生物燃料研发篇1
中国成为继美国、法国、芬兰之后第4个拥有生物航空燃料自主研发生产技术的国家，中国石化成为中国首家拥有生物航空燃料自主研发生产技术的企业。
24日晨5时整，中国民用航空局确认了中国石化生物航煤产品质量，颁发特许飞行许可。5时43分，飞行机组驾驶着这架“绿色”航班，由上海虹桥机场起飞，在批准空域进行了85分钟技术飞行测试后，于7时08分平稳降落。测试结束后，机组成员汇报了飞行过程中各项测试科目完成情况，称“飞行过程中动力很足，与使用传统航空燃料没有
区别”。
中国民航局生物航煤适航审定委员会对试飞结果进行了评议。适航审定委员会主任、中国民航局适航司副司长徐超群说，生物航煤是全球航空燃料发展的重要方向，试飞成功标志着中国生物航空燃料研发生产取得重大突破。
试飞成功是生物航煤商业化应用的关键一环。中国石化新闻发言人吕大鹏说，中国石化将在各方支持下，加快推进生物航煤的商业化应用。
生物航煤是以可再生资源为原料生产的航空煤油，与传统石油基航空煤油相比，具有很好的降低二氧化碳排放作用。欧美国家从2008年起陆续开展生物航空燃料研发和试验飞行，2011年起开始商业飞行。生物航空燃料主要以椰子油、棕榈油、麻风子油、亚麻油、海藻油、餐饮废油、动物脂肪等为原料。
据介绍，试飞成功后，中国石化生物航煤适航审定工作进入适航颁证前的审议阶段。全部适航审查通过后，适航审定委员会将颁发中国第一张生物航煤生产适航许可证。届时，生物航煤产品可进入商业化应用。
生物燃料研发篇2
生物燃料越来越受欢迎是因为油价的提高和对能源安全的需要。国际能源机构（iea）的目标是到2050年，生物燃料要满足超过四分之一的世界运输燃料需求，以减少对石油和煤的依赖。预计未来五年全球生物燃料市场的复合年增长率将达到12.5%。而pikeResearch预测，全球生物燃料市场在2021年将在达到1853亿美元。
全球生物燃料开发和使用的领先者是美国、巴西、法国、瑞典和德国。美国是生物燃料的主要市场，占据了全球大约44.5%的份额。巴西是世界上第一个在运输部门推行可再生燃料的国家。在过去的20多年里，巴西是生物燃料的主要生产者，但在过去五年被美国超越。
全球生物燃料产业是个分散的市场，存在大量的厂商，例如poet、archer-Daniels-midland、abengoaBioenergy、GreenplainsRenewableenergy和Cosan等。其中，poet是全球领先的第一代生物燃料生产商，archer-Daniels-midland（aDm）是世界上第二大生物燃料生产商，也是欧洲领先的生物柴油生产商，它在德国汉堡拥有世界上最大的生物柴油生产设施。
本文从生物燃料的政策、应用、新材料和新技术以及问题和限制等方面，探讨当今世界生物燃料的发展现状及未来。
发展生物燃料的政策支持
出于对能源安全、气候变化和经济停滞的担忧，现在全世界的政府都在支持生物燃料的生产。最常见的要求是将生物燃料与运输用燃料混合使用，全球大约有50个国家有混合目标或要求，并且多数都设置了未来生物能源指标。目前生物燃料占全球运输用燃料供给的3%。然而国际能源机构的专家认为，随着效率的提高、生产成本的降低和高级生物燃料的商业开发，到2050年，生物燃料在交通燃料中的比例将超过25%。
例如在美洲，长期的政府干预有望带动该区域生物燃料的使用。近年来，政府相继出台了多种政策工具，以降低潜在的投资者的风险和不确定性。政府干预也确保响应农民对能源投入价格和产出的生物燃料价格担忧的承诺。北美和南美国家还依赖补贴、税收抵免和税收优惠政策，以确保生产者可以有信心克服生物燃料的高生产成本。同时，进口限制也被用于促进美洲国家新兴的生物燃料产业。大多数美洲国家的基本要求是将生物燃料与传统燃料混合，这从另一方面为生物燃料市场提供保证。
2006年欧盟设立了在成员国和发展中国家发展生产和使用生物燃料的七大战略性政策领域。在战略中，委员会定义了生物燃料的角色，认为这种由生物质（一种可再生资源）产生的能源在未来可能会作为可再生能源的来源，替代交通运输部门使用的化石燃料能源来源（主要是石油）。这七大战略性政策领域包括刺激对生物燃料的需求，确保环境效益，发展生物燃料的生产和分配，扩大原料供应，提高生物燃料的贸易机会，支持发展中国家在生物方面的潜力，支持研究与创新，特别是要改进生产工艺和降低成本。
生物燃料的应用
在陆路运输中的应用乙醇燃料是全球最常用的生物燃料，尤其是在巴西。生物乙醇可在汽油发动机中替代汽油，它可以与汽油以任何百分比混合。大多数现有汽车的汽油发动机都可以在高达15%的生物乙醇与石油/汽油的混合燃料下运行。但当前的补贴是不可持续、不可扩展的，与美国的汽油价格相比，乙醇燃料的单位行驶距离成本仍然偏高。
丁醇会产生更多的能量，并且据称可以直接在现有的汽油发动机中使用而无需对发动机或汽车做任何修改。它比乙醇的腐蚀性小、水溶性小，并且可以通过现有的基础设施完成配送。目前Dupont公司和Bp正在共同努力开发丁醇。
生物柴油是欧洲最常用的生物燃料。在有些国家，生物柴油比常规柴油还要便宜。纯生物柴油（B100）是最低排放的柴油燃料。当与矿物柴油混合时，生物柴油可以用在任何柴油发动机中。在一些国家，制造商为使用B100的柴油发动机提供保修。由于生物柴油是有效的溶剂，会清洗矿物柴油的残留物，发动机过滤器可能需要更经常地更换，因为生物燃料会溶解留在油箱和管道中的旧沉淀。生物柴油还能有效地清除发动机燃烧室积碳，这有助于保持效率。在许多欧洲国家广泛使用5%的生物柴油混合燃料，并且在数以千计的加油站可以买到。生物柴油比矿物柴油含碳量低，含氢和氧量高，这可以提高生物柴油的燃烧，减少未燃烧的碳产生的微粒排放。生物柴油的处理和运输很安全。在美国，超过80%的商用卡车和城市公交使用柴油。
在航空业的应用目前，航空业占全球总排放量的2～3%。国际航空运输协会（iata）预测，商业航空将以5%的年增加率成长，并会一直持续到2030年，这也就意味着燃料消耗和排放量将会继续上升。乘客需求的增长、燃油价格的提高以及减少排放的压力，促使航空业必须寻找新出路。国际航空运输协会致力于到2020年实现碳中和，到2050年碳排放减少50%。因此，商业航空的关键目标是寻找可靠的替代燃料，以降低成本、减少燃料供应波动、减少对气候的影响，并改善燃油的物流。
目前，生物质航油的价格至少是常规煤油的两倍，并且可用量很小。几乎所有的主要商业航空公司和一些军事部门（如美国）都在大量参与测试和开发生物质航空用油。在过去的五年里，Boeing、Honeywell的Uop，Ge以及其他业界领袖，一直在为开发可持续的航空生物燃料共同努力，包括商用和军用飞行测试、实验室和基于地面的喷气发动机性能测试，以确保符合航空燃料严格的性能和安全要求。
成功实施生物航油的关键是原料大规模、可持续的可用性，尤其是全球规模的可用性。经过评估，最经济的选择是食用油，如棕榈油和豆油。然而考虑到对与粮食安全的影响，非食用油可能更具有可持续的潜力，如藻类、桐油树、亚麻等。比如Boeing公司和其他一些美国西北部的公司经过全面的区域分析后，确定亚麻——一种与干小麦轮流种植生长的能源作物——是可行的生物燃料来源之一。另一个新兴的替代方案是使用木质纤维素材料和废物为原料生产生物燃料。
2013年7月2日，澳大利亚上市公司algae.tec与新南威尔士州的macquarieGeneration签订合同，要在HunterValley的Bayswater发电厂附近建立生物燃料生产设施。设施将使用algae.tec的藻类碳捕获技术生产生物柴油，可以经过氢化成为a级喷气燃料。它旨在提供一个新的航空燃料来源，这样澳大利亚就不再需要这么多的航空燃料进口。
2012年3月，空中客车公司加入了一个包括维珍澳大利亚在内的联合体，研究从桉树生产可持续的航空燃料的新方法。该项目的目标是要在2013年在澳大利亚试点运行替代燃料生产厂。
2011年10月，Virginatlantic航空公司开发了一种从工业废气中生产的航空燃料，并声称它只有标准喷气燃料的一半的碳足迹。从工业废气中产生的燃料（否则这些工业废气会被烧毁并释放到大气中）为生物燃料的生产提供了一种替代。到目前为止，航空业的重点是放在用于食品生产的耕地上，而这一新技术可以减少对这些土地的需求。该技术将使航空公司通过重复使用那些否则会直接排放到大气中的工业废气，来达到大幅减少碳足迹的效果。同时，它可以促进工业的可持续发展，因为这一过程让制造工厂回收它们的废物碳排放。
在海洋运输中的应用生物柴油是船舶燃料的一种很好的候选，它可以被生物降解，无毒、无硫和芳烃。由于很少或根本不需要改装发动机，它可用于许多海洋运输中。生物甲烷也日益获得海洋产业的兴趣。运营商正在寻求使用液化天然气作为发动机燃料。RoyceBergenK的燃气发动机已经通过认证，可以为世界上第一艘客货轮提供动力。
2012年2月，美国海岸警备队宣布与oakRidge国家实验室（美国能源部）合作，测试海运中使用生物丁醇混合。在小型船只的发动机中已经使用了汽油与乙醇的混合，而这一新项目是为了预测生物丁醇在工业规模的潜在可用性。
2011年1月和12月，maersk与美国海军都进行基于海藻油的生物燃料测试。海军的测试持续到2012年，旨在到2020年将其舰队中的矿物油使用削减50%。而maersk的设想是到2030年，其位于世界10%地区的海运船队要使用生物燃料。
其他有趣的应用乙醇也可作为生物乙醇壁炉的燃料。因为不需要烟囱并且是“无烟道”的，所以，生物乙醇壁炉在没有烟道的新建住宅和公寓极其有用。
生物燃料的新材料和新技术
许多科学家和研究人员正在致力于开发更适合的生物燃料作物，它们将比当前的生物燃料作物需要更少的土地，使用更少的资源（如水）；同时，研究人员也在研究如何使用新技术提高生物燃料的生产效率，如提高作物的产油量等。如果使用当前的产量，要完全取代化石燃料的使用，将需要大量的土地和淡水才能生产足够的油。例如为满足当前美国取暖和运输的需求，将需要用美国土地面积的两倍来生产大豆，或者是将三分之二的土地面积专门用于油菜生产。
新材料藻类英国aberystwyth大学的首席研究员Jessicaadams博士认为，在未来的能源生产中，海藻生物燃料可能会非常重要。2012年，阿拉巴马大学的Rodrigoe.teixeira教授在离子液体中使用一种简单、经济的反应，从湿海藻中提取出了生物燃料油脂。
过去，生物燃料的研究重点是陆生植物，然而这会导致在使用土地种植粮食或燃料作物之间的冲突。在这个星球上，海水是无限的资源，海洋生态系统是一个未被开发的资源，占全球生物质的50%以上，而且据称海藻本身就能比等量的快速生长的陆生植物，比如甘蔗，生产出更多的生物质；而且，藻类可以使用目前无利可图的土地和来自不同行业的废水来生产。如果在废水中生长，则不会影响现有的粮食和燃料作物的用地和用水。此外，藻类不是人类食物链的一部分，因此不会带走人类的食物资源。
2012年11月，美国加州大学圣地亚哥分校在algalResearch上在线发表了一项研究成果。该研究表明，海洋藻类是一个可行的、可持续的用以替代淡水藻类生产生物燃料的来源。使用海水种植用于生产生物燃料的藻类将使得生产不再受淡水或与其关联的因素的约束。这一研究将消除人们对于商业的大规模专门用淡水生产藻类的顾虑，因为将不再需要使用淡水。仅在美国，就有大约1000万英亩的土地由于土壤含盐量高而不再适合于传统农业生产，但它们可以支持藻类生产设施。加州大学圣地亚哥分校的生物学家与Sapphireenergy公司的科学家合作，希望2013年每天能在新墨西哥州的Columbus生产100桶的绿色原油。
海带也可以作为陆地种植生物燃料的替代，尽管它的化学成分会基于季节发生变化。如果在7月份收获，海带中的碳水化合物水平最高，能确保用于生产生物燃料的最优糖释放。
废弃物、工业副产品或工业废气西班牙ecofasa公司的开发人员从垃圾中生产出了生物燃料。燃料以一般的城市废物为原料，经由细菌产生脂肪酸，可用于制造生物燃料。
2012年9月，苏格兰一家威士忌酒厂tullibardine成为世界上第一个将其副产品（残渣）转化为先进的生物燃料（生物丁醇），使其能为汽油或柴油车辆提供动力燃料的酒厂。除了具有明显的环境效益，这一项目还有潜力导致整个苏格兰威士忌酒行业的成本节约，它能解密隐藏的价值，并帮助提振经济。
在新西兰Lanzatech公司工作的科学家开发了一种技术，可以用工业废气（如钢铁厂的一氧化碳）作为微生物发酵过程的原料来生产乙醇。2011年10月，Virginatlantic航空公司宣布加入Lanzatech的委托，在上海建立一个从钢铁生产的废气中生产航空燃料的示范工厂。
其他2013年，研究人员开发出一种从大肠杆菌中得到的转基因细菌，它可以将葡萄糖转变成生物燃料汽油。而且研究人员相信，将来他们可以“调整”基因，实现从稻草或畜禽粪便中生成汽油。
2011年7月，牛津大学的一份报告指出了使用龙舌兰生产生物燃料的显著优点。不同于其他的生物燃料原料，龙舌兰可以在贫瘠的土地上生长，因此对全球粮食生产和生物多样性的影响有限。同时，龙舌兰有很多好的特性，如产量高、含糖量高、能在天然水有限的环境中成长的能力等。
新技术2013年7月，芬兰Vtt技术研究中心的研究结果表明，使用它们的新技术，可以以每公升小于一欧元的成本从木质纤维素生物质中生产高品质的生物燃料。这项新技术能将木材原料一半以上的能量转移到最终的产品中，并且技术已经为在欧洲建立商业规模的生产厂做好了准备。
美国爱荷华州立大学的工程师使用高频率声波分解植物材料，以产生生物燃料。这一研究表明，用超声波预处理各种原料——包括柳枝稷、玉米秸秆、软木——可以不断提高必要的将生物质转化为高价值的燃料和化学品物质的化学反应。这种方法潜在的成本节约非常令人振奋。经济模型显示，一旦实施，这项技术的投资回收期低于一年。相对于传统的需要多个步骤和周期相对较长的方法，这一方法更快，也没那么复杂。在生物燃料生产中应用超声波可以加速酯交换反应，这是将油转化为生物柴油的主要化学反应。在一个案例中，研究人员发现，传统方法通常需要45分钟将豆油转化为生物柴油，但是将豆油置于超声波中，这一转化只需要不到一分钟。
2012年9月，纽卡斯尔大学参与了一个880万英镑的项目，探索在世界上最恶劣的环境中生长的植物用作生物燃料的潜力。具有夜间光合作用的物种，如龙舌兰和菠萝，可以在每年只有20～40厘米的降水情况下茁壮生成，这远低于当前需要50～100厘米降水的生物燃料作物。该研究最终是要将夜间光合作用这一属性引入快速成长的树种中，比如杨树，使它能够在夜间吸收二氧化碳，并在白天叶面毛孔保持关闭时处理这些碳。如果成功的话，这一研究可能会让杨树在生物质生产中的用水量减少80%，从而可以在更边远更贫瘠的地域栖息生长。长远来说，通过保持在干燥和温暖世界中（气象学家预测在未来的60年会是这样的天气）的粮食作物的生产力，该研究具有帮助解决粮食安全的潜力。
