生物质制甲醇的研究现状及展望

安徽农业科学, Journal of Anhui Agri.,sei,200,37(6):2653-2654贵任编辑王森责任校对傅真治生物质制甲醇的研究现状及展望朱灵峰,明海涛吴波张玉萍,王哲(华北水利水电学院环境与市政工程学院河南郑州4<0摘要介绍了国内外生物质气化合威甲醇系统( BGMSS)的研究现状、存在的主要问题及市场前景。关键词生物质;合成甲醇;现状;前景中图分类号S216獻标识码A文章编号0517-6611(200)06-02653-02ZHU Ling-feng et al School of Environmental and Municipal Engineering, North China University of Water Conservancy and Electric Pow-er, Zhengzhou, Henan 450011)Abstract The research status, main existing problems and the market prospects of biomass gasification methanol synthesis system(BGMSS)at home and abroad were introducedKey words Biomass; Methanol synthesis; Status; Foregrour随着能源危机和环境污染的加剧,研制清洁替代性能这些气体随后通过热交换器被冷却,然后进入甲醇合成反应源越来越得到人们的高度关注。生物质能源以其资源丰器(MSR)。③甲醇合成反应在3MPa,260℃下进行。生产富、可再生及可实现温室气体(CO2)的零排放等特性而具有的甲醇经分离后,未冷凝的一部分气体循环到HGR;另一部成为一种全球最大的可再生洁净能源的可能性。秸秆类生分气体为提高CO转化率,返回到MSR整个甲醇合成过程物质热化学气化催化合成甲醇是生物质能源的高效转化技中CO的转化率可达90%。术之一。生物质气化合成甲醇系统( biomass gasification12美国NREL生物质合成甲醇项目美国国家可再生methanol synthesis system, BGMSS)可分为两大部分第一部能源实验室(NREL)采用热化学方法对非粮类生物质的转化分为生物质热化学气化制原料气再经净化及调配氢等处理技术进行攻关研究2。从1993年开始,NREL与其他研究单制成合成气;第二部分为合成气在一定压力和温度条件下经位合作在夏威夷建造了一座生物质气化示范工厂。该工厂催化剂催化合成粗甲醇粗甲醇经精馏后得到甲醇产品。以蔗糖残渣为原料以氧气/水蒸气为气化剂,使用鼓泡流化国外的研究现状床反应器操作压力为2MPa进料速率100v/d(干基),该工发达国家早在20世纪80年代开始就已经对生物质合艺的特点是使用了一步催化剂。该项目的工艺流程是生物成甲醇燃料进行了相关的实验室研究,经过长期、系统地研质原料经干燥、预处理后在气化炉内经氧气/水蒸气气化,出究生物质甲醇技术日趋成熟并有工业中试装置在世界各口的原料气经除灰处理,一部分用来发电,一部分经脱焦和地成功运营。配氢调节用来合成甲醇。1.1美国的 Hynol Process项目美国环保署与美国加州1.3瑞典 BAL-Fuels和 BoiMeet项目 BAL-Fuels项目大学在199-200年合作进行了 Hynol Process研究,在采用氧气/水蒸气为气化剂操作压力为27MPa,气化炉为高温高压下将生物质和氢气转化成合成气进而合成甲醇。流化床反应器,生产的粗合成气的成分组成为:CO356%Hynol Process项目包括3个阶段:①在加氢气化炉(HGR)H128.6%、C028.8%、CH167%、其他0.3%(干基);粗合内,生物质与循环回的富氢气体在3MPa,800℃下反应水成气经冷凝除颗粒杂质后,通过CO变换单元调整H2和CO蒸气以02kgkg生物质的速率进入。HCR内的反应如下:的比值,达到甲醇合成最适比例后,进入甲醇合成单元合成C+2H2→CH4+△H(1)甲醇。