第四节 秸秆气化技术

秸秆气化是指农业生产中产生的象稻秆、油菜秆、玉米秆等秸秆在缺氧状态下通过热化学反应，将秸秆中的碳转化成可燃气体的过程。产出的可燃气体可供民用炊事、取暖、农产品烘干、发电等使用。玉米秸秆和玉米蕊含水量不超过20％时，lkg玉米秸秆和玉米蕊可产2m3可燃气。据有关部门检测，一般情况下，司燃气含CO11％～20％，H，10％一16％，CH40.5％～5％，C0210％～14％，02低于l％，以及少量的硫化氢、焦油和灰尘。可燃气的燃烧值为4000～5000kJ/m3。

2．4．1 秸秆气化原理。以玉米秸秆、玉米蕊等为原料，粉碎后经过气化设备热解、氧化和还原反应转换成可燃气体。秸秆在气化炉里进行不完全燃烧，是在缺氧情况下加热反应的过程，在此过程中碳、氢元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气。 秸秆气化是在气化炉内完成的。秸秆是由碳、氢、氧等元素组成，其中含有一定量的水分。 当秸秆被燃烧后，随着温度的升高，燃烧产生的气体通过还原区赤热的炭层反应，转换成含CO、H₂、CH₄等成分的可燃气体。整个反应过程很复杂，而且随着气化炉的类型、工艺 流程、反应条件、气化剂的种类、原料的性质和粉碎等条件的不同，其反应过程也不相同。

  近几年来，我国在秸秆热分解气化技术和秸秆气化设备方面做了大量研究工作，自行研制的秸秆气化集中供气技术处于世界领先地位。例如，XFF型生物气化机组及集中供气系统配套技术和用户燃气系统已经进入商品化阶段，并被列人“星火”示范工程，深受农民的欢迎。据报道，秸秆发电项目在青岛市签约。该项目由加拿大瑞威集团再生能源有限公司投资，采用国际上先进的热分解技术，日处理秸秆800t，装机容量为3.6万kW。

2．4．2秸秆物料的特性。生长期仅一年的作物秸秆属高挥发份、低炭化度物料。挥发份含量平均高达75％，以固定炭含量为标志的炭化程度平均为17％，但发热量却平均高达36％。这表示可燃组份中，含量仅为1/6的固定炭其发热量却占1/3。这种以纤维素、半纤维素和木质素构成的聚合物被隔离空气加热超过100℃时，挥发份即连同水份开始蒸发解离，挥发成汽态的油雾；当温度达到450～550℃时，解离挥发过程达到高峰，炭氢分子构成的木焦油、木醋液等大分子聚合物受热升腾为气态浓雾。此时，若与空气混合比达到一定值时，即成为可燃气；若降温达到冷凝条件时，即凝结为液态焦油、木醋液及水污等。所以，对秸秆而言，挥发份对燃烧起决定作用。

高挥发份秸秆物料的气化特点。采用生物质气化技术可以把直接燃烧分为半燃烧和完全燃烧两个过程，前者为缺氧条件下的不完全燃烧产生中间产物，即气化煤气。然后，气化煤气再与空气二次混合实现完全燃烧。气化煤气及其燃烧使生物质物料的能量利用率显著增大，燃烧完全，提高了生物质的利用品位。

2．4．3秸秆生物质气的特点： (1)燃烧完全、洁净。 (2)燃烧温度高。热煤气的显热与可燃成份燃烧释放的潜热使燃烧温度高达1，500℃，在特殊燃烧条件下，可达1,700℃，而秸秆直接燃烧火焰温度仅为600～700℃。 (3)气化热煤气燃烧火力强、温升快。
 (4)可调控。燃烧火焰温度、热能强度可适时控制调节，实现开、关两位操作。
     热煤气直接燃烧与煤气冷洗清滤后的冷煤气相比最突出的是热煤气的能量增值：(1)显热增值。热煤气的出炉温度300～400℃；(2)潜热增值。纤维素的热分解产物焦油、木醋液及苯、酮、烷类重分子部分其凝聚的能量为15～20％。在高温条件下，重分子裂解燃烧可释出能量。