2011年6月，英国warwick大学和加拿大BritishColumbia大学的研究人员发现了一种细菌中的酶，可以使生物燃料的生产更高效。项目领导timothyBugg教授说，要让生物燃料成为可持续的替代化石燃料的燃料，就需要从植物中提取最大可能的能量。这项研究可以开启那些目前高不可攀的生物燃料来源。通过让木本植物和非食用作物的副产品在经济上可行，该项目的最终希望是能够生产不与粮食生产竞争的生物燃料。
生物燃料的发展障碍及未来
与生物燃料的生产和使用相关的问题包括各种社会、经济、环境和技术问题，并且已经在受欢迎的媒体和科学期刊中讨论过，包括对放缓油价的影响、“食品与燃料”的争论、对贫困的影响、碳排放水平、可持续生物燃料的生产、森林砍伐和土壤侵蚀、生物多样性的丧失、对水资源的影响、以及对能量平衡和效率的影响。大规模的生物燃料生产，尤其是在美国，对已经不稳定的全球市场的粮食生产造成的影响而引发的担忧日益增长，因而一直遭到批评。增加生物燃料的生产会由于过量使用化肥而对水质造成不利影响，并且会导致人们不期望看到的土地使用变化，如森林砍伐等。
要克服这些问题的一个步骤是开发最适合在世界的每个区域生长的生物燃料作物。如果每个区域都使用其特定的生物燃料作物，那么使用化石燃料将这些生物燃料运输到其他地方进行处理和消费的需求就会减少。此外，世界上的某些地区也不适合生产那些需要大量的水和肥沃的土壤的作物，因此，当前的生物燃料作物，如玉米，要想在全球范围内的不同环境中生长是不切实际的。
生产生物燃料所需的更大面积的土地将是美洲生物燃料产业发展的一个巨大限制。在美国，如果要用乙醇取代目前所有汽油消费量，需要有更多的土地用于玉米生产，这比当前整个农业的可用地面积还要大。促进生物燃料的核心是技术。如果没有合适的技术进步，那么为满足美洲的需求，土地面积将是生物燃料发展的重大挑战。
发展中国家生物燃料生产的障碍包括落后的基础设施和有限的财务资源等。为吸引外来投资者，发展中国家需要评估可以用于生物燃料作物的未使用的土地，教育农民，并遵守国际燃料质量和可持续性标准，以确保生物燃料可以在国际市场上进行交易。
生物燃料研发篇3
关键词：阻燃材料;阻燃剂;发展现状;未来趋势
收稿日期：2011-10-19
作者简介：鞠洪波（1985―），男,山东安丘人,助理工程师,主要从事建筑防火设计和防火材料的研究工作。
中图分类号：tQ323.16
文献标识码：a
文章编号：1674-9944(2011)11-0136-03
1引言
阻燃材料分为有机阻燃材料和无机阻燃材料,目前阻燃材料主要利用添加阻燃剂来实现阻燃效果,阻燃剂现在种类繁多,主要有无机和有机阻燃剂,有机阻燃剂目前使用较为普遍,具有阻燃效果好、添加量少、对材料的其他性能影响小等特点,但它在燃烧过程中发烟量较大,会释放出有毒性、腐蚀性的卤化氢气体。无机阻燃剂具有无卤、无毒、低烟,热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性和有毒性气体且价格便宜,可利用的资源丰富等优点,但却存在添加量大且与基材亲和力差,阻燃效果差，对材料的加工和机械性能影响大等缺点。
现在社会对环境的要求越来越高,意大利都灵理工学院的GiovanniCamino教授指出,对很多材料的强制性要求是与减少火险,即着火的可能性紧密相连的。该方面的未来挑战不仅包括开发着火危险低、危害小的阻燃材料,重要的是还需符合可持续发展理念。说明在未来的发展中,阻燃材料不仅要满足环保的性能,还要满足可持续发展的要求。
阻燃剂是合成高分子材料的重要助剂之一,添加阻燃剂对高分子材料进行阻燃处理,可以阻止材料燃烧或者延缓火势的蔓延,使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。随着合成材料被广泛应用到与生产和生活密切相关的诸多行业中,如建筑业、塑料制品业、纺织业、运输业、电子电器业、航天业,阻燃剂的重要性愈加不容忽视。现代科技的进步以及世界范围内对安全和环境保护的重视,使人们对材料的阻燃要求也愈来愈高,促使阻燃剂的研制、生产及推广应用得以迅速发展,阻燃剂的品种日趋增多、产量急剧上升。目前,全球阻燃剂的65%~70%用于阻燃塑料,20%用于橡胶,5%用于纺织品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材［1］。
2阻燃剂的发展现状
近年来,随着防火安全标准的日益提高和塑料产量的快速增长,全球阻燃剂的用量不断增长［2］。按照化学组成,阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂,有机阻燃剂主要以卤素添加剂为主,无机阻燃剂在合成材料中,除了有阻燃效果外,还有抑制发烟和氯化氢生成的作用,而且赋予材料无毒性、无腐蚀性和价格低廉等优点。国外工业发达国家无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂,如美国、西欧和日本等工业发达国家地区无机阻燃剂的消费占总消费量约60%,而我国不到10%,因此我国发展无机阻燃剂非常紧迫,而且潜力巨大［3］。目前我国阻燃系主要品种有卤系、铝镁系、磷系、卤-磷系、硅系、硼酸盐系等。
2.1卤系阻燃
卤系(溴系)阻燃剂是目前产量最大且应用最多的阻燃剂之一。其阻燃机理主要是在添加了阻燃剂的材料燃烧时阻燃剂分解释放出卤化氢,卤化氢捕获自由基,阻止传递燃烧链,生成活性较低的卤自由基从而减缓或中止燃烧,卤化氢和燃烧时生成的卤素自由基具有非挥发性和低迁移性,容易在燃烧的表面对氧气产生稀释作用从而也有利于阻止燃烧,市场常用品种目前有近百种。包括十溴二苯醚,四溴双酚a,八溴醚,溴化环氧树脂,十溴二苯乙烷,四溴醚,溴代聚苯乙烯,六溴环十二烷及氯化石蜡,得克隆,Cpe等。
卤系阻燃剂主要应用在热塑性塑料和热固性树脂中,热塑性塑料中阻燃剂的应用以溴系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,八溴醚,溴代聚苯乙烯等为主,卤系阻燃剂具有阻燃效率高,价格适中,对阻燃制品性能影响小,与塑料等相溶性好,使用方便,加工性能好等诸多优点。因此受到市场的青睐。在电子电器,汽车,建筑,包装,纺丝等行业的塑料制品阻燃中由于对材料的机械性能要求苛刻,卤系阻燃剂几乎是一枝独秀。卤系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,四溴双酚a等在阻燃热固性树脂方面也有非凡表现,但有被价格低廉的无机阻燃剂和磷系取代的趋势。
2.2铝系阻燃
氢氧化铝是问世最早的无机阻燃剂之一,也是国际上阻燃剂中用量最大的一种。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80%以上,广泛应用于各种塑料、涂料、聚氨酯、弹性体和橡胶制品中［4］,具有阻燃、消烟、填充3大功能,不产生二次污染,能与多种物质产生协同作用、不挥发、无毒、无腐蚀性、价格低廉。氢氧化铝的阻燃机理是向聚合物中添加氢氧化铝,降低可燃聚合物浓度;在250℃左右开始脱水,吸热,抑制聚合物升温;分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气浓度,可阻止燃烧进行;在可燃物表面生成al2o3,可阻止燃烧［5］。
氢氧化铝也存在许多不足之处包括氢氧化铝的阻燃效果随着添加量的增加而增强,但是填充量过大会降低物质的强度;氢氧化铝单位质量吸热量较大,分解温度低,在245~320℃的温度范围内完成脱水反应,因此只能适用于加工温度较低的聚合物。在现在和未来很长一段时间里,氢氧化铝添加型阻燃材料将继续作为主要的阻燃材料添加剂。
2.3镁系阻燃
氢氧化镁属于添加型无机阻燃剂,与同类无机阻燃剂相比,氢氧化镁无论在原料来源、制备过程、废物处理等方面都是一种环保型绿色阻燃剂,具有更好的抑烟效果,由于火灾中有80%由烟窒息而死亡,因此当代阻燃剂技术中“抑烟”比“阻燃”更为重要;氢氧化镁的分解能高(1137kJ/g),且热容也高,比目前常用的无机阻燃剂氢氧化铝的热分解温度高出140℃,可以使添加氢氧化镁的合成材料承受更高的加工温度,有利于加快挤塑速度,缩短模塑时间,同时亦有助于提高阻燃效率,同时氢氧化镁与其他阻燃剂有良好复合能力［7］,复配使用可广泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲聚苯乙烯和aBS等塑料、橡胶行业。氢氧化镁是一种环保绿色阻燃剂,未来前景不错,作为阻燃材料添加剂,在未来的阻燃材料添加剂中,将会得到重视,但是价格较高。
2.4磷系阻燃
无机磷系阻燃剂主要包括红磷、磷酸盐和聚磷酸铵,其中研究和应用较多的为红磷。红磷是一种性能优良的阻燃剂,具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果,但是在实际应用中易吸潮、氧化、并放出剧毒气体,粉尘易爆炸,而且呈深红色,在与树脂混炼、模塑等加工操作过程中存在着火危险,且与树脂相容性差,不易分散均匀,导致基材物理性能下降［8］,因此使用受到很大限制。
经改性和表面处理的红磷,如在红磷中加入金属粉末(铝、锌等)或金属氢氧化物(氢氧化铝、氢氧化锌等)可抑制其氧化速度;使用硝酸银、氯化汞、活性炭、氧化铜等可以捕捉磷化氢,从而解决了红磷阻燃热塑性塑料的毒性问题;把石蜡油、氯化石蜡、有机硅酮等添加到红磷里,可以减少粉尘。红磷的微胶囊化技术是表面处理最有效的手法,微胶囊技术是近20年来发展起来的新技术,其制备方法就是将液体、固体或气体囊心物质(芯材)分细,然后以这些微滴(粒)为核心,使聚合物成膜材料(壁材)在其上沉积涂层,形成一层薄膜,将囊心微滴(粒)包覆［9］。经包覆处理的红磷具有低烟、低毒、无卤、相容性好、物化性能优良等特点［10］。
2.5硅系阻燃
含硅阻燃剂的聚合物少烟无毒、燃烧热值低、火焰传播速度慢,而受到重视,其发展潜力和应用前景十分巨大。通过改进分子结构、调节摩尔质量等改善成炭性以及与基体树脂的相容性,提高阻燃效果;通过聚合、接枝和交联技术开发含硅共聚物,既可以作为高阻燃性材料也可作为阻燃剂使用,通过开发高效的聚硅氧烷协效阻燃体系,进一步提高含硅化合物阻燃剂的阻燃效率和提升阻燃材料的综合性能指［11］。陈伟红认为［12］,含硅材料的阻燃仍属凝固相机理,即它主要通过在表面形成有效隔热层,通过阻碍热量和可燃性气体的扩散而延缓燃烧速度和热释放速度。因此,含硅材料阻燃性能的优劣与隔热层的形成条件密切相关。今后的工作应集中在隔热层的形成机理和影响因素研究上。
2.6硼酸盐系
硼酸盐系列产品也是一种常用的无机阻燃剂,有偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、硼酸锌。目前主要使用硼酸锌产品。根据组成不同,硼酸锌阻燃剂有十几个品种,而低水硼酸锌(ZB-2335)是一种性能优良的固体无机阻燃剂,化学式为2Zno•3B2o3•3•5H2o,白色结晶状粉末,熔点为900℃,硼酸锌有很好的阻燃和抑烟作用,在300℃开始释放出结晶水,在卤素化合物存在下,生成卤化硼、卤化锌,抑制和捕获游离的羟基,阻止燃烧连锁反应;同时形成固相覆盖层,隔绝燃烧物的表面空气,阻止火焰继续燃烧并能发挥消烟灭弧作用。硼酸锌阻燃剂可以单独使用,也可与有机卤化物、三氧化二锑协同使用,协同使用效果更好［13］。由于硼酸盐类阻燃剂价格相对较高,限制了其应用,主要应用于高层建筑的橡胶制品配件、电梯、电缆、电线、塑料护套、临时建筑、军用制品、电视机外壳和零部件、船舶涂料及合成纤维制品等,而且在一些领域具有无法替代的优越性,因此发展前景看好。
3阻燃剂的发展趋势
3.1无卤化趋势
卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广,已发展成为阻燃剂市场的主流产品。但卤素阻燃剂的严重缺点是燃烧时生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体,可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属物件的腐蚀及对环境的污染;对人体呼吸道和其它器官的危害甚至因窒息而威胁生命安全。近几年,美国、英国、挪威、澳大利亚已制定或颁布法令,对某些制品进行燃烧毒性试验或对某些制品的使用所释放的酸性气体进行规定,开发无卤阻燃剂取代卤素阻燃剂已成为世界阻燃领域的趋势。
无机阻燃剂(al(oH)3、mg(oH)2等)来源丰富、价格低廉,但其阻燃效果较差,添加量大,对制品的性能影响较大,因而国内外努力向超细化、微胶囊化、表面处理、协同增效复合化方面进行技术开发。美国alcoa公司、alcan化学公司、Lonza公司和Solem公司不断推出新品种,如Zerogen、Halfree、Hydrax、magnifin系列等,国内的山东铝厂、江苏海水研究所、北京化工大学、大连理工大学等对此进行了研究开发,研究出阻燃性能好、粒径小、补强效果明显的无机阻燃剂。北京化工大学已实现了超细mg(oH)2类水滑石的产业化。
红磷阻燃效率高、用量少、适用面较广,微胶囊化红磷克服了红磷吸潮、易着色、易爆炸等缺点。磷的稳定化处理-微胶囊化技术在阻燃领域深受重视,英国、日本开发研制的产品已商品化,主要产品有英国albright&wilsom公司的amGaRDCpC、amGaRDCRp系列,日本的RinKa系列。我国的北京理工大学、湘潭大学、天津合成工业研究所对此也进行了研究开发,已有中试产品供应。
膨胀型阻燃剂由于具有在燃烧过程中发烟量少、无有毒气体产生,被认为是实现无卤化很有希望的途径之一。美国、意大利等国已商品化,如美国HoechstCelanese公司销售的exolitiFR系列,monsanto公司销售的pHoSCHeKp/40,大湖公司的Cn329、Cn1197,意大利montedison公司销售的SpinflammF82等。国内的北京理工大学、中山大学、中国科技大学、上海消防科研所、安徽化工研究院对此进行了研究,但国内膨胀型阻燃剂并未商品化,其开发产品主要处于研究阶段。
3.2抑烟化、减少有害气体趋势
据统计,火灾中发生的死亡事故80%是由于燃烧所释放的烟和有毒气体的窒息造成的。研究开发新型阻燃剂,降低材料燃烧时的烟量及有毒气体量,成为近年来阻燃领域中的重点研究课题之一。目前采用的抑烟剂主要以金属氧化物、过渡金属氧化物为主,主要有硼酸锌、钼化合物(三氧化钼、钼酸铵)及其复配物、镁-锌复合物、二茂铁、氧化锡、氧化铜等,主要产品有美国Broax公司Firebrake硼酸锌系列、Xp系列,Climax公司的molyFR钼酸盐系列,alcan公司提供的两种含锡及其它元素的Flamtardh和Flamtards等。此外,某些无机填料(al(oH)3、mg(oH)2等)同时具有阻燃抑烟的功效,膨胀型阻燃剂的多孔炭层也具有阻燃和抑烟的双重作用。
