物質(zhì)原料的高壓蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)、纖維素酶制備技術(shù)、大規(guī)模酶降解技術(shù)、戊糖己糖同步發(fā)酵技術(shù)、微生物細(xì)胞固定技術(shù)、在線雜菌防治技術(shù)以及副產(chǎn)品木質(zhì)素的深加工利用技術(shù)等項(xiàng)研究工作，目前這些技術(shù)仍處于研發(fā)階段。

（5）熱解：我國從 20 世紀(jì) 50～60 年代就開始進(jìn)行木材熱解技術(shù)的研究工作。中國林科院林化所在北京光華木材廠建立了一套生產(chǎn)能力為 500kg/h 的木屑熱解工業(yè)化生產(chǎn)裝置，在安徽蕪湖木材廠建立了年處理能力達(dá)萬噸以上的木材固定床熱解系統(tǒng)。黑龍江鐵力木材干餾廠曾從前蘇聯(lián)引進(jìn)了一套年處理木材10 萬 t的大型木材熱解設(shè)備。但以木材為原料來制取化工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高，難以與石化產(chǎn)品競爭，因此研究工作轉(zhuǎn)向以熱解產(chǎn)品的深加工開發(fā)，如活性炭、木醋液等應(yīng)用研究領(lǐng)域。國內(nèi)在快速熱解制取液化油的研究開發(fā)方面尚未見報(bào)道?？傊?，我國在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究開發(fā)方面做了許多工作，取得了明顯進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家相比仍然差距甚遠(yuǎn)。

篇9

關(guān)鍵詞：煤化工 化學(xué)工業(yè)

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 煤化工的相關(guān)概述

1.1 概念

煤化工：是以煤為原料經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化成氣體、液體和固體并進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)過程。

1.2 煤化工的分類

從煤的加工過程分，主要包括干餾(含煉焦和低溫干餾)，氣化，液化和合成化學(xué)品等；

從產(chǎn)品上劃分，煤化工包括焦炭、煤焦油等傳統(tǒng)煤化工和煤制油、煤制烯烴和甲醇制二甲醚等新型煤化工；

從加工深度上分，煤化工包括煤的一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度化學(xué)加工。

1.3 煤基替代能源特點(diǎn)

煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烴等產(chǎn)品和石油產(chǎn)品比較，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性，和生物質(zhì)能源比較成本優(yōu)勢更加明顯。煤基替代能源替代范圍廣泛，可以利用粉煤甚至高硫煤作為原料，原料分布廣泛，價(jià)格低廉。采用先進(jìn)的煤氣化技術(shù)制造的替代能源，能降低直接燃燒煤炭帶來的污染，是更優(yōu)質(zhì)環(huán)保的能源，以煤逐步取代部分石油的戰(zhàn)略趨勢，已成為21 世紀(jì)的必然，為了減輕對石油進(jìn)口的依賴，發(fā)展煤化工是我們的必然選擇。

1.3.1 新一代煤化工技術(shù)

以煤氣化為龍頭，以一碳化工技術(shù)為基礎(chǔ)，合成、制取各種化工產(chǎn)品和燃料油的煤炭潔凈利用技術(shù)；與電熱等聯(lián)產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)煤炭能源效率最高、有效組分最大程度轉(zhuǎn)化、投資運(yùn)行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目標(biāo)。

1.3.2 新型煤化工特點(diǎn)

以清潔能源和石油可替代品為主要產(chǎn)品；煤炭—能源化工一體化；高新技術(shù)及優(yōu)化集成；建設(shè)大型企業(yè)和產(chǎn)業(yè)基地；有效利用煤炭資源；經(jīng)濟(jì)效益最大化；環(huán)境友好。

現(xiàn)代煤化工集成化技術(shù)—“五代一變”：通過發(fā)展煤炭加工、轉(zhuǎn)化和煤化工，開發(fā)煤基醇醚燃料、煤制油、煤層氣等替代能源，實(shí)現(xiàn)二甲醚替代液化石油氣和柴油、煤層氣替代天然氣、噴吹煤替代重油、乙炔化工和焦化副產(chǎn)品綜合替代石油化工產(chǎn)品及煤炭通過液化變成油品，從而把煤炭轉(zhuǎn)化為高效、潔凈的新型能源和石油替代產(chǎn)品。

如表1所示，甲醇摻燒汽油表觀消費(fèi)量增加，而與原油的價(jià)格相比卻有明顯優(yōu)勢。雖然甲醇摻燒汽油具有一定的操作難度，但市場容量無預(yù)期的大。