2．4．4秸秆气化冷煤气，显热、潜热损失及其他。（1）热煤气经水的冷洗、过滤，实现输送储存。此时煤气显热尽失，部分可燃成份以潜热形式流失，而其清滤产生的黑液则成为污染排放物。秸秆中75％的纤维素和半纤维素的热分解产物形成挥发份，其主要成份是焦油、木醋液、酸、醇等重分子，在热态下以气态形式存在。在高于600℃时，则发生再裂解反应，产生部分可燃气体。这样，煤气中木焦油、木醋、木酸液分子量下降，而较重分子的烷、烯、苯仍以气态成为热煤气的可燃成份参与燃烧。但在冷煤气中，这部分可燃物被冷洗清滤掉成为油污黑液被排放。这部分潜热损失加上冷煤气降温的显热损失使冷煤气热焓大大下降，从而使煤气的燃烧质量降低。其中可燃气着火界限也随之明显缩小，这就是令农村用户恼火的秸秆煤气“点不着火”或是呈不顶用的“小火头”的原因之一。(2)冷煤气冷洗用水耗水量约为0.5公斤/立方米(煤气)。一台产气量200立方米/小时的装置，一小时耗水100公斤，这在北方缺水地区也是值得注意的问题。所谓“沉淀池”循环水再利用是很难实现的，因为黑液与水的可溶性，“水油交溶”很难分离。由此而产生的黑液排放污染更是潜在的威胁。其中储气塔中的浮动调压水封，不长时间后就成为粘稠的黑液，不能排，无法用，使储气塔成为“储污塔”。(3)农作物秸秆越冬长期存放，低炭聚合物自然挥发逸出，导致能量衰减。(4)尽管经冷洗、清滤，因油污粘结阀门、输气支管堵塞的问题在实际运行中还是时有发生。另外，机械式清滤设备重量占机组的75％，造价往往越过气化设备主机，其维修、除污清洗费用在运行成本中也占很大的比例。(5)不利的运行工况。炊事供气设备运行时间短，一日三餐，每次起动不超过一小时，设备尚未进入“热车”状态即告停。反应区尚未积蓄充分的热量，煤气中油雾水汽含量过高，难于稳定正常供气。

高挥发份物料的除焦技术其治本途径是重质聚合物的裂解。要实现热裂解只有借助外源加热。其中，催化剂裂解技术，催化剂是关键，实用的是石灰石和白云石，但仍须加热到800℃以上。此时的催化裂化产物其代价已不是为了得到低热值的粗煤气，而是中热值的可燃气或工业用气源。热裂解要做到两点：(1)气化物料掺入一定比例的硬木质燃料——高炭化度“骨料”，实现热解除焦；(2)为保持良好的热反应工况，气化设备应持续运行2～3小时以上。试验表明，稳定运行4小时以后，粗煤气中焦油量可由320毫升/立方米降至120毫升/立方米。建立多用途持续运行的中心煤气站，取代单一用途的炊事供气站。另外，管理问题，物料采集、储存、防潮通风，包括物料预处理和“骨料”配比也都是值得探讨的。

　　2．4．5 秸秆生物质气的优点（1）秸秆气可以替代常规能源。按lrn3秸秆气替代0.25l(g标准煤，一户4口之家每天用6m3秸秆气，每户每年用秸秆气为2190m3，则每户每年使用秸秆气可替代548kg标准煤。（2）环境效益显著。按lt秸秆替代0.7t煤计算，则1万t秸秆可替代7003t煤炭，那么，利用1万t秸秆就可以减少c02排放1.4万t、s02排放140t、烟尘排放100t。对于农村家庭来说，使用秸秆气要比直接燃烧秸秆干净得多。（3）减轻劳动强度和减少做饭时间。使用秸秆气与直接燃烧秸秆比较，可以减轻家庭妇女的劳动强度，同时还可以减少用于做饭的时间1.5～2h/d。