2011年11月绿色科技第11期
4结语
阻燃剂已经随着高分子材料的广泛应用而得到了很大发展,并且随着人们环保意识的增强,新型阻燃剂品种不断出现,一些新兴技术也被不断地应用于阻燃剂的研究和生产。目前我国使用的阻燃剂主要以有机卤系阻燃剂为主,它具有与有机高聚物相容性好、阻燃效果好、添加量少、对材料的其他性能影响小等特点,然而它在燃烧过程中发烟量较大,释放出有毒性、腐蚀性的卤化氢气体。与有机阻燃剂不同,无机阻燃剂具有无卤、无毒、低烟,热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性和有毒性气体且价格便宜,可利用的资源丰富等优点,但却存在添加量大且与基材亲和力差,阻燃效果差、对材料的加工和机械性能影响很大等缺点。
综合阻燃剂的优劣,人们越来越倾向于选择使用无机阻燃剂。目前工业发达国家的无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂。国外对阻燃剂的研究已进入相对完善的发展阶段,而在国内,阻燃剂还是一个新生的工业,有关研究起步较晚,虽已取得了长足的发展,但是与先进国家相比,在产量和品种结构上都还有一定的差距。
纵观近年来的阻燃剂研究开发与发展状况,可以看出其正逐步向环保化、低毒化、高效化、多功能化等方向发展,超细化技术、微胶囊化技术、复配协同技术、交联技术以及大分子技术等阻燃剂研究开发新技术将不断得到发展。
参考文献：
［1］崔隽,姜洪雷,吴明艳,等.阻燃剂的现状与发展趋势［J］.山东轻工业学报,2003,17(1):14~17.
［2］胡志鹏,杨燕.塑料添加剂市场惊现六大热门［J］.精细化工原料及中间体,2004(2):18~21.
［3］欧育湘.国外阻燃剂发展动态及对发展我国阻燃剂工业之浅见［J］.精细与专用化学品,2003,11(2):4~7.
［4］刘海燕,刘海波,郭平.无机阻燃剂进展［J］.化学与黏合,2005,27(3):172~174.
［5］李玉芳,伍小明.无卤阻燃剂的研究开发进展［J］.塑料制造,2006(4):78~83.
［6］黄汉生.日本塑料阻燃剂发展动向［J］.现代化工,1998(4):38~41.
［7］RothonRn,HornsbypR.Flameretardanteffectsofmagnesiumhydroxide［J］.polymerDegradationandStability,1996(54):383~385.
［8］罗居杰,雷自强.无机阻燃添加剂在无卤阻燃中的应用［J］.甘肃联合大学学报：自然科学版,2005,19(2):59~62.
［9］张可达,徐冬梅,王平.微胶囊化方法［J］.功能高分子学报,2001(14):474.
［10］鹿海军,马晓燕,颜红侠.磷系阻燃剂研究新进展［J］.化工新型材料,2001,29(12):7~10.
［11］易岚.含硅阻燃剂的研究进展［J］.广东公安科技,2008(1):72~73.
生物燃料研发篇4
据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源利用量还不到其总量的l%。高效利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。
生物质能采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。发展生物能源的初衷就是保护生态环境，在实际应用中也是以此为基点。这也是我国超前发展的一次很好机会，发展生物质能是一件利国利民的好事情。
生物质能源不仅是安全、稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等。
目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
6mw生物质颗粒与煤混烧发电技术
成果简介：该项目是通对不同比例的生物质成型颗粒与煤在循环流化床中进行混合燃烧，混合后的燃料可大大改变原煤的燃烧特性，包括降低着火温度、改善着火性能、提高了循环流化床锅炉的热利用率等。生物质原料与煤之间燃烧特性的优势互补。该技术可用于电厂、工业锅炉等各种利用循环流化床锅炉的行业。该技术对生物质的燃烧特性，燃烧过程以及其结渣特性、碱金属腐蚀、气体燃烧不完全等难题进行了研究，并找出了解决方案。生物质颗粒混烧量可达到80%，在此工况下热效率可提高15%以上，二氧化硫排放量减少50%。氮的氧化物排放量可减少30%；完成了由输送带、给料仓、给料绞龙组成的颗粒燃料输送给料系统；为适应生物质燃料高挥发分的特性，在生物质颗粒燃料进料口上方1.2m处增设了一个二次风进口；可根据生物质颗粒与煤的不同混烧比例，自动调整一、二次进风量。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质气化燃气中焦油催化转化研究
成果简介：该项目研究采用在生物质气化装置的出口处，建一催化净化装置有催化保护床和催化转化床构成，直接处理热的生物质气体，保护床吸收粗燃气中的硫化氢等有毒物质及催化裂化脱除部分重焦油；第二催化反应床催化转化剩余的焦油。碳氢化合物的焦油被催化转化为小分子气体如Co等，增加燃气热值。结果表明，对空气流化床气化的粗燃气的催化干法除焦油，实验方案是行之有效的和成功的。筛选出工业镍基蒸汽转化催化剂和氧化铈添加的镁橄榄石负载型镍基催化剂可作为焦油的催化转化催化剂，氧化铈可促进催化剂的活性和提高抗积炭能力，对气化燃气的重焦油的去除率达99%，按干气计算燃气中氢气的浓度增加6～11%。通过催化净化系统直接处理气化燃气，一方面焦油的催化转化增加了气化气中有价值的气体成分；另一方面又克服了湿法除焦油所带来的不易解决的环境污染问题。
所处阶段：成熟应用阶段
2Kg/hr生物质流化床气化/热解实验装置研制
成果简介：气化是缺氧的反应过程，热解是隔绝氧气的反应过程；气化的反应温度为750-850℃，而热解的反应温度为400-700℃；热解必须采用快速进料，气化对供料速度则无严格要求；两者产物的净化处理过程则基本相同。分析两者的相同点及不同点，该课题组认为建一套气化及热解的双功能系统是可行的。为此该课题组采用了以下特殊设计：独立的氧气及氮气供入系统，共用一套流量计量及预热装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置；流化段及悬浮段分别采用独立的电加热及控制装置用双级供料系统，且均可无级调速；共用一套旋风分离、冷凝、过滤、排气及计量系统。运行及试验结果表明：该系统可分别进行气化及热解试验，且运行良好，达到了设计要求。
所处阶段：初期阶段
生物质经催化热分解技术
成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在Como-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，nimo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。
所处阶段：初期阶段
锥形流化床生物质气化技术
成果简介：该专题针对目前国内生物质气化发电、供热、供气存在的原料适应范围窄、燃气焦油含量高、自动化程度低、适用松散型物料的气化发电设备和系统等问题，开发锥形流化床生物质气化发电供热、供气机技术产业化为目标，研制生物质气化装置与气体发电机组成的系列生物质气化发电系统；降低燃气中的焦油含量；生物质气化系统的操作弹性试验；提高生物质气燃气热值。
所处阶段：成熟应用阶段
利用藻类热解制备生物质液体燃料
成果简介：该课题应用能源科学、环境科学和生命科学等交叉学科的理论和技术，以藻类为原料，通过细胞工程和生物质转化等技术，产生生物油和烃类等可再生生物能源，为开发新能源提供新的生物技术途径。用异养转化技术和基因改造技术获得高脂肪含量的藻细胞来热解制备液体燃料，实现异养转化技术、细胞培养技术、基因改造技术与热解技术的整合集成，获得原创性、新颖性的研究成果；同时为后继能源的开发应用提供技术储备；并且通过最前沿的生物技术与能源技术相互结合、交叉与渗透，推动学科的发展。该研究成果应用前景良好。
生物质气气化合成二甲醚液体燃料
成果简介：在固定床或循环流化床中将生物质气化，变成H2,Co,Co2等组分，然后经过气体净化，在重整反应器中和沼气一起在催化剂的作用下进行重整来调整H2和Co的比例，同时降低二氧化碳的比例，使之适合于合成二甲醚。然后气体经过压缩进入二甲醚反应器。在催化剂的作用下合成二甲醚。该套技术已经申请了国家发明专利。
二甲醚（简称Dme,CH3oCH3）是一种清洁的燃料与化工产品，有很大的市场。液化二甲醚可以完全替代液化石油气（LpG），与LpG相比具有无毒无臭、不易爆炸、热效率高、燃烧彻底、无污染等特点，因此，Dme作为LpG的替代品在中国特别是农村有巨大的潜在市场。作为清洁燃料Dme可以替代柴油用作发动机燃料，十六烷值达55，与柴油热效率相同，Dme不会产生黑烟和固体颗粒，nox排出量大大减少，是很有前途的绿色环保型发动机燃料。
该项目采用的以生物质废弃物（包括木粉、秸秆、谷壳等）作为原料，通过催化裂解造气作为气头的新工艺，目前还未见报道。Dme的合成也采用先进的一步法合成工艺，该方法作为应用基础研究最近几年才在国际上展开。广州能源研究所在世界上首先实现了在小型装置上由生物质一步法合成绿色燃料二甲醚的连续运行。将该技术进行产业化推广可以解决缓解广东省液化气日益紧张的形势。
适用范围和条件：适用于生物质资源丰富的地区
3mw生物质气化高效发电系统关键技术
成果简介：该项目发展了6mw生物质气化及余热蒸汽联合发电系统、500kw生物质燃气发电机组和焦油污水生化处理新工艺等关键技术，在江苏兴化建立的示范电站装机容量为6mw，气化效率最高达78%，燃气机组发电效率为29.8%，系统发电效率27.8%，电站总投资约3200万元，系统运行成本0.40元/kw，具有较高的性价比和显著的社会效益。示范电站建设严格按国家电力行业的规范进行，并形成了市场化运作机制，为生物质气化发电技术的产业化积累了有益的经验。
所处阶段：成熟应用阶段
自热式生物质热解液化装置
成果简介：中国科学技术大学研制的“自热式生物质热解液化装置”通过了安徽省科技厅组织的专家鉴定，达到国际国内先进水平，是生物质洁净能源研究取得的重要进展。该装置是在安徽省“十五”科技攻关计划、教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，专家认为：自热式生物质热解液化装置采用两级螺旋进料器有效解决了生物质进料系统的进料速率定量控制、密封和堵塞问题，其中自热式生物质热解液化装置在热解热源供给和生物油冷凝收集等方面具有创新性。
所处阶段：初期阶段
稻壳生物质中型气化发电系统
成果简介：该电技术的基本原理为利用生物质气化高新技术，经中温裂解气化，转换为可燃气体。气化炉内的化学反应过程主要是燃烧反应，热分解反应和还原反应。稻壳进入气化炉后，部分遇氧燃烧，提供热分解所需热量，大部分稻壳在缺氧条件下发生热分解反应，折出挥发份和焦炭，挥发份在中温反应区内发生二次反应，使焦油裂解为气体，同时气体和焦炭之间，气体和气体之间发生还原反应，产生气相焦油和气体。这些气体携带部分细颗粒焦炭、灰尘进入燃气净化系统。部分焦炭通过惯性除尘器回流进入气化炉参加反应，气相焦油冷凝通过水洗除去。燃气经净化后，再送到自吸式燃气内燃机进行热功转换产生动力，带动发电机发电。
所处阶段：成熟应用阶段
JZS家用生物质燃气灶
成果简介：该项目灶具的心脏阀体独创了大铜芯、大阀体，阀芯不凝滞、焦油不堵塞、维修方便，使用寿命特长；面壳采用进口加厚不锈钢板锻压成型，美观大方，优质耐用；高压脉冲点火器，使用寿命达10万次以上，着火率达100%，绝缘性能好；燃烧器炉头选用直径120mm和100mm标准铸铁双管和单管气道炉头；燃烧器火盖选用内旋火条形火孔，火盖材质选用全铜锻压成型，火孔加工精确，热效率高，高温不变型，高效更节能。JZS家用生物质燃气灶是秸秆气化集中供气系统的配套设备，是开发农村绿色能源的新产品。
所处阶段：成熟应用阶段
生物质联产技术及成套设备研究
成果简介：该项技术以干馏炭化工艺为中心，以生产产品为主，实现了炭、气、油联产的工业化生产，大大提高了经济效益；该设备系统热效率高。国内同类技术的设备系统热效率为56%，本项技术的系统热效率达到73.64%，比普通冷煤气发生炉的热效率高出10个百分点左右；生产的生物质炭热值和固定炭含量高，无烟、无味。经深加工可制成橡胶炭黑，优于木炭，木焦油可以提炼出多种化工原料，优于煤焦油，经济效益显著，市场前景很好；生产的生物质燃气热值达到17.7mJ/nm^3，高于城市煤气的热值，大大超过4.6mJ/nm^3的行业标准；燃气中焦油和灰尘含量小于10mg/nm^3，大大低于50mg/nm^3的行业标准。
所处阶段：成熟应用阶段
生物质气化发电优化系统及其示范工程
成果简介：该成果采用循环流化床气化炉和多级气体净化装置，配置多台500kw的单气体燃料内燃发电机组，发电系统可在2000－6000kw之间根据需要设计，发电原料可用谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物。气化发电系统发电效率达20%～28%。由于系统设计合理，单位投资约4500～6500元/kw,运行成本约0.35～0.45元/kwh，能满足农村处理农业废弃物的需要，电力符合工厂企业用电或上网要求，有显著的经济和社会效益。
所处阶段：成熟应用阶段
生物质制取合成气技术研究
成果简介：气化炉内的生物质由高温Co_2在水蒸汽氛围下进行碳化直接还原为Co。高温Co_2由助燃的水蒸汽和系统循环的可燃气生成。整个工艺系统实现了热量自给平衡。可获得较高热值的合成气。通过控制Co_2和H_2o的比例和气化温度，在高温常压下，Co_2与碳反应还原为Co，同时H_2o的分解、重整产生H_2，保证了Co+H_2＞50%的出口气浓度及其合适的比例。自主研制的固流复合床生物质气化炉，抑制了焦油的产生，降低气体净化的难度，提高生物质原料的利用率。独特的加料排渣系统，适应多元化原料的处理。本项目研究合成气制取机理及其气化过程有关特性，找出生物质制取合成气工艺中的某些关键参数，作为未来工业化系统优化设计的重要依据。
所处阶段：成熟应用阶段
生物质干馏气炭油联产技术及设备