表1 甲醇摻燒汽油進(jìn)出口量與原油價(jià)格對比

DME直接替代柴油；需要時(shí)間；發(fā)動(dòng)機(jī)需要改造；加氣站需要改造或重建；需要全國大范圍的推廣。LPG摻燒25%DME；存在現(xiàn)實(shí)可能性；外購甲醇生產(chǎn)的DME并無競爭力。

表2 現(xiàn)今使用的幾種燃料油的成本對比

如表2所示，甲醇與LPG在獲得相等熱值的條件下成本較低，因此使“煤變油”具有明顯優(yōu)勢存在巨大的發(fā)展空間，但直接液化產(chǎn)油對煤種要求高，推廣具有難度；間接液化煤變油具有明顯的成本優(yōu)勢。煤間接液化制得烯烴，具有明顯的成本優(yōu)勢。

2 我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.12007年發(fā)展?fàn)顩r

2.1.1 相關(guān)政策對煤化工發(fā)展仍起主導(dǎo)作用

我國煤化工行業(yè)有序發(fā)展；煤制油和MTO/MTP示范裝置將在預(yù)定時(shí)間內(nèi)建成并試運(yùn)行

受發(fā)改委禁止新建項(xiàng)目將天然氣用于化工用途的影響，煤制甲醇將成為我國甲醇的最主要來源。

2.1.2 神華煤制油裝置建設(shè)進(jìn)展順利

2004年8月開工建設(shè)；2007年年底已經(jīng)完成工程進(jìn)度的98% ，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)具有里程碑意義的重大技術(shù)突破，神華直接煤制油示范裝置將于2008年初投產(chǎn)試車。

2.1.3 醇醚燃料發(fā)展迅速

建成投產(chǎn)的甲醇和二甲醚裝置分別達(dá)到了幾百萬噸；在建的裝置總規(guī)模也達(dá)到了千萬噸級；二甲醚的車用也取得了突破性進(jìn)展。

2.1.4 自主煤化工新技術(shù)開始取得領(lǐng)先

即將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的神華煤直接制油技術(shù)，開工建設(shè)2000噸/年催化劑工廠的大連化物所DMTO技術(shù)，出口國外的兗礦-華東理工大學(xué)水煤漿氣化技術(shù)；2007年12月在云南解化投產(chǎn)的甲醇制汽油技術(shù)為代表。

3 煤化工產(chǎn)業(yè)存在的問題

3.1 資源和環(huán)境存在巨大壓力

3.1.1 煤炭資源

預(yù)計(jì)2010 年全國甲醇產(chǎn)能達(dá)到5000萬t，則需要煤炭資源1億t；而根據(jù)現(xiàn)在規(guī)劃的煤制油項(xiàng)目規(guī)模將超過3000t 以上，按4－5 t 煤制1t 油、3 000 萬t 產(chǎn)能計(jì)算，需要1.2億－1.5億t 煤炭。但按照我國煤炭工業(yè)“十一五”規(guī)劃，到2010 年，全國化工用煤也只有1 億多噸。

3.1.2 水資源

150 萬t/a 油品的間接液化工廠日需原水供應(yīng)量約為5.5 萬m3；100 萬t/a 油品的直接液化工廠日需原水約2.3 萬m3。

3.2 產(chǎn)品品質(zhì)面臨挑戰(zhàn)

以PVC 行業(yè)為例，煤化工電石法PVC 的市場價(jià)格總是石油化工比乙烯法PVC 要低上幾百元甚至上千元每噸。除去成本因素外，由于工藝路線不同導(dǎo)致的電石法PVC 的品質(zhì)略低也是主要原因。電石法PVC 主要占據(jù)管材、型材等中低端領(lǐng)域，而乙烯法PVC則占據(jù)透明制品、高檔膜料等高端領(lǐng)域，并且雙方在電纜料、軟板市場展開激烈的競爭。產(chǎn)品品質(zhì)，成為制約電石法PVC 進(jìn)軍高端市場的主要原因。

3.3 單個(gè)項(xiàng)目建設(shè)資金投入多

例如：建設(shè)100萬t/a 油品產(chǎn)量的直接液化工廠投資約80億－90億元，同等規(guī)模的間接液化工程資金投入約90億－100億元。煤化工聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有利于減少建設(shè)資金投入，如50萬t/a 煤直接液化與300萬t/a 煤焦化聯(lián)產(chǎn)時(shí)，直接液化部分的資金投入大約為35億－40億元。