该项目有一个特点,即引入了一个自热重整器C+H2O→C0+H2-△H(2)(ATR),使甲醇合成器排放气中的甲烷与水蒸气重整为H2CO2+H24CO+H2O-△H和CO并循环回合成器,提高了甲醇合成产量。 Boimeet项产生的气体中COH2、CH分别为13%、38%8、20%,碳目2使用 Hamelinck·提出的一步通过法原理,生物质气化的转化率高于87%。由于反应(1)为放热反应反应(2)和气直接进入甲醇合成器合成甲醇,未反应的合成气进入发电(3)为吸热反应热量正好平衡所以无需外部热量供应。②系统发电。虽然,该项目的甲醇合成产率较低但由于与发HGR出来的气体与另外加入的天然气在水蒸气重整反应器电系统联合使得整体效率得到提高从整体来看该项目具(SPR)中与水蒸气反应生产CO和H,反应如下有明显的经济优势。H4+H2O→CO+3H21.4日本甲醇合成项本的小林由则等使用意大利CO,+H2-CO+H,0(5)黑麦草和稻草球为原料气化炉为流化床气化剂为氧气/水SPR中使用的是传统的镍基催化剂在3MPa,900℃下蒸气中国煤化工气然后在压力为6-运行,SPR的出口气中H2和CO浓度分别为60%和21%。10MCNMHG剂的催化下合成甲所立J一1±物质处理能力为50基金项目河南省教肓厅科技攻关项目(2007610008)。作者简介朱灵峰(1958-),男,河南内乡人,博士,教授,从事可再kg/d的中试工厂,采用各种生物质材料均成功合成甲醇。试生能源转换技术研究验得到的产品经分析其重量百分比为:甲醇87%、水1%、其收稿日期2008-12-11他化合物12%。该项目流程是:生物质原料经预处理后,在安撒农业科学2009年气化炉内用氧气水蒸气气化为原料气原料气再经过冷却、显提高催化剂的活性和热稳定性。净化调节后合成甲醇。3展望1.5其他国家的生物质甲醇研究荷兰的 Beenackers国内甲醇市场方面,2005年甲醇价格为1900-2100AACM等、英国的 Brandon O H等“新西兰的 Palmer Eric元/t以上;206年达到3950-4200元/t;200年国内市场R等以木头为原料进行了甲醇合成气的研究制备出优容量继续增加,以16.5%的年递增速度来算的话200年甲质合成气;土耳其的 Demirbas Ayhan也以木材为原料进行醇市场的需求量将达到960万t左右由此可见甲醇工业的的甲醇合成研究中获得了中热值的甲醇合成气;德国太阳发展前景是十分广阔的。甲醇的市场需求潜力将会为能与氢研究中心的SptM”等使用循环流化床反应器并BCMS的研究提供资金上的支持加速该项目的研制进程通过加氢进行了甲醇合成的研究(由于过程中使用了加氢,推进该项目尽快实现产业化。可以预见,有中国政府的大力所以成本变得比较高);日本北海道大学的铃木勉以木材支持和相关配套政策法规的引导生物质甲醇项目必将成为碎片为原料的甲醇合成研究中合成气在铜锌催化剂下温个重要的产业,经济社会、环境效益日益显著度为230~260℃和压力为6~10MPa下催化合成甲醇,最后参考文献获得燃料级甲醇;印度、南非等国在小规模生物质气化利用[1]列晓轩生物质气化合成甲醇二甲醚技术现在及展塑[J中外能源装置和应用上也取得了很大的进步。200,12(4):2-362]阴秀丽常杰汪俊锋等由生物质气化方法制取甲醇燃料门煤炭2我国的研究现状转化,3003,26(4):26-30198年中国科学院广州能源研究所成功研制出了1131 ELINCK C N, FAAJ P C. Future prospects for production of meMW生物质发电系统,并在福建莆田建成生物质发电示范工程后来又在海南三亚市建成一中型生物质发电站并成功运[4]小林由则加幅雄前田隆之等生物质气化制造甲醇体系的开发].三菱重工技报138(2):108-111行。