成果简介：该项目针对不同类型的生物质原料，开发了两种不同的致密成型及干馏工艺，使生物质的热转换具有较高的能源利用率与换率。该项技术以成型后的生物质干馏工艺为中心，燃气中氮气含量低，燃气热值达到15mJ/m^3以上，是较好的化工原料，生物质炭、焦油及木醋液也有较好的市场。设备采用隧道连续干馏工艺，具有创新性，结构合理，操作、维护简单易行。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质颗粒燃料冷态致密成型技术及成套设备
成果简介：该项目通过研究确定不同种类农林废弃物原料的高效粉碎工艺、生物质冷态致密成型机理及不同农林废弃物冷成型条件。建立农林废弃物冷态致密成型过程的数理模型与开发生物质冷态成型过程计算模拟系统。设计出能适用于各类生物质原料的高效粉碎设备、冷态成型模具及成型设备。进而设计出完整的生物质颗粒燃料冷压成型成套设备、生产工艺流程及相关辅助设备，充分保证成套设备运行的稳定性、可靠性和经济性。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质材料甲醛释放量检测环境跟踪控制技术
成果简介：该成果涉及生物质材料（人造板等）挥发物检测环境的动态精确控制方法，应用范围为人造板、建筑材料、化工等产品中含挥发性有害气体的检测，为控制人造板产品及其含甲醛等有害挥发物产品的质量，提供可靠的技术与检测设备。同时为林产工业及全社会的环境保护、安全检测与监测技术、环境工程与技术、环境保护与管理、环境质量评价与环境检测等科学研究提供的新的成果、进展及方法。产品已应用在国家人造板质量监督检验中心、家具质检站、人造板检测机构、理化测试中心、疾病控制中心、大学等单位，负责我国生物质材料甲醛释放量的检测与监督工作。
成果类型：应用技术
所处阶段：成熟应用阶段
SLQ-300型空气鼓风常压流化床生物质气化成套设备
成果简介：该项目研制开发的新型生物质气化系统，即空气鼓风常压流化床生物质气化系统，可生产低热值生物质燃气，用于乡镇居民炊事与生活、工副业生产及发电。技术原理为：鼓入气化器的适量空气经布风系统均匀分布后，将床料流化，合适粒度的生物质原料送入气化器并与高温庆料迅速混合，在布风器以上的一定空间内激烈翻滚，在常压条件下迅速完成干燥、热解、燃烧及气化反应过程，从而生产出低热值燃气。排出气化器的热燃气再依次通过由干式旋负除尘器、冲击式水除尘器、旋风水膜净化器、多级水喷淋净化器、焦油分离器和过滤器等组成的净化系统，被冷却净化为符合使用要求的干净冷燃气以供不同用户使用。
成果类型：应用技术
所处阶段：成熟应用阶段
下吸式固定炉排生物质成型燃料热水锅炉设计与研究
成果简介：该项目属河南省自然科学基金项目（项目编号：0311050400；0411052000）。技术原理：一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上下吸燃烧，上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃烬。生物质成型燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入上、下炉排间的炉膛进行燃烧，并与下炉排上燃料产生的烟气一起，经两炉排间的出烟口流向降尘室和后面的对流受热面。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧，起到了消烟除尘作用。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
SmG-3型生物质型煤高压干式成型机研究
成果简介：该产品成型原理是在高压的条件下，经过对滚滚压的工艺方法，将干燥后的煤粉、生物质粉、固硫剂粉等原料压制成长椭球形状型煤的。所生产的生物质型煤具有洁净化、环保化的特点。性能指标：液压系统工作压力：20～25mpa；对滚转数：0～11r/min；螺旋推进预压机构转数：0～40r/min；成型机产量：3t/h；压制生物质型煤的原料：含水≤3%的煤粉、生物质粉、固硫剂粉；生物质型煤压碎力：300～350n。成型机的特点：高压干式滚压成型；液压、油气系统保压、恒压；园柱型螺旋预压、推进；主机传动为单轴与减速机连接；主传动与推进预压机构实现了无级变速。该产品填补了国内成型机生产的空白，达到了国际当代同类产品的水平。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化
成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在Como-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，nimo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
生物质能开发利用示范工程研究
成果简介：该产品生物质成型燃料以农作物废弃物为原料，供暖、供热，燃烧时无黑烟，几乎没有二氧化硫的排放，氮化物排放极低，二氧化碳排放量接近植物生长所需要量，可以称得上是零排放。原料加工，可以使农业废弃物变废为宝实现增值，所以该项目是有利于社会，有利于农民，有利于消费者的事业，具有一定的推广应用前景。
成果类型：应用技术
所处阶段：成熟应用阶段
生物质复合型煤制备及燃烧性能研究
成果简介：该课题对生物质型煤的制备工艺、燃烧过程、燃烧机理、固硫性能等进行了研究。当生物质添加量为20%、成型压力为40mpa时，生物质型煤的抗压强度可以达到400n/个；生物质型煤的着火温度一般低于350℃，燃烧过程可以分为4个阶段；当Ca/S比为2.0，燃烧温度为900℃时，生物质型煤的固硫率可以达到90%以上，远远高于普通型煤的固硫率，生物质型煤燃烧过程的So2排放浓度明显低于传统型煤。因此，生物质型煤比普通型煤有更好的燃烧特性，更高的固硫率。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
双循环流化床生物质气化装
成果简介：“双循环流化床生物质气化装置”是在教育部“211”工程和中国科学院知识创新工程等项目资助下研制完成的，主要研究内容包括：（1）掌握了锯末和稻壳等生物质的流化特性。（2）研制了每小时可处理80公斤物料的双循环流化床生物质气化装置。该装置结构简单、设计合理，采用特殊结构的两级螺旋进料器可以实现连续式的密封进料；合理的流化床层和返料结构，可以保证床层温度均匀分布，以及实现焦油蒸汽在炉内二次裂解，从而使气化效率、碳转化率和燃气质量等得到显著提高；采用鼓风运行方式可以实现热煤气的直接利用，从而可以避免高温燃气的显热损失和焦油能量的损失，以及水洗焦油造成的二次污染等。（3）掌握了常见秸秆的气化方法和气化效率、碳转化率和燃气成分及热值等气化参数，对热煤气的燃烧利用进行了试验研究，研发了预混式燃气燃烧器。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
板式生物质干燥机
成果简介：“板式生物质干燥机”是河南省科学院能源研究所研制开发的新产品，本产品能较好地适应粉碎后的蓬松多孔状生物质物料的干燥。在充分研究了生物质物理化学特性的基础上，把空气调节技术与传热学相结合设计出高效节能型干燥机。本产品具有独特的换热排湿结构，热利用率达到60%以上，以无级调速电机为动力，通过链条刮杆等传动机构带动物料在干燥机内移动，通过调节调速电机的转速（0～1440r/min）改变物料的干燥时间，以适应不同含水率的生物质物料的干燥；圆柱形刮杆带动物料在加热板上移动，同时完成了物料的翻动，使含水物料的不均匀度大大减小；空气调节技术与传热学相结合，通过等压分流的稳压箱和板式射流加热板组成高效的气流组织结构，能使热风等速均匀地射向物料，提高了烘干效率，同时减少了物料中灰分的带出，降低了废气中灰分的含量，减少了环境污染；射流板的上表面为平板，做为物料床，同时进行传导换热，下表面为多孔板，可使热空气等速均匀地射向物料，可完成对流换热与湿气的带出，高温多孔板发射出远红外线，以辐射形式加热了物料，综合利用了传导、对流与辐射三种热的传播形式，热利用率达60%以上；实现了干燥机的模块化设计，每两层为一基本模块，可根据处理量的大小随意增减换热板的数量，从而减少不同型号的干燥机设计工作量。缩短了设计周期，加工更加简单。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
生物质锅炉型煤的开发研究
该项目开发出“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”的生物质型煤粘结剂及生产工艺，“有机-无机复合粘结剂”及型煤生产工艺，该粘结剂及型煤生产工艺可以利用国内现有生产设备进行生产。采用红外光谱分析研究了生物质经“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”处理前后组成变化，证明该处理工艺可以使生物质有效降解。提出了新颖的生物质型煤粘结机理和防水机理。认为生物质中可降解成分降解后的固体纤维素、半纤维素和木质素等在型煤中形成“网络结构”将煤粒包裹起来，液体粘稠物充填于煤粒与生物质固体之间。生物质固体与液体部分共同型煤强度。粘结剂加工中过剩的氢氧化钙在型煤干燥中将转化成碳酸钙，对型煤防水强度具有一定的作用。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质切揉制粉机
成果简介：该成果在充分研究国内外粉碎机的基础上，试验分析了生物质秸秆的粉碎特性，针对生物质秸秆含水率高、具有长纤维的特点，研究设计出适合各种含水率高达25%以下生物质秸秆粉碎的生物质切揉制粉机，采用锤片、刀片相结合的方式，秸秆经高速旋转的刀片切断后，再经锤片击打粉碎，提高了粉碎效率。经河南省节能及燃气具产品质量监督检验站检测，系统的各项技术性能符合河南省科学院能源研究所企业标准Q/HKn001-2005《生物质切揉制粉机》的要求。该机即可用于农村，也可用于工业，即环保又经济，节约能源，具有良好的经济和社会效益。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
低能耗生物质热裂解装置
成果简介：该实用新型的目的是为了能将低品位的生物质能转换成高品位的液体燃料和高附加值产品，提供一种基于流化床的低能耗生物热裂解装置。低能耗生物热裂解采用以下工艺流程：连续送料至反应器，使其在高温下气化，分离，含生物的气体经热交换冷凝成油，升温后的非凝结气体再循环。本实用新型采用流化床作为反应器，由给料器、调速电机及减速器、进料套筒及螺旋进料棒、流化床反应器、螺旋风分离器、作为能源回收的气－气热交换器、气－水热交换器、集油器、茨循环风机、主电加热器、辅助电加热器等组成。主电加热器、辅助电加热器；流化床反应器竖直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作为中间载体；主电加热器置于反应器入口前端，辅助电加热器置于反应器外壁面。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
生物质经催化热分解向轻质芳烃的转化
成果简介：该研究是以植物系生物质为原料通过催化热解的方法生产高附加值的轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品以及合成燃料。使用了热解温度控制容易，升温速度快，焦炭便于回收，且可连续操作的双颗粒流化床，建立了一套可以定量操作的热解反应系统，开发了连续催化热解过程。充分利用生物质热解温度低挥发物多的特性，选择合适的催化剂，控制生物质热解过程的二次气相反应，使产物向有利于轻质芳烃苯、甲苯和二甲苯等化学品转化，在Como-B催化剂的作用下，863K时可得到6.29wt%的收率。这一收率在同类研究中，是常压下热解过程中得到的最高收率。在实验研究过程中还可发现，nimo类催化剂有利于生物质低温制氢，为生物质低温制氢提出了新的研究课题。生物质连续催化热解装置的研发，实现了连续化操作的热解过程，为未来大规模的工业化生产提供了必要的前期研究成果。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
超低焦油秸秆高效制气技术
成果简介：该技术是以秸秆为主要原料，采用先进的低倍率低速循环流化床气化技术和双层催化裂化炉，通过特定的流场组织和多级进料、组合进气方式，在气化介质和特殊催化剂（钙镁复合催化剂）作用下，在特殊的工艺流程内进行催化气化反应制取超低焦油燃气，其净化过程具有用水量极少，并从生活垃圾中获得的高活性焦炭基材料作为过滤干燥介质等特点。该技术在国内处于领先水平，提高了传统气化炉产气效率和燃气品质，大大降低了燃气中焦油含量，减少了废水的排放和焦油对环境的污染，充分利用农村农林废弃物，避免了其露天放置对环境的污染，解决了部分劳动力就业。
成果类型：应用技术
所处阶段：初期阶段
强化热解生物质气化技术的研究
成果简介：该课题研究以各种农作物秸秆为原料的低焦油燃气发生器，及与之配套的燃气净化技术，采用新式强化裂解气化反应器，充分降低燃气中焦油含量，简化净化工艺，保证燃气质量，使秸秆气化机组的各项指标达到或超过国家相关的行业标准，提高已有的生物质气化技术水平和燃气质量，形成配套合理，运行方便，安全可靠的气化机组，实现气化机组的更新换代。应用此技术，将解决目前设备中存在的焦油清理难、劳动强度大的问题，提高使用寿命，实用性更强，不仅可以应用于农村，在工业有机废料处理和燃气发电方面，也将有良好的推广前景。
成果类型：应用技术
所处阶段：中期阶段
生物质锅炉型煤的开发研究
该项目开发出“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”的生物质型煤粘结剂及生产工艺，“有机-无机复合粘结剂”及型煤生产工艺，该粘结剂及型煤生产工艺可以利用国内现有生产设备进行生产。采用红外光谱分析研究了生物质经“水泡-氢氧化钙溶液蒸煮”处理前后组成变化，证明该处理工艺可以使生物质有效降解。提出了新颖的生物质型煤粘结机理和防水机理。认为生物质中可降解成分降解后的固体纤维素、半纤维素和木质素等在型煤中形成“网络结构”将煤粒包裹起来，液体粘稠物充填于煤粒与生物质固体之间。生物质固体与液体部分共同型煤强度。粘结剂加工中过剩的氢氧化钙在型煤干燥中将转化成碳酸钙，对型煤防水强度具有一定的作用。
生物燃料研发篇5
生物质混燃发电技术是环境友好、高效经济的规模化利用技术，应用前景广阔.总结了现有生物质混燃技术和国内外应用现状，介绍了一种生物质能高效利用的新方式，即在煤粉炉中使用独立喷燃技术燃用生物质成型燃料的方案，该方案将成为未来发展方向.分析了生物质在大容量煤粉炉中混燃发电技术的可行性，讨论了该混燃技术的关键设备选型配置情况和系统要求，指出了该混燃技术要实现规模化推广存在的主要矛盾，并提出了相应的建议.