4 我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

4.1 《煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》出臺(tái)及其影響分析

我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的基本精神：穩(wěn)步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，以緩解石油供應(yīng)的緊張局面；科學(xué)制定發(fā)展規(guī)劃，促進(jìn)煤炭區(qū)域產(chǎn)銷平衡，鼓勵(lì)煤炭資源接續(xù)區(qū)煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展，適度安排供煤區(qū)煤化工項(xiàng)目的建設(shè)，限制調(diào)入?yún)^(qū)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；統(tǒng)籌煤與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展；煤化工業(yè)要堅(jiān)持循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則，走大型化、基地化的路子，發(fā)展開放式的產(chǎn)業(yè)鏈條；安全發(fā)展，認(rèn)真進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評估；

4.2 將會(huì)發(fā)展有競爭力的產(chǎn)品領(lǐng)域

傳統(tǒng)產(chǎn)品領(lǐng)域：要對與石油化工路線相比具有比較優(yōu)勢的煤化工的產(chǎn)品領(lǐng)域大力進(jìn)行技術(shù)改造，并促使企業(yè)改制、改組，設(shè)法做強(qiáng)做大，增強(qiáng)國際競爭力。 能源替代品：這一部分是煤化工的潛在市場，市場前景廣闊，是發(fā)展的重點(diǎn)。未來幾年，中國煤化工的主攻方向是綠色高新精細(xì)化工。掌握煤化工某些核心技術(shù)如煤氣化技術(shù)的企業(yè)應(yīng)積極走出去，利用已有的技術(shù)優(yōu)勢和人才、管理優(yōu)勢，采用參股、控股等形式與西部煤炭富足地區(qū)進(jìn)行合作，同時(shí)與科研院所聯(lián)合，尋找有市場潛力的項(xiàng)目，做好前瞻性準(zhǔn)備，培育成為公司的拳頭產(chǎn)品。

4.3 堅(jiān)持走轉(zhuǎn)變增長方式的道路

從資源流程和對環(huán)境影響的角度考察，增長方式存在兩種模式：一種傳統(tǒng)模式，即“資源—產(chǎn)品—廢物”的單向線性過程。經(jīng)濟(jì)增長越快，資源消耗越大，污染排放越多，對資源環(huán)境的負(fù)面影響越大；另一種是循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，即“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的閉環(huán)反饋式循環(huán)過程。

參考文獻(xiàn)

[1]唐宏青. 煤化工工藝技術(shù)評述與展望[ J ]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2001,29（1）：1—5.

篇10

秸稈氣化技術(shù)和農(nóng)村集中供氣系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的新的技術(shù)工藝。該技術(shù)工藝是秸稈類生物質(zhì)在缺氧條件下，經(jīng)過外部加熱，使生物質(zhì)中的C、H、O等元素轉(zhuǎn)變成CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w，通過管道網(wǎng)絡(luò)供給農(nóng)民。這種技術(shù)既改變了農(nóng)民直接燃燒生物質(zhì)以獲取能源的傳統(tǒng)方式，又適應(yīng)了部分農(nóng)民由于生活水平提高而對高品位燃料的需求。

一、秸稈氣化的基本原理

氣化是指將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。當(dāng)秸稈類物料燃燒時(shí)，需要一定量的O2，如果提供的O2等于或多于這個(gè)值，秸稈便可以充分地燃燒，最后的殘余物為灰分。如果提供的O2量很少，秸稈在燃燒過程中便不能全部燒掉，提供的O2越少，沒能燒掉的可燃成分就越多，這些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。4個(gè)反應(yīng)區(qū)的氣化過程如下。

1　秸稈的氧化反應(yīng)

氣化劑(空氣)由氣化爐的底部進(jìn)入，在經(jīng)過灰渣層時(shí)被加熱。加熱后的氣體進(jìn)入氣化爐底部的氧化區(qū)，同熾熱的炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成CO2并同時(shí)放出熱量。由于是限氧燃燒，O2，的供給不充分，因而不完全燃燒反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，生成CO，同時(shí)也放出熱量。在氧化區(qū)，溫度可達(dá)1000～1200℃。反應(yīng)為：