国内其他的一些高等院校和科研院所对生物质甲醇合[5] BEENAEKERS A AC M,、 an SWAAl WPM. Methanol from wood[]成项目也开展了相关研究Sol Energy, 1984, 2(5)[6] BRANDON O H, KINSEY D V Implementation of the technologies for the笔者以玉米秸秆为原料,经热化学气化制原料气,再经mical processing of biomass thermochem[C].Proeess. Biomass脱硫、除氧、去焦纯化、配氢等处理制合成气后在直流流动] PALMER ERIE R Gasification of wood form methanol production(.p等温积分反应器中,使用国产C301铜基催化剂在5MPa压力下和210-250℃范围内,对玉米秸秆合成气进行催化合【81 DERNIRBAS AYHAN Biomass resources for energy and chemical industry成甲醇工艺试验研究。试验结果表明,低热值秸秆燃气[9]SPECHT M, BANDI A, BAUMGART F,etesis of methanol from经过适当处理可以直接合成甲醇。在适宜流量(0.8-1.0omass/CO, resources, Creenhouse gas control technol[ C]. Proe Int Coudmo/h)下,甲醇的时空收率为0.24kg/( keat.h)。笔者还对4th,198:728-727[0]铃木勉生物质的能量转化及催化剂技术[门]触媒,x00,42(7):521影响甲醇合成系统的工艺条件(温度、压力和空速等)优化进行了试验研究得到了生物质制甲醇的优化工艺方案。[11] ZHU L F, DU L, L X B, et al. Process conditions for preparing methanolfrom comstalk gas[J]. Joumal of Environmental sciences, 2007, 19(5)中国科学院广州能源研究所也进行了生物质甲醇合成研究该所进行了富CO2原料气合成甲醇的试验,并与富CO[2]阴秀丽常杰汪俊锋等生物质合成气合成甲醇[冂]太阳能学报06,26(4):518-52原料气相比富CO2原料气合成甲醇的时空产率和选择性均13]张喜通常杰王铁军等C-Zn-A-L催化生物质合成气合成甲有下降。该所与香港大学的合作研究中发现,利用富CO醇[过程工程学报206,6(1):04-10原料气对催化剂进行的活性评价显示,适量添加锰助剂能明(上接第2650页〔5]叶嘉安香港的经济结构转型与土地利用规划地理学报,19,88)39-51提高人们从对经济的追求的观念转变为对生活质量的追(《]用有减利小田源x2)2-35求。政府为了给城市居民创造一个良好的环境,城市的发展也越来越重视城市绿化带的建设。另一方面,是由于政府加7)叶汇,林铃关于香人口的分布与其土地利用问题的意见[热大了对环境治理的强度整个环境得到了改善使得香港的8]张骁鸣香港新市镇与郊骄公园发展的空间关系[城市规划学刊山地上的植被覆盖度不断增加。2005(6):94-999】王良健包浩生彭补拙基于遥感与GS的区域土地利用变化的动态參考文献监测与预研究[J.经济地理,20,.30(2):47-知[1 TURNER B L, DAVID S, STEVEN S,etal. Land use and Land cover[0]邓先瑞,严玲杨淑玲湖北省耕地资原及其可持续利用对策[长change [J]. Earth Science Frontiers, 1997,4(1/2): 26-33江流域资源与环境,198,7(1):31-39(2]张君刘丽基于马尔柯夫模型的绿洲土地利用变化预研究.统[曹晶品是静李纯试基玛马尔柯夫模型酒泉市肃州区LCc趋势3]冯通从植被指数看香港的环境及变化地理学报9,(S):Q,】国士与饮原研有xm8(1245-4信息论坛,x00,21(4):73-76中国煤化工利用变化预测及其对策工体市地用控解1.黑cNNCNMHO以西安地区为例干旱