关键词：
生物质发电；混燃；技术；设备
中图分类号：tK6文献标志码：a
analysisofthebiomasscofiringtechnologyandkeyequipment
forpulverizedcoalpowerboilers
LUwanglin，LiUBingchi
（1.ShanghaipowerequipmentResearchinstitute，Shanghai200240，China；
2.ShanghaielectricpowerGenerationGroup，Shanghai201199，China）
abstract：
thebiomasscofiringpowergenerationisanenvironmentfriendlyandcosteffectivetechnologyforlargescalebiomassutilization.inthispaper，typesandapplicationsituationsofthebiomasscofiringtechnologyaresummarized.anew，promisingcofiringplanforhighefficiencyutilizationofbiomassisrecommended，bywhichpulverizedbiomassfueliscombustedwithseparateburnersonthesamepulverizedcoalfurnace.thefeasibilityofbiomasscofiringforpowergenerationonlargecapacitypulverizedcoalboilersisanalyzed.Keyequipmentselectionsandsystemrequirementsforthetechnologyarediscussed.inaddition，themajorproblemforlargescaleapplicationoftheplanisdiscussedandrelevantsuggestionsareprovided.
Keywords：
biomasspowergeneration；cofiring；technology；equipment
我国目前的生物质燃烧发电以直燃技术为主，装机容量在30mw以下，基本采用振动炉排炉或流化床技术[1].受燃料供应不稳定，供电效率低及基建投资高等因素影响，这些生物质发电厂虽然享受电价补贴，但经营状况仍然不佳.而生物质混燃技术是指将生物质与煤在传统的燃煤锅炉中混合燃烧技术.它能充分利用现有燃煤发电厂的投资和基础设施，是一种低成本、低风险且灵活的可再生能源利用方式.它既可减缓常规电站对传统化石燃料的依赖，又可减少传统污染物（So2，nox，pm等）和温室气体（Co2，CH4等）的排放，具有积极的社会效益和环境效益.
1生物质混燃技术分类和国内外应用现状
从混燃技术上可分为：（1）直接混合燃烧：经预处理的生物质直接输入锅炉系统燃烧；（2）间接混合燃烧：将生物质气化后的燃气输入锅炉系统燃烧；（3）并联燃烧：生物质在与传统锅炉并联的独立锅炉中燃烧，将所产蒸汽供给发电机组.根据混合点位置不同，直接混合燃烧又可分为共磨方案（在磨煤机前混合）、共管方案（在磨煤机后煤粉管道内混合）和独立喷燃方案（在锅炉燃烧室混合）.独立喷燃方案将成为未来发展方向[2].从生物质形态上可分为直接破碎混燃和成型颗粒混燃.
欧洲及北美等发达国家从上世纪90年代开始进行了多种混燃技术的示范工程，取得了一系列重要的成果[2]：如丹麦的Studstrupvrket1#机组150mw煤粉炉混燃了热量比20%的秸秆类生物质，约合输出电力30mw；荷兰的Gelderland电厂635mw机组的epon计划中混燃了木材粉末（约占3%的锅炉输入热），合输出电力20mw；英国的Drax电厂6×660mw机组混燃了热量比2%左右的生物质燃料，合输出电力80mw；比利时的Ruien发电厂540mw机组及奥地利的Zeltweg137mw机组尝试了间接气化混燃技术；丹麦的avedore2#的430mw机组尝试了并联燃烧方式.目前在英国10余家燃煤电站（总装机超过20000mw），实现了生物质混燃技术的商业化运行.近年来，国际能源署iea的生物质能协定任务32（task32）对该技术进行了较为深入的总结及调查研究.2007年，世界范围内有152个生物质混燃项目成功投入商业运行，到2009年已增长至228个，机组容量覆盖50～700mw，其中100多个项目分布在欧洲，超过40家分布在北美，还有部分项目分布在澳洲[3].国内生物质混燃技术起步较晚，应用较少.最为典型的为山东十里泉电厂140mw机组混燃秸秆示范项目.它是我国成功商业运行的生物质在煤粉炉中混燃的唯一项目[4].截至目前，国内未见在煤粉炉中使用独立喷燃方案燃用生物质成型燃料的实际工程实例报道.
2生物质混燃技术的关键设备和系统分析
受散状生物质收集半径所限，常规秸秆类生物质无法远距离运输，在一定程度上限制了生物质混燃电站的生物质供应链，而蓬勃发展的生物质成型燃料产业将会使生物质混燃技术进入全新的发展阶段.先进的生物质颗粒成型燃料的加工能耗约为70kwh·t-1[5]，约仅占其热值的2%左右.由于成型后燃料密度大（800～1400kg·m-3），且水分低（
2.1生物质成型燃料的储存运输处理系统配置要求
入厂原料采用生物质成型颗粒燃料的混燃技术，一般要求颗粒粒径在10mm左右.此模式能克服传统生物质易堵塞特性.欧洲实践经验表明，生物质颗粒可存放于封闭式料场，通过刮板机上料；也可在电厂内存放于大型筒仓之中，通过皮带输运.为了释放长期存储可能产生的热量，筒仓通常需要设置螺旋给料、斗提等自循环系统，并配有可燃气体浓度监测装置及爆破门，以进一步提高安全性.由于生物质成型燃料的加工过程已经完成了纤维破碎，因此可经仓储、输送过程后直接进入后续的制粉工艺.
2.2粉碎设备
生物质混燃共磨方案使用电站原有的磨煤机制粉系统磨制生物质燃料有一定的局限性，运行期间需要关注磨煤机电流、石子煤量、出口风温等特性指标，需严格控制较低的混燃比例，以免造成生物质燃料阻塞磨煤机，引起磨煤机故障.另外，需要严格关注送粉管道挥发分浓度，避免出现爆燃事故.该系统设备简单，但可靠性稍差.
共管及独立喷燃方案需要单独配置生物质粉碎设备.经国内外调研，粉碎终点粒度控制在3mm以下较佳[1]，可在约1000℃的炉膛内充分燃烬.目前主要有两种类型设备可实现规模化应用.
（1）锤片粉碎机（Hammermill）
如图1所示，此类设备非常适合粉碎处理秸秆、木材等生物质类物料，技术成熟可靠[6].通常为卧式结构，锤片在机内高速飞转，将物料锤碎至需要的过筛尺寸.国内主要应用于饲料及食品行业，国产设备单机最大生产能力约5～10t·h-1.近期，随着生物质成型燃料加工行业的兴起，也有个别厂家能够设计生产能力20t·h-1以上的产品，但目前尚无实际运行业绩支撑.国外设备经验较丰富，如瑞典BRUKS公司的最大型号单机额定功率500kw，配有470块锤片，转子直径1600mm，锤片末端线速度达78m·s-1，滤网面积可达8m2，设备价格高达300万元.
图1锤片粉碎机
Fig.1
Hammermill
（2）雷蒙磨粉机（Raymondmill）
如图2所示，此类设备历史悠久，在国内外矿产品粉体加工领域应用广泛[7].该设备为立式结构，工作原理为：旋转磨辊在离心力作用下紧滚压在磨环上，将物料碾压破碎成粉；内置旋转铲刀防止物料堆积；磨内通风把成粉的物料吹起，达不到粒度要求的物料被分析机阻挡后重回到磨腔继续研磨；达到粒度要求的物料则可通过旋转分析机后进旋风分离器分离收集.国内一些制造厂对传统技术进行升级，成品粒度更小，比功耗更低，但在生物质领域的适应性尚不明确.国内设备供应商维科重工曾配合笔者单位进行了生物质成型颗粒燃料的试磨试验，可以预期185kw最大型号设备单机生产能力达20～40t·h-1，成品粒度在0.5mm以下.
图2雷蒙磨粉机
Fig.2
Raymondmill
2.3燃烧器要求及气力输送配置
生物质燃料收到基含有约70%的挥发分，极易点燃及燃烬.国外一些公司开发了先进复杂的生物质专用燃烧器，但在笔者调研时发现十里泉电厂混燃示范项目实践中丹麦进口燃烧器的故障率较高，电厂已将其改造为简单的钢管燃烧器，且运行效果佳.燃烧系统的关键是将一次风量与燃料量相匹配，经初步计算四角切圆煤粉炉中独立喷燃方案，配10t·h-1的生物质燃烧器推荐配一次风量为4000nm3·h-1.合理地选择一次风速，并将其作为输送介质将生物质粉末吹送入燃烧器时宜选择稀相压送式装置，这在气力输送行业有丰富的经验，在此不再赘述[8].
2.4混燃对锅炉受热面的影响
碱金属氯化物（KCl等）的低温沉积腐蚀问题一直是困扰生物质直燃领域的一个技术难点，直接燃烧产生KCl等物质在含Cr合金钢受热面上发生沉积而导致严重的氯腐蚀问题.碱金属氯化物的高温腐蚀，直接限制了热力工质参数的进一步提高，导致目前生物质直燃电站的热电转换效率偏低.但在混燃技术领域，实验室及现场测试均表明，燃煤中含量较高的S元素及al，Si，Fe类灰成分，将会使K等碱金属形成高熔点化合物，Cl元素则以超低浓度气相HCl的形式随烟气排放，因此混燃时的腐蚀速率比直燃技术低很多数量级[9].控制混燃热量比在15%以下（质量比
2.5环境影响分析
生物质低灰低硫高挥发分的特性，宜与燃煤形成互补效应.大量研究表明，在传统电站中混燃少量的生物质后，单位供电量下的So2，nox，粉尘等污染物排放强度均可降低，且不会对原配置的环保设备造成负面影响，特别适宜在一些受污染物排放总量减排政策制约的电站中推广使用.值得关注的是，对于某些秸秆类生物质内的高碱金属，燃烧烟气可能有促使钒基SCR催化剂中毒的风险[10]，尚需进一步研究其机理后，对不同生物质的混燃比进行限制.
由于生物质内C元素在自然界中是循环利用的，同直燃技术一样，混燃技术中由生物质燃烧产生的Co2可不视为温室气体排放.年消耗约15万t生物质（收到基碳含量按40%计）的混燃技术项目，可因少用煤炭而折算的Co2减排50万t以上.如果未来实施全球碳排放交易，由此产生的收益将达到1亿元人民币数量级（参考欧洲目前碳排放交易经验，每吨Co2的减排补贴为25欧元）[11].
2.6混燃比计量与检测设备
混燃比是衡量混燃电厂供电中的可再生能源份额的重要指标.混燃比计量可分为两种方式：
（1）燃料侧计量：实际应用中，绿色电力份额可转化成生物质混燃热量比考虑，可由入厂原料汽车衡装置，或者皮带及给料机上设置的重力式传感器计量混燃的生物质重量，之后再综合入炉煤重量及生物质与煤的热值实验室分析数据转换取得.但对多种生物质燃料的取样分析过程繁琐，数据精度不高，且过程中存在大量的人为因素，有以虚假信息换取巨额绿电补贴的可能性.
（2）烟气侧计量：其原理同考古领域常见的14C断代法基本相同，已经拓展至环境监测领域[12-13].C元素中放射性同位素14C的半衰期为5730a，其化学性质与常见的12C相同，且大气环境及生物质燃料中的14C/12C比例基本稳定在10-12数量级.由于化石燃料形成年代距今达上亿年之久，基本检测不到14C，因此可通过测量混燃锅炉排烟中的14C/12C比例精确计量电站的混燃比率（生物基的百分含量）.目前的先进加速器质谱amS技术测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16，可对混燃比作出非常准确的判断.欧美多国已经制定了针对燃料的生物基份额的检测标准，如aStmD6866、Cen15591/15747等，并在积极开发14C同位素同步在线监测技术.我国尚未开展此方面的研究工作.
3当前面临的主要矛盾及建议
生物质直燃发电的单位造价在万元·kw-1数量级，而混燃改造的投资低得多，采用国产设备的混燃系统投资仅在百元·kw-1数量级，且混燃技术的燃料热电转化效率明显优于直燃技术，是一种生物质能利用的有效方式.
生物质混燃在发电技术层面的问题已经明晰落实，但受国内监管体系制约，电网公司很难核实混燃电站实际运行中的生物质消耗量，可再生能源补贴量因此很难确定.混燃计量检测技术已经成为绿电价格补贴政策无法拓展到生物质混燃领域的主要瓶颈因素，严重制约了经济性较好的混燃技术的规模化应用.
按照2006年颁布的《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》中有关“发电消耗热量中常规能源超过20%的混燃发电项目，视同常规能源发电项目，执行当地燃煤电厂的标杆电价，不享受补贴电价”的规定，也就是说生物质在燃料比例中要大于80%才能享受补贴，而目前的混燃比例一般在20%以下，所以生物质混燃项目并不能享有与直燃电厂等效的电价补贴[14].从目前市场现状来看，单位热值的生物质燃料价格仍高于对应的煤价，如无电价补贴等刺激性政策，火力发电厂更加愿意燃用煤，这是目前我国生物质混燃技术无法规模推广应用的一个主要原因.