C+O2=CO2+AH　H=408.8kJ

2C+O2=2CO+H　H=246.44kJ

在氧化區(qū)進(jìn)行的均為燃燒反應(yīng)，并放出熱量，也正是這部分反應(yīng)熱為還原區(qū)的還原反應(yīng)、物料的裂解和干燥提供了熱源。在氧化區(qū)中生成的熱氣體CO和CO2進(jìn)入氣化爐的還原區(qū)，灰則進(jìn)入下部的灰室中。

2　還原反應(yīng)

在還原區(qū)已沒有O2存在，在氧化反應(yīng)中生成的CO2在這里同炭及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成CO和h2。由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度也相應(yīng)降低，為700～900％。

還原區(qū)的主要產(chǎn)物為CO、CO2和h2，這些熱氣體同氧化層生成的部分熱氣體進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則落入氧化區(qū)。

3　裂解反應(yīng)

在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的熱氣體，在上行過程中經(jīng)過裂解層，同時(shí)將秸稈加熱，秸稈受熱后發(fā)生裂解反應(yīng)。在反應(yīng)中，秸稈中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。由于秸稈的裂解需要大量的熱量，在裂解區(qū)溫度降到400～600％。

裂解區(qū)的主要產(chǎn)物為炭、h2、水蒸氣、CO、CO2、Ch2、焦油及其它烴類物質(zhì)(CmHn)等，這些熱氣體繼續(xù)上升，進(jìn)入到干燥區(qū)，而炭則進(jìn)入下面的還原區(qū)。

4　秸稈的干燥

氣化爐最上層為干燥區(qū)，從上面加入的物料直接進(jìn)入到干燥區(qū)，濕物料在這里同下面3個(gè)反應(yīng)區(qū)生成的熱氣體產(chǎn)物進(jìn)行換熱，使原料中的水分蒸發(fā)，該層溫度為100～300℃。干燥層的產(chǎn)物為干物料和水蒸氣，水蒸氣隨著下面的3個(gè)反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)熱排出氣化爐，而干物料則進(jìn)入裂解區(qū)。

通常把氧化區(qū)及還原區(qū)合起來稱作氣化區(qū)，氣化反應(yīng)主要在這里進(jìn)行。裂解區(qū)及干燥區(qū)則統(tǒng)稱為燃料準(zhǔn)備區(qū)或燃料預(yù)處理區(qū)，在這里反應(yīng)是按照干餾的原理進(jìn)行的，其載熱體是來自氣化區(qū)的熱氣體。

在氣化爐出口，產(chǎn)出氣體成分主要為CO、CO2、h2、Ch2、焦油及少量其它烴類，還有水蒸氣及少量灰分。氣體經(jīng)過凈化后，便可送入儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)存，供居民使用。

二、秸稈氣化的主體組成

氣化爐是秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)的核心設(shè)備。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中大部分采用下吸式固定床氣化爐，主要由內(nèi)膽、外腔及灰室組成。

進(jìn)入到氣化爐內(nèi)的秸稈最初在物料的最上層，即處在干燥區(qū)內(nèi)。由于受外腔里的熱氣體及內(nèi)膽里熱氣體的熱輻射，水分蒸發(fā)了，秸桿變成干物料。隨著物料的消耗，秸桿向下移動(dòng)進(jìn)入裂解區(qū)。由于裂解區(qū)的溫度高，達(dá)到了揮發(fā)分溢出溫度，因而秸稈開始裂解，揮發(fā)分氣體開始產(chǎn)生，干秸稈逐漸分解為炭、揮發(fā)分及焦油等。而生成的炭隨著物料的消耗而繼續(xù)下移進(jìn)入氧化區(qū)。在氧化區(qū)，由裂解區(qū)生成的炭與氣化劑中的O2進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成CO2、CO。沒有在反應(yīng)中消耗掉的炭繼續(xù)下移進(jìn)入還原區(qū)，與裂解區(qū)及氧化區(qū)生成的CO2，發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，炭還與水蒸氣反應(yīng)生成h2和CO。

氣化過程中空氣的供給是靠系統(tǒng)后端的容積式風(fēng)機(jī)的抽力實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)的秸稈氣化爐都是在微負(fù)壓的條件下運(yùn)行，進(jìn)風(fēng)量可以調(diào)節(jié)。

從秸稈氣化爐中生成的可燃?xì)怏w含有雜質(zhì)，且溫度太高，并不適合直接送給用戶使用，必須進(jìn)行凈化。凈化秸稈氣的主要目的是除去灰分、炭顆粒、水分、焦油及冷卻。凈化系統(tǒng)中常用設(shè)備為旋風(fēng)分離除塵器、噴淋塔、液滴分離器和生物質(zhì)過濾器。