第五节 秸秆建材技术

秸秆植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹。木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面，因而是一种很好的天然高分子材料，可以与高分子树脂混合后，生产新型人造板材料。

目前，我国人造板产量已达到5000万m3, 预计秸秆人造板有望占领人造板市场总量的20%左右，达到1000万m3左右。目前，全世界拥有农作物秸秆人造板制造技术的主要有美国、中国和加拿大等国，全世界现有生产能力约150万m3。中国的秸秆板生产能力在世界上排列第三位，共拥有生产能力19.5万m3，有7条生产线，其中4条年产5万m3规模生产线（其中一条为进口线，生产麦秸板），3条1.5万m3生产线（2条为进口技术，1条为国产技术，生产麦秸板）。

    秸秆人造板可以用木单板、浸渍纸等进行贴面，也可以用油漆进行涂饰，产品可以用于下列场所：（1）室内装修：用于地板衬板，吊顶板等，尤其适用于医院、儿童居室和休闲中心的室内装修。（2）家具制造：可以替代木质人造板用于家具制造，尤其适用于厨房、浴室家具，医用家具和儿童家具。（3）车船内装：用于汽车、客轮、列车车厢的内部装饰。（4）包装：用于药品包装和食品包装。（5）建筑：优良的防水、隔音和隔热性能可开发应用于屋面板、隔墙板和内墙保温板。（6）外户：广告牌、商店门面装饰、户外家具、动物房、户外游戏设备、凉亭、窗框等。（7）其它：草木复合板和部分替代低密度板的应用。

     “十一五规划”中已明确政府将对农作物秸秆资源综合利用和木材代用项目给予重点扶持，木材原料价格的进一步上涨，各国政府对环境保护所采取的严格措施和消费者环保认识的进一步提高等因素的综合作用将使秸秆板在十一五期内形成规模。随着烟台万华二期工程骏工和亨斯迈上海生产基地等的相继投产，生产胶料厂家的增加，MDI价格可望回落到18000元/吨以下，再加上秸秆板的诸多优点，相信秸秆板会有相当的竞争优势。据国家统计局调查显示，仅2004年，中国就有900多亿元的家具没有卖出去，和当年实际内销的家具差不多，可见国内家具市场供大于求的现象是非常严重的。2006年将是家具行业面临重新洗牌的一年，品牌制胜效应将会更加凸显。随着经济的发展，消费者对环保的要求越来越高，生产厂家、媒介、政府等合力唱导，相信人们在观念上将正确的认识和接受秸秆板。生产厂家是科技创新和产业化的载体，依托科研院校共同解决秸秆板生产工艺的适用性和实用性问题已为时不远。

    国内从事秸杆人造板国内研制单位

南京林业大学	主要研究稻草板
中国林科院木材研究所	主要研究麦秸板
上海康拜环保科技有限公司	主要研究多原料秸秆板

 

国内从事秸杆人造板的生产厂家：

生产厂名称	生产能力m3/年	技术来源	设备生产厂商	备注
江苏大盛板业有限公司	3万立方米	英国	英国	麦秸板
湖北基立环保材有限公司	5万立方米	南京林业大学	信阳人造板机器厂	稻草板
江苏鼎元科技发展有限公司	5万立方米	南京林业大学	信阳人造板机器厂	稻草板
四川国栋建材有限公司	5万立方米	德国	德国	麦秸板
山东同森木业有限公司	1.5万立方米	中国林科院	沈阳重型机械厂	麦秸板

 

 

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自郑永军科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-437607-348274.html

上一篇：农作物秸秆的产业化和工业化利用新机制的研究与对策(4)
下一篇：教授，为什么一直比较瘦