建议尽快开发监测生物质使用量的客观评价体系和烟气侧14C同步在线检测技术，政策上尽快完善燃料侧监管体系和制度，引领生物质产业健康发展.
参考文献：
[1]张明，袁益超，刘聿拯.生物质直接燃烧技术的发展研究[J].能源研究与信息，2005，21（1）：15-20.
[2]雅克·范鲁，耶普·克佩耶.生物质燃烧与混合燃烧技术手册[m].田宜水，姚向君，译.北京：化学工业出版社，2008.
[3]almanSoURF，ZUwaLaJ.anevaluationofbiomasscofiringineurope[J].BiomassandBioenergy，2010，34（5）：620-629.
[4]谢方磊.十里泉发电厂140mw机组秸秆发电技术应用研究[J].山东电力技术，2006（2）：65-68.
[5]肖宏儒，宋卫东，钟成义，等.生物质成型燃料加工技术与装备的研究[J].农业工程技术·新能源产业，2009（10）：16-23.
[6]祖宇，郝玲，董良杰，等.我国秸秆粉碎机的研究现状与展望[J].安徽农业科学，2012，40（3）：1753-1756.
[7]刘佳欣.雷蒙磨粉机：历史与未来发展趋势展望[J].中国粉体工业，2011（1）：4-6.
[8]李诗久，周晓君.气力输送理论与应用[m].北京：机械工业出版社，1992.
[9]LooSV，KoppeJanJ.thehandbookofbiomasscombustionandcofiring[m].London：earthscan，2010.
[10]BaXteRL，KoppeJanJ.Biomasscoalcocombustionopportunityforaffordablerenewableenergy[J].Fuel，2005，84（10）：1295-1302.
[11]李定凯.对芬兰和英国生物质煤混燃发电情况的考察[J].电力技术，2010，19（2）：2-7.
[12]刘卫，位楠楠，王广华，等.碳同位素比技术定量估算城市大气Co2的来源[J].环境科学，2012，33（4）：1041-1048.
[13]奚娴婷，丁杏芳，付东坡，等.用一年生植物研究大气14C分布与化石源Co2排放[J].科学通报，2011，56（13）：1026-1031.
[14]胡润青，秦世平，樊京春，等.生物质混燃发电政策研究[J].可再生能源，2008，30（5）：22-25.
收稿日期：2012-10-14
生物燃料研发篇6
在农业、林业生产过程以及城市生活中，会产生大量的剩余物。如农作物秸秆、稻壳、蔗渣、畜禽粪便等，林业生产过程中的树枝、树叶和木材加工的木屑、边角料等，城市中的有机废弃物等。这些可利用的资源因分散、堆积密度低等原因给收集、运输和应用带来了一定的困难，即使利用了效率也比较低。由此，人们提出了生物质固体成型燃料技术，即在一定温度和压力作用下，将这些松散的、没有一定形状的、密度低的农林生物质压缩成棒状、块状或颗粒状等各种形状的固体燃料。它不仅可以用于家庭提供炊事、取暖，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料，替代煤、天然气、燃料油等石化能源，是一种很有发展前景的可再生能源。
早在20世纪30年代，美国就开始研究压缩固体成型燃料技术，并研制了螺旋式挤压成型机。我国在这方面的研发和生产起步较晚，1998年中国林业科学研究院林产化学工业研究所也成功研制了生物质颗粒燃料成型制造机，同年江苏正昌粮机集团公司开发了内压环模式颗粒成型机，其生产能力为250～300kg/h，生产的颗粒成型燃料可用于家庭或暖房取暖。2000年以后，一些科研院所和大专院校等从降低生物质成型技术能耗的目的出发，开展了生物质常温成型技术研究，如河南省科学院能源研究所研制了一种在常温下生产颗粒燃料的环模式成型机(专利号：200520030243.6，法律状态：未缴年费专利权终止，法律状态公告日：2008.05.14)，颗粒燃料的生产效率可达到300～500kg/h。
2 专利分析
2.1 生物质成型燃料专利申请整体状况及发展趋势分析
2.1.1 专利申请的整体状况
截至本次检索截止时间2009年10月21日，涉及生物质复合成型燃料生产技术与设备的中国专利申请共194件。其中国内专利申请184件，占全部申请总量的94.8％，国外来华专利申请10件，占全部申请总量的5.2％。生物质复合成型燃料的专利总体申请量不多，国外来华专利申请量也较少，一方面说明国内相关研究人员对于生物质成型燃料这种技术领域的研究及知识产权的保护还不够重视，对该领域的研究起步较晚，同时国外的研究人员及企业尚未看重中国这个潜在的市场；另一方面也说明我国政府部门对生物质成型燃料产业扶持的力度不够，相应的政策法规还不够完善。
2.1.2 专利法律状态总体分析
专利的法律状态主要分为授权、公开和失效三种类型。截至检索截止时间，授权、公开和失效状态的专利分布比较平均，分别为62、67、65件，失效专利达1/3之多，授权专利不到1/3。其中，国外来华授权专利3件，处于公开状态2件，失效5件(未缴年费)。另外，实用新型专利在授权专利中占了绝大部分，发明专利只有8件，所占比例相当低，其中国内发明专利占授权专利的8.1％，占专利申请总量的2.6％，这说明目前国内生物质成型燃料的技术水平还相对比较低。
2.1.3 申请(公开)年度总体趋势分析
从图2-1上看，我国生物质成型燃料的发展大致经历了以下两个主要阶段：第一阶段从1986年至2003年，生物质成型燃料专利技术处于技术引入期，发展缓慢，年申请量总量停留在一个较低水平，低于6件，且增长规律呈现不规则波动状态；第二阶段，进入2004年之后，申请量出现较快速度的增长，增长率基本保持稳定，到2007年时，年申请量已达到45件。2008年后申请量呈现降低态势，这与专利申请公开时间滞后有关，2008年部分专利申请还处于未国内公开状态，同时国外来华的国际专利申请也尚未进入中国国家阶段，故越靠近检索截止日的年份，其统计数据受上述公开因素的影响程度越大，因此，为更清晰、准确地显示该领域专利申请的相关趋势，保证数据分析的有效性，本报告中涉及与年份相关的统计图，其数据均截止至2008年。
2.2 专利申请地域分析
2.2.1 中国专利申请国内各省市分布情况
从图2-2可以看出，辽宁、河南、山东、黑龙江、北京、河北、湖南、江苏、广东、广西分列1至10位。而前5位地区的申请量与其他地区相比相对较多，这也反映了国内生物质成型燃料技术领域的研发分布状况，主要是北方采暖地区。同时，这些专利中存在大量的个人申请，也说明了国内生物质成型燃料产业化发展程度及技术水平还有待提高。
从所占比重来看，前5位地区的申请量占总量的60％，但并没有哪一个地区或省份的申请量明显超出其它地区或省份，呈“散而不专”的态势，这些地区的平均申请量在20件左右，这一方面反应了我国生物质成型燃料领域的研究起步较晚，取得的成功不显著，从而专利申请量普遍不足，没有哪一个省份或地区能走在研发的前列；另一方面也反映出在政策的鼓励和扶持下，各地区均逐渐开始重视生物质成型燃料的研究，从而各个地区均有一定数量的关于生物质成型燃料的专利申请。
2.2.2 国外来华专利情况分析
在194件与生物质成型燃料生产技术与设备相关的中国专利申请中，国外来华专利申请量为10件，占比5.2％。所占比例较低，分别为日本6件、德国2件、法国和韩国各1件。从数量上看，生物质成型燃料领域日本的来华专利申请较明显高于其他国家，这与日本在该领域的技术水平有关，也与日本看重中国市场的发展战略有关。从专利类型来看，该领域国外来华专利申请均为发明专利，其中日本、德国、法国的发明pCt申请各1件，这说明该领域国外来华专利申请的技术水平相对较高。从国外来华专利申请所在的技术领域、申请人类型和法律状态等来看。生产技术方面：德国(个人、pCt授权)、法国(个人、pCt授权)、韩国(企业、公开)各1件，日本6件(企业，授权1件，失效4件)；生产设备方面：德国(企业、失效)1件；国外来华专利申请覆盖了生物质成型燃料生产技术和设备领域，且基本为企业申请，但在企业申请中只有日本国际成套设备株式会社的来华专利处于授权状态。尽管如此，仍不容忽视国外来华较高水平的专利技术。
2.3 主要技术领域分析
专利主要技术领域的研究主要针对专利ipC分类号进行分析，通过ipC可以直接掌握目前相关技术的分布。ipC分成部、大类、小类、大组和小组等5级结构，涉及与发明专利有关的全部技术领域。
生物质复合成型燃料生产技术及设备涉及a、B、C、F等部，主要集中于B30811(专门适用于细粒或塑料状态的材料成型的压力机)、B3089(专门适用于特殊用途的压力机)、C10L5(固体燃料)大组。更进一步细分，设备技术领域主要分布于B3089/28(用于成型物品成型用的压力机)、B30811/22(挤压机；所用的模具)等小组，其中B30811/22小组主要包括B30811/24(使用螺杆的)、B30811/28(使用带孔的辊或盘)等；生产技术领域主要分布于C10L5/40(基于非矿物来源为主的物质)和C10L5，04(以含碳的矿物质为主所组成的煤砖所用的原料、预处理)等小组，其中基于非矿物来源为主的物质主要为C10L5/44(基于植物物质)和C10L5/46(基于污物、家庭的或城市的垃圾)等。
2.4 专利申请人分析
在检索到的生物质成型燃料中国专利申请中，涉及各类申请人共191人，其中国内申请人181人，占申请人总数的94.8％，人均申请0.98件；国外申请人10人，占申请人总数的5.2％。人均申请量为1件。由此可见，国内申请人较为分散，人均申请量不足1件，呈现参与度过大的局面。
目前在生物质成型燃料领域的中国专利申请中，国内个人的申请量最大，占到全部中国专利申请总数的57％，国内企业、国内高校、国内科研单位、国外企业、国外个人分别占22％、11％、5％、4％、1％。这表明目前国内生物质成型燃料技术非职务发明比重过高，其技术含量及市场价值仍有待进一步提高；另外，国外的专利技术尚未充分进入中国市场，因此国内申请人，特别是国内企业应更注重专利自身的实际价值与作用，通过专利制度更好的保护自己的创新成果，占据国内市场，更有利地抵抗国外专利技术的侵入。
2.5 授权发明专利状况分析
在检索到的62件授权专利中，绝大部分是实用新型专利，只有8件是发明专利，其具体信息如表2-1所示。
在这8件授权发明专利中。有5件是国内专利申请，其申请地区分别为黑龙江、北京、辽宁、河南和湖南，申请人类型包括个人和高校，技术领域包括了生物质成型燃料的成型设备及生产技术。在国外来华的3件授权发明专利分属德国、法国和日本，其中德国和法国的专利为pCt发明专利，均为个人申请，通过国际申请进入我国，日本的专利为企业来华申请。
2.6 广西生物质成型燃料专利申请状况分析
目前，广西在生物质成型燃料技术领域专利的申请量为5件。占申请总数的2.6％，虽然在全国省市地区排名中位列第10，但相对于前五名地区的二十多件专利申请来说还较低，具体信息如表2-2所示。
从表2-2中可以看出。广西的5件专利申请均为个人申请，只有一件生物质成型设备的实用新型专利获得授权，属于使用螺杆的用于细粒或塑性状态材料成型的压力机技术领域，主要特征是在常温下即可挤压成型；而在生物质成型燃料生产技术领域的4件发明专利申请中，3件仍处于为公开状态，1件失效，都属于以非矿物来源为主的物质的技术领域(C10L5/40)。包括基于污物、家庭的或城市的垃圾(C10L5/46)和基于植物物质(C10L5/44)的领域。
3 综合评述
3.1 生物质复合成型燃料专利分析总结
我国生物质成型燃料技术的研究起步较晚，在发展初期一直未得到重视，发展缓慢。直到2004年后，该技术才逐渐受到重视，经过几年的探索和深入，目前这项技术已进入一个快速发展期，局面已在全国范围内铺开，竞争格局也将逐渐形成。其中辽宁、河南、山东、黑龙江、北京等北方主要采暖地区的发展较为突出。同时这也说明了生物质成型燃料目前主要作为家庭炊事、取暖用燃料。在从事生物质成型燃料技术研究的主体中，企业相对较少，个人居多。且分布都比较分散，行业领军者也尚未形成，导致在全国范围内生物质成型燃料行业的主要竞争者还不明显。虽然涉及的技术基本覆盖了生物质成型燃料的所有领域，但从专利申请类型及授权情况看，获得授权的发明专利的数量却少之又少，这些都说明了我国生物质成型燃料的技术水平还较低。在国外来华的专利中，目前只有3件专利处于授权状态，分属德国(个人)、法国(个人)和日本国际成套设备株式会社，均为生物质成型燃料生产技术领域。国内生物质成型燃料的主要竞争者体现在成型设备领域，如辽宁鑫能机械设备制造有限公司、阜新市颗粒饲料机械厂、珠海慧生能源技术发展有限公司等。
3.2 广西生物质成型燃料发展建议
广西地处热带、亚热带，热带作物种植区面积达11.40万平方公里，占全国的38.42％，非粮生物质能源非常丰富，木薯、甘蔗产量非别占全国的70％和63％以上。据此，为广西生物质成型燃料的发展，提出以下参考建议：
一、加大对科技创新的投入力度，并注重知识产权的保护，这是发展的基础。