1　旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離除塵器是應(yīng)用最廣。也是最有效的除塵設(shè)備。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中采用的是切流式旋風(fēng)分離除塵器。需凈化的秸稈氣通過連接管沿切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離的圓筒部分，懸浮在秸稈氣中的灰分、炭顆粒等粒子靠離心力的作用被拋向器壁。粒子由于與器壁的摩擦而失去其活動(dòng)力，受重力的作用而落至旋風(fēng)分離器底部的圓錐部分，從旋風(fēng)分離器底部的排放孔定期排出。已除塵的秸稈氣通過位于旋風(fēng)分離器中心線上的排氣管道排出。

氣體的除塵效果與氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)的速度大小有關(guān)。秸稈氣的進(jìn)氣速度太小，除塵效果不明顯：進(jìn)氣速度太大，會(huì)將已沉降的塵粒重新吹起來。適宜的進(jìn)氣速度是15～20m／s。旋風(fēng)分離器的直徑越小，氣體的除塵就越完善。在保持氣體最適宜的速度條件下，直徑減小可使氣體的旋轉(zhuǎn)次數(shù)增加。

為了提高除塵效果，實(shí)際上常常使用多個(gè)旋風(fēng)分離 器，將它們并聯(lián)或串聯(lián)。串聯(lián)時(shí)的除塵效果更好，但卻增大了系統(tǒng)阻力。

2　噴淋塔

很多秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中都使用噴淋塔來凈化秸稈氣。噴淋塔的作用不是單一的而是多樣的，它既可以除塵、除焦油，也可以冷卻秸稈氣。絕大多數(shù)的噴淋塔為圓形截面。被冷卻的氣體從下面送入，噴淋水則由上面送入，這樣就形成了水和氣體的相對流動(dòng)。含雜質(zhì)氣體在由下至上流動(dòng)過程中，經(jīng)過一排排向下噴淋的液滴，液滴可以捕捉氣體中的雜質(zhì)，并冷卻氣體，從而達(dá)到除塵、除焦油并冷卻秸稈氣的目的。

3　文氏管洗滌器

文氏管洗滌器是另一種濕法除塵設(shè)備。當(dāng)含塵氣體通過文氏管時(shí)，利用文氏管的收縮管徑。使氣體的流動(dòng)速度增加。由于氣體流速增加使得文氏管內(nèi)的壓力降低，從而使管外的液體通過小孔被吸入到管內(nèi)，同時(shí)液體被霧化成細(xì)小液滴，吸附塵粒子。霧滴與氣體問的相對速度很高，高壓降文氏管可清除小于1μm的微小顆粒很適于處理粘性粉氣體。一般情況下，氣體經(jīng)過文氏管加速后，流速應(yīng)控制在60～120m／s。

4　液滴分離器

大多數(shù)情況下，秸稈氣在經(jīng)過濕法除塵冷卻后。都會(huì)帶入一定的水分，所以去除水分也是氣體凈化過程中必須的。通常的除水分設(shè)備為液滴分離器，也就是液滴捕集器。氣體在通入液滴分離器后，由于撞到設(shè)置在分離器內(nèi)的不同方向的擋板，而使氣體的流動(dòng)速度及方向都發(fā)生改變。撞擊到擋板上的液滴在重力的作用下下落，從而使液滴從氣體中分離出來。

5　生物質(zhì)過濾器

生物質(zhì)過濾器是利用顆粒層過濾原理對氣體進(jìn)行凈化，它是秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中比較有效的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的凈化設(shè)備。當(dāng)秸稈氣通過濾料時(shí)，氣體中的雜質(zhì)、微細(xì)炭顆粒、水分、焦油等被過濾器濾料的多孔體表面吸附。在秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)中一般采用不同粒度等級的木屑、玉米芯作為濾料，所以稱作生物過濾器。當(dāng)木屑或玉米芯吸附物達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，應(yīng)以新的木屑、玉米芯替換下來，并將舊的作為氣化原料投入氣化爐，這樣可以減少二次污染。

生物質(zhì)過濾器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)除塵效率高，總除塵效率一般為98％～99.9％；(2)適應(yīng)性廣；(3)處理氣體量、氣體溫度和入口含塵濃度等的波動(dòng)對除塵效率的影響較小；(4)濾料來源廣、價(jià)格便宜，而且不用水，設(shè)備阻力中等。