二、充分利用木薯、甘蔗等具有广西特色的生物质资源，开发具有高燃烧值的工业锅炉、生物质发电等专用的成型燃料及其相应成型设备。目前生物质成型燃料主要作为家庭炊事、取暖用燃料，由于其对燃料的要求较低，所以技术含量也比较低。那么，广西的生物质成型燃料研发企业应根据木薯秸秆、木薯渣、甘蔗渣等的结构、性质等，从助剂、预处理及成型工艺进行研究及创新，开发出适合工业锅炉、生物质发电等专用的成型燃料。此外。要根据市场条件、地方经济发展政策导向来优化生物质成型燃料的原料种类结构、生产规模。例如，目前广西的甘蔗渣除用于锅炉燃烧外，主要用于制浆造纸，那么就要对甘蔗的种植情况及甘蔗渣的利用率进行分析，确定能用于成型燃料的总量。
三、在成型设备方面，由于国内目前已存在较多专利，覆盖的技术领域也比较广，要产生创造性的发明不易。因此，可在充分调研国内主要生产设备的基础上，根据所采用的原料特点，找出该领域的技术空白点或者存在的弊端，进行创造或者改进，特别是要注重节能及流水线方面的创新。
参考文献：
生物燃料研发篇7
[关键词]生物质燃料综合应用技术新进展
[中图分类号]tK6[文献标识码]a[文章编号]1003-1650（2016）10-0206-01
引言
党的十报告中提出了关于提高能源使用效率的问题，即要支持新能源的开发，提高可再生能源的利用率。至此，河南驻马店市农业大区对生物质燃料的综合应用技术得到了高度重视。生物质能作为碳源具有可再生性，可以转化为固态燃料、液态燃料、气态燃料。
1固体生物质燃料的综合应用技术
制备固体生物质燃料所采用的技术是固化成型技术，即将品位相对较低的生物质转化为品位相对较高的生物质燃料，而且由于燃料已经固化成型的，所以方便与存储和运输，在燃料的利用上也非常便利。固体生物质燃料的资料来源于农业和林业生产中所产生的玉米芯、秸秆等等各种废弃物。
1.1固体生物质燃料的成型技术
首先，要收集生物原材料，将这些材料经过筛选之后，确保材料干燥，灰分符合要求，污染性低而且热值高、容易燃烧。对于这些材料进行干燥处理后，进行成型处理以方便运输[1]。其次，将所有筛选出来的材料粉碎处理，并将黏结剂和助燃剂加入其中进行压缩，使固体生物质燃料不仅方便存储，而且容易燃烧。
1.2固体生物质燃料的生产技术
根据不同的生产条件，固体生物质燃料所采用的生产技术也会有所不同。其一，常温湿压成型技术，具体而言，是将纤维素原料进行水解处理而使得原料的纤维经过湿润时候软化，使其皱裂，之后进行压缩处理。这种技术的操作简单，但是会提高部件的磨损度，而且所生产的燃料的燃烧值比较低。所以，成本相对较高。其二、炭化成型技术，即对生物质原料进行炭化处理后成为粉末状，将粘结剂加入其中，压缩成木炭。比如，河南驻马店市农业大区，秸秆多综合利用，利用炭化技术工艺生产出来的秸秆炭粉可制成炭球、活性炭等炭产品。在秸秆炭化的过程中所排放的烟雾收集起来提取可燃气体、木焦油、木醋酸。但目前综合利用率还比较低，所以，还国家对秸秆综合利用予以补贴和政策上的倾斜。
2液态生物质燃料的综合应用技术
2.1燃料乙醇
燃料乙醇成本低而且具有可再生性。生产技术上，是对非粮食原料乙醇回收后，经过净化并发酵处理。其中，对脱水处理技术具有很高的要求，主要采用了萃取精馏法、吸附分离法以及共沸精馏法等等[2]。所生产的燃料乙醇中所含有的乙醇可以达到99.7%，比无水乙醇中的乙醇含量要高。
2.2生物柴油
动植物油脂经过加工处理后，可以生产出与柴油的化学性质比较接近的长链脂肪酸单烷基酯，即为“生物柴油”。这种材料具有良好的性，没有毒，而且生物降解，是用于替代柴油的最好的材料。生产技术上，物理方式进行技术处理即为直接混合法、酯交换法和酶催化法；化学方式进行技术处理即为采用了微乳化法高温热裂解法。由于所使用的材料不同，生产出来的生物柴油存在着有点和不足。目前广泛使用的生物柴油制备方法为酯交换法。这种方法的原料来源广泛，加工工艺简单，所生产出来的生物柴油性能稳定，但是在生产的过程中会有碱性废水产生，而且生产设备会遭到严重的腐蚀。
3气态生物质燃料的综合应用技术
生物质发酵技术，就是将生物质采用厌氧微生物分解技术，经过代谢处理之后生成了气体，这种气体的主要成分是甲烷，其中还包括二氧化碳、氢气以及硫化氢等等，即为“沼气”[3]。沼气的发酵划分为水解液化、酸化、产甲烷三个阶段。生物技术的快速发展，挖掘高效厌氧微生物并使用的效率也会有所提高，对沼气的利用起到了促进作用。
按照生物质气化原理，生物质气化制氢技术需要将生物质进行气化处理后，可燃性的气体与水蒸汽不断地重整，从中可以提取氢气。研究的介质是催化剂、气化炉，使用白云石制作二氧化碳，吸收蒸汽，经过气化后产生二氧化碳气体。经过试验表明，气体中的氢气产量是非常高的，可以达到66.9%；二氧化碳气体为3.3%；一氧化碳气体为0.3%。
总结
综上所述，中国在近年来环境污染日趋严重。要保护好生态环境，就要加大清洁能源的使用力度，同时还要提高能源的重复使用效率。特别是发展新能源，能够对不可再生能源的利用以缓解，一方面可以对能源使用的安全予以维护，而且还可以推进新农村建设。
参考文献
[1]王永征，姜磊，岳茂振，等.生物质混煤燃烧过程中受热面金属氯腐蚀特性试验研究[J].中国电机工程学报，2013，33（20）：88―95.
生物燃料研发篇8
1生物质固体燃料成型工艺及设备
1.1成型工艺
生物质燃料的致密成型工艺直接决定了生物质燃料的形状和特性,根据成型条件的不同可以将生物质成型工艺分为常温湿压成型、热压成型、炭化成型和冷压成型[10]。
(1)湿压成型工艺:湿压成型是利用水对纤维素的润涨作用,纤维素在水中湿润皱裂并部分降解,使其加压成型得到了很明显的改善。在简单的装置下加压将水分挤出,形成低密度的压缩燃料块。此种方法多用于纤维板的生产。
(2)热压成型工艺:热压成型工艺是现在应用较多的生物质压缩成型工艺之一,其工艺流程为:原料粉碎干燥混合挤压成型冷却包装。对于不同的原料种类、粒度、含水率和成型设备,成型工艺参数也要随之变化,但由于木质素在70~100℃时开始软化具有黏性,当温度达到200~300℃时呈熔融状,黏性很高[11],在热压过程中可起到黏结剂的作用,所以加热维持成型温度一般在150~300℃,使木质素、纤维素等软化并挤压成生物质成型块。
(3)炭化成型工艺:炭化是在隔绝或限制空气的条件下,将木材、秸秆等在400~600℃的温度下加热,得到固体炭、气体、液体等产物的技术,以生产炭为主要目的的技术称为制炭,以气体或液体的回收利用为重点的技术称为干馏,两者合称为炭化[12]。炭化成型工艺是将碎料经过炭化,去除其中的挥发分,减少烟和气味,提高燃烧的清洁性。根据炭化工序的先后可分为先成型后炭化工艺和先炭化后成型工艺。①先成型后炭化工艺为:原料粉碎干燥成型炭化冷却包装;②先炭化后成型工艺为:原料粉碎除杂炭化混合黏结剂成品干燥、包装。纤维素类生物质经炭化后,成型时表面黏结性能下降,直接压缩成型的生物质固体燃料易松散,不易贮存和运输,因此要加入适当的黏结剂来增加其致密成型的强度,现有的黏结剂如脲醛树脂(UF),水玻璃,糠醛废渣,naoH、硼砂、水和淀粉混合黏结剂,聚乙烯醇、淀粉和JtJ(代号)混合黏结剂[13],淀粉、木质素类、羧甲基纤维素及焦油等[14]。
(4)冷压成型工艺:冷压成型工艺是将生物质颗粒在高压下挤压,利用挤压过程中颗粒与颗粒之间摩擦产生的热量使木质素软化并具有一定的黏结性,从而达到固定成型的效果。冷压成型工艺生产的生物质致密燃料的物理性能没有前几种工艺生产的生物质燃料优良。
(5)生物质燃料的致密成型工艺评价指标:松弛密度和耐久性是衡量生物质燃料致密成型物理品质的两个重要指标。适宜的压缩时间,尽可能小的粒度,适当增加压力、温度或加黏结剂,可以达到提高松弛密度的目的。耐久性可以细化为抗变形性、抗跌碎性、抗滚碎性、抗渗水性和抗吸湿性等[15]。此外,将内摩擦角作为影响生物质致密成型燃料的评价指标,也有相应的研究[16]。
1.2成型设备
(1)螺旋挤压式成型机:螺旋挤压成型机是靠螺杆挤压生物质,并维持一定的成型温度,使生物质中的纤维素、半纤维素和木质素得到软化,从而减小内部的摩擦,挤压成生物质致密成型块。与纤维板的生产相类似,如果原料的含水率过高,在加热压缩的过程中致密成型块也容易发生开裂和“放炮”现象,所以原料的含水率应控制在8%~12%之间,成型压力要随着原料和所要求成型块密度的不同而异,一般在4.9~12.74kpa之间,成型燃料的形状通常为空心燃料棒(如图1(a)所示)。螺旋挤压机运行平稳、生产连续性较好,但螺杆的磨损较严重,使用寿命较短,这也相应地增加了生产成本[17-19]。中国林业科学研究院林产化学工业研究所研制了螺旋挤压式棒状燃料成型机,西北农林科技大学研制出了JX7.5、JX11和SZJ80a三种植物燃料成型机。
(2)活塞冲压式成型机:活塞冲压式成型机根据驱动方式的不同又分为机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机,其中液压冲压式成型机允许加工含水率较高(20%左右)的原料,常用于生产实心燃料棒或燃料块(如图1(b)所示),其密度在0.8~1.1g/cm3之间,成型致密燃料块比较容易松散,但在压缩过程中一般不需要加热,也减小了成型部件的损耗。河南农业大学研制了液压往复活塞双向挤压加热成型的棒状燃料成型机,首钢研制了机械活塞冲压式生物质块状燃料成型机,中国农业机械化科学研究院研制了CYJ-35型冲压式成型机。
(3)压辊式成型机:压辊式成型机主要生产颗粒状的生物质致密成型燃料(如图1(c)所示),其可分为环模成型机和平模成型机。该机对原料含水率要求较为宽松,一般在10%~40%之间,颗粒成型燃料的密度在1.0~1.4g/cm3之间,成型时一般不需要加热,根据原料的状况可适当添加少量黏结剂。压辊式成型机的基本工作部件由压辊和压模组成。其中压辊可以绕自身的轴转动,压辊的外周加工有齿或槽,用于压紧原料而不致打滑。压模有圆盘或圆环形两种,压模上加工有成型孔,原料进入压辊和压模之间,在压辊的作用下被压入成型孔内。从成型孔内压出的原料就变成圆柱形或棱柱形,最后用切断刀切成颗粒状成型燃料。中南林业科技大学开发了生物质颗粒燃料成型机,河南省科学院能源研究所研制了在常温下生产颗粒燃料的环模式成型机,清华大学清洁能源研究与教育中心研制了常温成型颗粒燃料生产设备。
2生物质固体燃料成型和燃烧的影响因素
2.1原料种类
生物质固体成型过程中,依靠木质素在较高温度下软化呈熔融状态、在外压力作用下流动的特性,可以起到胶黏剂的效果,所以木质素在生物质中的含量直接影响燃料的成型。生物质的密度也对成型有一定的影响,密度大的原料较难压缩成型。2.2原料含水率不同工艺对生物质的含水率都有相应的要求。颗粒成型工艺所用原料的含水率一般在15%~25%之间;棒状成型燃料所用原料的含水率不大于10%。在热压成型中,含水率过高,水蒸气不容易从原料中溢出,会发生气堵或“放炮”现象;而含水率过低又会影响木质素的软化点。
2.3原料粒度
粒度小的原料容易压缩,可增大生物质固体燃料的密度。但采用冲压成型时要求原料具有较大的尺寸或较长的纤维,以避免原料粒度过小而脱落,给运输造成不便。
2.4成型压力与压模几何形状
成型压力影响成型密度,但受设备能力的限制,制约了成型压力的增加;压膜的几何形状影响成型压力以及摩擦力的大小。
2.5成型温度
成型温度高会使原料本身变软,木质素软化,容易压缩成型,但温度过高会造成模子退火、耐磨性降低、寿命缩短,而且还会使物料炭化严重,降低表面黏结性能而影响成型。
2.6添加剂
生物质固体成型过程中使用的添加剂主要是聚环氯乙烷,其可以中和成型燃料颗粒表层和扩散层(水分)之间产生的电动势,使成型块的结合更加牢固[20]。
生物燃料研发篇9
关键词：中国生物质能源；发展现状；问题；对策
伴随着国家相关生物质能源生产行业标准规范的逐步完善，目前我国生物质能源生产开发已初具规模，在一系列法律法规的保障和财税政策的推动下获得了良好的发展。然而，中国生物质能源产业在实际发展过程当中，仍然存在着工业体系不完善、原料资源不足、产业化基础不够牢固、市场竞争力较低和研究能力滞后等诸多问题。因此，如何准确把握生物质能源产业的影响因素，制定合理有效的应对策略，是当下的生物质能源发展中迫切关注的重要课题。
1世界能源结构的现状与问题
1.1节能减排举措影响世界能源结构
燃料的使用效率与能源结构直接决定了二氧化碳的排放量，因而能源开发利用同自然环境之间的联系紧密。近年来，煤、石油和天然气这三大化石燃料的使用使得全球二氧化碳排放量急剧增加，引起了气候的异常及失衡。有研究指出，生物质燃料所排放的二氧化碳量要比化石原料少95%左右，若每年生产一亿吨生物质燃料，则能达成5.5%二氧化碳的减排，故生物质能源产业的推进对世界能源结构的优化具有重要意义。
1.2世界化石燃料危机严重
据统计，在全球能源的总用量中，化石能源所占比例高达85%，每年石油、煤炭和天然气的储量都在不断下降。作为不可再生资源，人们赖以生存的石化能源正在日趋枯竭，使得人类面临愈发严峻的能源危机。
1.3可持续发展理念促进生物质能源产业发展
如今，可持续发展思想已深入人心。作为一种可再生能源，生物质能源在给人们提供生产原料与能量的同时实现了环境友好的目标，能够在很大程度上缓解人们对石化资源的依赖。
2生物质能源技术开发的进展
2.1生物液体燃料