在秸稈氣化系統(tǒng)中所采用的生物質(zhì)過濾器通常為固定床多層過濾器，有水平床層和垂直床層2種。

6　羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)是燃?xì)夤こ讨凶畛Ｓ玫娜細(xì)饧訅涸O(shè)備。它在殼體中有一對“8”字形的轉(zhuǎn)子，運(yùn)行時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子與壁面之間包圍的空間體積產(chǎn)生周期性變化。從而對其間的氣體產(chǎn)生壓縮。提高了燃?xì)鈮毫Α?/p>

如果忽略氣體沿轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與壁面之間的間隙回流。羅茨風(fēng)機(jī)可以看成是容積式輸送機(jī)，即氣體流量受壓力影響很小，可以保持燃?xì)獍l(fā)生系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

7　儲(chǔ)氣柜

儲(chǔ)氣柜是燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是：(1)儲(chǔ)存部分燃?xì)?，用以補(bǔ)償用氣負(fù)荷的變化，保證燃?xì)獍l(fā)生系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。集中供氣系統(tǒng)的用氣高峰集中在一日三餐的炊事時(shí)間，平時(shí)只有零星用氣。儲(chǔ)氣柜在非用氣高峰時(shí)儲(chǔ)存部分燃?xì)?，而在用氣高峰時(shí)放出來以補(bǔ)充氣化機(jī)組不能及時(shí)供應(yīng)的部分燃?xì)饬俊?2)為燃?xì)夤芫W(wǎng)提供一個(gè)恒定的輸配壓力，保證燃?xì)廨斉渚猓构芫W(wǎng)內(nèi)所有的燃?xì)庠疃寄馨凑疹~定的壓力正常燃燒。

燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中常用的儲(chǔ)氣柜有2類：低壓濕式儲(chǔ)氣柜和低壓干式儲(chǔ)氣柜。

8　輸氣管網(wǎng)

輸氣管網(wǎng)分室外和室內(nèi)2個(gè)部分。煤氣輸送外網(wǎng)可采用水煤氣鋼管和PE管2種。前者造價(jià)低，后者造價(jià)雖高，但壽命長。戶內(nèi)使用鍍鋅管，并配有煤氣表。輸氣管網(wǎng)應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行管徑計(jì)算和管路施工。

三、系統(tǒng)在操作、運(yùn)行和管理中應(yīng)注意的問題

1　正確選擇技術(shù)類型及主要設(shè)備

系統(tǒng)在使用前須詳細(xì)正確地分析本地的實(shí)際條件。根據(jù)具體實(shí)際情況和現(xiàn)有條件，選擇相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)類型，這樣才能正確有效地發(fā)揮秸稈氣化技術(shù)。如果設(shè)備或技術(shù)類型選擇不當(dāng)，輕者系統(tǒng)運(yùn)行不暢、故障頻繁、維修費(fèi)用增高、達(dá)不到投資預(yù)期目的，重者整個(gè)系統(tǒng)無法運(yùn)行、設(shè)備損壞，甚至還有安全隱患。

2　嚴(yán)格控制秸稈氣的質(zhì)量

秸稈氣化產(chǎn)出氣體的質(zhì)量是保證應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)單位出具的技術(shù)說明、操作規(guī)程和維護(hù)保養(yǎng)條例，按規(guī)定操作運(yùn)行，從而保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，能得到高質(zhì)量、合格的氣體。

3　保證安全生產(chǎn)

秸稈氣易燃、易爆、有毒，而且原料也是可燃的，因此增強(qiáng)有關(guān)人員的安全意識是非常必要的。首先，從設(shè)計(jì)上就必須按照國家有關(guān)防火防爆規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；其次，在設(shè)備的制造安裝過程中也必須遵照國家的規(guī)定，儲(chǔ)氣柜的制造安裝及輸氣管網(wǎng)的安裝都必須由國家有關(guān)部門認(rèn)可的有資質(zhì)的單位來執(zhí)行的；系統(tǒng)的生產(chǎn)和運(yùn)行也必須符合國家有關(guān)規(guī)定。

4　提高人員素質(zhì)

在農(nóng)村使用此類技術(shù)，要注意安全使用常識的宣傳。管理人員和操作人員應(yīng)了解有關(guān)基本知識，并掌握所用技術(shù)的基本原理，并能夠?qū)υO(shè)備故障作簡單的處理。否則，也會(huì)造成重大事故。