包括生物柴油、燃料乙醇和其他液体燃料。当前采用液体催化剂的化学酯交换法是生产生物柴油的关键技术，利用对原料油当中水分、游离酸的严格脱除来防止催化剂失活。液体酸催化方法虽然能够避免水分、游离酸对产率的影响，但设备易被酸腐蚀、甲醇与丙三醇难以分离，且环境友好性较差。燃料乙醇的生产目前还在探索过程中，我国的燃料乙醇发展快，以吉林燃料乙醇公司、河南天冠集团等为代表的企业都在燃料乙醇的研究上取得了较大的进展。此外，生物质快速热裂解液化等技术也是国际上的研究热点。
2.2生物燃气
瑞典、丹麦和德国的生物燃气技术发达，已经实现了规模化、自动化与专业化，多使用高浓度粪草原料进行中温发酵，其应用逐渐延伸到车用燃气与天然气管网领域。至2008年，我国的沼气工程初步实现全面发展，厌氧挡板反应器、上流式厌氧污泥床等发酵工艺都有了示范应用。但受未热电联产和环境、温度条件影响，大多沼气工程稳定性不足且高浓度发酵等工艺应用少。
2.3固体成型燃料
欧美地区的生物质固体成型燃料已走向规模化和产业化，瑞典、泰国等地区对固体成型燃料也给予了很高的重视。20世纪80年代，我国开始研究固体成型燃料并逐步建立了以苏州恒辉生物能源开发有限公司等企业为代表的燃料工厂。
2.4微藻能源
微藻生物柴油技术的研发主要集中在含油量高且环境适应性强的微藻的选育、规模化产油光生物系统的研发以及收集微藻、提取油脂这几个方面，所面临的最大难题是油脂含量、细胞密度高的微藻细胞的培养。使用微藻对石油形成进行模拟是我国研究微藻的开端，此后微藻异养发酵技术、微藻光合发酵模型等的创新都推动了我国微藻能源的研究开发。
3影响生物质能源产业发展的因素
3.1产业模式局限
我国的生物质能源开发利用管理模式还有待健全，原料评价体系、技术规范等还不完善。项目模式也存在缺陷，例如，小型项目配套政策的缺失使得立项复杂且操作成本较高。
3.2生产技术滞后
我国的沼气工程大多应用的是湿发酵工艺，装备与技术水平都比较滞后，不利于沼气的高值化利用。非粮乙醇技术还存在障碍，受工艺复杂、酸浓度需求高、副产物多、设备要求高和成本高等因素制约，乙醇浓度不高、原料综合利用率低和发酵效率低、时间长等问题还有待解决。此外，五碳糖菌种的缺乏、生物酶法制备技术的落后和生物柴油使用性能低、经济性低等也是目前需要解决的难点。
3.3资源供应不足
原料供应不足是我国生物质能源产业发展的一大瓶颈，单一的原料来源制约了沼气工程规模化发展，非粮原料供应的间断不利于其全年均衡生产，陈化粮等原料的缺乏影响了乙醇燃料工业发展进程，生物柴油技术也面临着原料不足的状况。
4对策与建议
4.1创新生物能源技术
生物质能源是实现我国可持续发展是重要能源保障，必须借助自主知识产权核心技术的创新来保证生物质能源产业化的持久。各级政府需积极推广国产化计数，通过补助力度的加大来调动各单位研发应用自主技术的积极性，可通过专项资金的设立来支持生物质能技术创新，逐步形成分散式的产业体系。
4.2合理利用边际土地
针对原料不足这一瓶颈，应当充分利用边际土地来发展非粮生物质能，逐步建设以能源草、甘薯、木薯等作为原料的生物质液体与气体燃料生产基地。
4.3加强国家政策支持
生物质能源的开发利用对于我国资源、能源供应都具有重要意义，必须将其纳入安全战略的考虑范畴并给予相应的政策支持。国家可结合生物质能源发展需求完善相关激励体系，推行纳入能源生产社会成本、环境成本的全成本定价方案，科学制定产品价格补贴、液体燃料消费鼓励和液体燃料强制收购等方面的政策，给生物质能源发展提供强有力的体系支撑。
参考文献
生物燃料研发篇10
关键词新能源汽车；锂离子电池；燃料电池；生物燃料
中图分类号F4文献标识码a文章编号1674-6708（2016）172-0194-02
当下，我国汽车保有量增长快速，一方面导致对石油的需求量大幅增长，自上世纪以来我国石油进口依存度迅速上升，1993年尚处于原油净出口国，1995年石油进口依存度则变为5.3%，2007年达到49%[1]，2015年我国石油进口量超越美国，达到740万桶/日，成为世界上最大的石油进口国[2]。另一方面汽车在生产和使用的过程中加重了环境污染，危及了人类的日常生活。2013年我国只有约1%的城市空气质量符合世界卫生组织的标准，2014年国家减灾办、民政部于正式将雾霾天气列为自然灾情，2015年我国东北部、华北中南部、黄淮及陕西北部等地陆续出现重度污染天气。因此迫于资源、环境的双重压力，开发节能环保的新能源汽车已成为我国汽车产业的必然选择。按照动力提供方式的不同，新能源汽车主要可分为充电式电动汽车、燃料电池汽车、燃气汽车、生物燃料汽车等类别分述如下。
1新能源汽车的分类
1.1充电式电动汽车
充电式电动汽车以蓄电池为动力源，通过电机驱动，提供动力。这种汽车具有结构简单、噪声小、排放少、能量转换效率高、适用范围广等等优点。但其缺点也较多，比如过分依赖充电设施，充电时间长，续驶里程短，电池寿命短、制造成本较高等，因而在商业化的过程中困难重重。目前，研制经济的、持久的、高效的电池是充电式电动汽车发展的关键性问题，经过20多年的研究发展，目前已开发出多种适用性较强的蓄电池，如早期的铅酸电池、在混动汽车中采用的镍氢电池以及在当前及以后有着极大发展空间的锂离子电池等等。锂的原子序数为3，是最轻的碱金属元素，其化学特性十分活泼，易形成电荷密度很大的氦型离子结构。锂离子电池的储能能力是在电动自行车上广为应用的铅酸电池的3倍，其在地壳中的蕴藏量第27位，可利用资源较丰富，因此有很大的发展前景。
以目前应用最为广泛的磷酸铁锂电池为例，锂离子电池的工作原理如下：整个电池以含锂的磷酸铁锂作为正极材料，负极为碳素材料（常用石墨）。两极之间为聚合物隔膜，一方面可分隔正负极，另一方面也是锂离子在正负极往返的通道所在。当对电池充电时，正极发生脱嵌，形成的锂离子在电解液的帮助下，通过隔膜，进入负极碳层的微孔中，同时正极产生的电子也会通过外电路向负极迁移。放电时，锂离子从负极碳层中脱嵌，又嵌回正极。
目前，欧洲、美国、日本等主要发达国家均斥巨资进行锂电池技术的研发，在中国由于国家新能源产业政策的推动锂离子电池制造业也得到了篷勃发展，各种锂离子电池技术不断涌现，生产商业化电动汽车用锂离子电池的企业更是达到300家之多，但是锂离子电池的核心材料比如正负极材料、电池隔膜以及电解液却“技不如人”，过度依赖进口，因而生产成本难以下降，目前其价格3倍于铅酸电池，因此，产品难以规模化生产。近几年来，我国锂离子电池核心技术取得巨大突破，所有关键性材料均初步实现了自动生产，生产成本降幅较大，不少产品价格仅为刚面市的1/3左右，这与铅酸电池相比，已形成明显的性价比优势。锂离子电池成本的下降，使得充电式电动汽车的商业化规模化生产不再是一句空话。
1.2燃料电池汽车
在诸多的新能源汽车中，燃料电池汽车目前被公认为是21世纪最核心的技术之一，可以说它对汽车工业发展的重要性，不亚于微处理器之于计算机业。燃料电池汽车直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，不受卡诺循环的限制，能量利用率高达45%～70%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%；燃料电池汽车最终排放物为H2o，几乎不排放氮氧化物和硫化物，Co2排放量远低于汽油的排放量（约其1/6）。
整车的核心部件燃料电池并不需要充放电的操作，在一定程度上它很类似于汽油汽车，直接将燃料（常用H2、甲醇等等小分子燃料）注入贮存箱，即可获得动力。根据所用电解质类型的不同分为五个大类，分别为熔融碳酸盐燃料电池、聚合物电解质燃料电池、碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。目前在汽车工业中应用的多为聚合物电解质燃料电池，它以荷电的薄膜状高分子聚合物作为电解质，以离子交换的形式选择性地传导离子（H+，oH-），达到导电的目的[3]。工作时与直流电源相当，阳极作为电池负极，燃料在阳极发生氧化反应；阴极作为电池正极，氧化剂在阴极发生还原反应；反应生成的离子通过隔膜在电池内迁移，而电子则通过外电路对外做功输出电能，整个体系形成回路。
燃料电池但其在商业化的过程中仍存在着一些困难与瓶颈急需解决，比如由于采用贵金属催化剂铂及造价高昂的全氟磺酸膜，因此生产成本极高；再如由于工作环境多为酸碱性较强的溶液，对部分元件具有一定的腐蚀性，因而耐久性较差。目前随着非铂催化剂及无氟耐久性膜材料研发的成功，生产成本呈下降趋势，燃料电池汽车的市场普及率逐年上升。虽然以家用小汽车的形式进入普通家庭尚有一段时间，但燃料电池大巴已经完全可以产业化。目前，国外生产一辆燃料电池大巴造价约在400万元左右，若引入其核心部件及技术，采用国内人工生产，采用国内辅件及包装，可将其成本降至100万元左右，这一价格已与传统大巴接近，如果我国能抢占先机，与行业内先进的外企紧密合作，加快研发核心技术，假以时日，燃料电池大巴完全可能成为我国经济绿色增长的支柱产业。
1.3燃气汽车
燃气汽车是以液化石油气、压缩天然气及氢气为燃料的气体燃料汽车。目前市场供应以天然气为主要燃料。与常规燃油汽车相比，燃气汽车的排放污染很小，铅，Co排放量减少90%左右，碳氢化合物排放减少60%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，且尾气中无硫化物和铅，因此它是一种较为实用的低排放汽车。此外这种汽车能大幅度降低使用成本，一方面由于目前天然气的价格低于汽油及柴油，营运过程中能使燃料费用下降50%左右；另一方面由于发动机采用天然气做功，运行平稳、无积碳，发动机寿命长、也无需频繁更换火花塞及机油，维修费用亦可下降50%以上。但它也有不少缺点，比如由于存有大量高压系统使用的零部件，安全系数及密封性要求高；天然气汽车动力性比常规燃油下降约5%～15%；受到能源不可再生的约束限制；燃气缸占地面积大等。
天然气汽车工作时，高压天然气经过减压调节器减压后送到混合器中，与净化后的空气混合后，利用传感器、动力阀和计算机调节混合气的空燃比，以使燃烧更加充分，再经化油器通道进入发动机气缸燃烧做功。我国于1988年正式推行燃气汽车，多采用气/油混动改装的形式，并于同年建造了第一座加气站。发展迄今，我国已经加气站近千座，改造汽车数十万辆。中国从对燃气汽车的推广力度仍逐年上升，各大城市均有部署，可见目前以气代油，是最切实可行的一条新能源汽车之路。
1.4生物燃料汽车
生物燃料汽车的创新之处在于从农林产品、工业废弃物和生活垃圾中提取燃料，比如从玉米出发制备的汽车用乙醇燃料，利用回收食用油为源料获得的生物柴油等等。生物燃料与传统的石油燃料不同，它是一种可再生能源。近年来，生物燃料汽车得到了迅速发展，美国认为生物燃替代汽油切实可行并将其列为国家重点发展项目，目前使用生物柴油燃料的汽车己经累计运行1600万km；欧盟于2005年也推行法规，要求成员国2010年生物柴油消费量从占交通运输油料总消费量的2%提高到5.75%，2020年进一步提高到占20%。生物燃料汽车降低了对石油的需求，且其运行中的排放污染也大大降低，以常规燃油汽车相关数据为分母，生物燃料汽车尾气中有毒物含量仅为10%，颗粒物约20%以下，Co和Co2排放量仅为10%，硫化物和铅含量为0，同时，燃料燃烧较为彻底，对发动机的维护保养要求低[4]。
尽管生物燃料有较多的优点，但其发展遇到难以克服的瓶颈。第一，产能有限。在生物燃料汽车推行力度最大的美国，据有关资料显示，即便将所有玉米和大豆都拿来制造生物燃料，也仅能满足国家柴油需求量的6%和汽油需求量的12%。而玉米和大豆首先是粮食产品，只能将其少量产品用于生产生物燃料。在我国，若能将农业副产品秸杆加以利用，则将对生物燃料汽车的推广有很大的促进。第二，耗水量太大。生物燃料主要来源于农业，每年农业消耗掉的水资源高达70%，若将其产品大量用于制造燃料，往往是得不偿失的。而我国是人均水资源拥有量位于世界后列，用大量的水换回少量燃料，只能说看上去很美，实际操作性较低。第三，存在与粮争地的问题，生物燃料的推广已经造成美国和墨西哥玉米价格上涨，并可能导致发展中国家粮食短缺，因此有业内人士指出使用粮食生产生物燃料是“反人类的罪行”。
2结论
当下，我国新能源汽车产业迎来了篷勃发展的大好机遇。但由于多数新能源汽车造价过高，许多关键技术还未完全攻克，而且配套基建设施远不足以支撑行业的发展，这些因素严重阻碣了新能源汽车行业的良性发展。从我国新能源汽车近几年发展的态势来看，目前还难以实现大规模的量产。从价格方面来看，新能源汽车的造价普遍高于传统汽车，如果国家不提高购车补助，很难提高民众对新能源汽车的购买热情。从技术角度来看，我国的电池、燃料等相关技术的研发才刚刚起步，远远落后欧美等发达国家。从配套设施角度来看，我国目前的配套设施基本处于空白状态，比如很多城市未建设电动车充电站，如果不能及时充电，电动车无法前行，这给使用带来不便。虽然在当今中国新能源汽车的推广困难重重，但从国家对汽车工业的发展部署来看，发展新能源汽车己经被确定为汽车工业未来的发展方向。因此，我国汽车企业和相关科研机构必须抓住机遇，在提高自身实力的同时，推动我国新能源汽车产业的迅速发展。
参考文献
[1]国务院发展研究中心产业经济研究部，等.中国汽车产业发展报告（2009）[m].北京：社会科学文献出版社，2009.
[2]中国石油新闻中心.“中国成为最大石油进口国”意味着什么[eB/oL].[2015-05-19（7）：59].http：//pc./system/2015/05/19/001542111.shtml.