关于生物质利用的最新进展

°专题论坛生物质利用关于生物质利用的最新进展曹邦威摘要:介绍了国外生物质利用的若干技术和商业模式。这些生物质利用技术包括木粒生产技术、生物质气化技术、生物质电能生产技术和生物质燃油生产技术。同时,笔者对我国制浆造纸行业是否开展生物质利用提出了自己的建议。关键词:生物质利用;林业生物质精炼;木粒;生物质气化;生物质能;生物质燃油中图分类号:TS7文献标识码:A文章编号:0254-508X(2011)07-0057-09作者简介:曹邦威先生,教授级高级工程师。Recent Progress of Biomass UtilizationCAO Bang(E-mail:bangweicao@163.com)Abstract: Recently pulp and paper mills abroad have showed a keen interest in converting to forest biorefinery( FBR), which is another wayof biomass utilization. In addition to pulp and paper the product of biorefinery mainly is bioenergy The literature in this field are reviewed inthis paperKey words: biomass utilization; forest biorefinery; pulp and paper20世纪五六十年代,美国以南方松速生材制浆称FBR)的转换,实际上是生物质利用方式的一种冲击北欧针叶材制浆,激烈的市场竞争曾迫使北欧的转换。生物质精炼的产品除浆纸外,主要是生物质能纸厂通过降低劳动力和能源成本、开发新技术以及生( bioenergy)的产品。笔者对国外近期在生物质利用产诸如液体包装纸板类的高附加值产品,才得以站稳方面发表的论文和评述进行了归纳,并提出了自己的脚跟。而从1990年起,以巴西为首的热带阔叶木建议。(主要是桉木)浆厂的发展,对欧美造纸发达国家又形成新一轮的冲击。1生物质能(或生物能)利用的重要性就巴西等这些发展中国家而言,除了桉木的原料1.1能源概况优势外,还有低廉劳动力的优势。例如,美国的劳动被称为技术预言家的约翰麦克唐纳(加拿大主力成本通常要比巴西和东南亚高出10~20倍。低廉要航天公司MDA公司的创立者,现在是Day4能源的劳动力成本,有时也许比低廉原料具有更大的冲公司的主席和总裁)认为,容易获得的能源是我们击力。现代生活方式的基础。他悲观地认为,最早在这些低价原料和低价劳动力的优势,迫使原来造2012-2015年世界的能源需求量就将可能超过传统纸发达的国家努力寻找比浆纸产品有更高附加值的产能源的生产量品,从而激发了这些国家的林纸公司考虑由单纯浆纸拿什么来填补传统能源的空缺呢?除了核能以产品模式向生物质精炼产品模式转化的可行性。外,开发可再生能源(太阳能、风能、水力能、生不仅如此,世界范围化石类能源的日益枯竭和对物质能和地热能)是唯一的出路。政府的能源政策O2温室气体排放日益严格的要求,也使林纸公司将竭力推动能源多样化,成为发展可再生能源的鼓励者生物质精炼产品转变为偏向于绿色能源产品。硫酸盐和支持者。例如在美国,有30个州已颁布可再生能浆纸厂有可能成为生产浆纸(或甚至完全不产浆纸)源标准( Renewable Portfolio Standards),加强和鼓励可再生能源的发展。硫酸盐浆纸厂本身就是生物质利用的一个方式。国外浆纸厂向林业生物质精炼( Forest Biorefinery,简收稿日期:2011-01-1中国煤化工《中国造纸》2011年第30卷第7期THCNMHG57专题论坛同样在欧盟,多数国家都有对可再生能源的支持方(特别是欧洲)成为民用与工业用的供热材料。据计划。欧盟已经规定了每个成员国必须遵守的可再生Poyy咨询公司顾问 Jan Wintzell博士估计,2008年全能源比例。欧盟的所谓“202020计划”就是到球共生产了110万t木粒,北美为290万,俄罗斯与2020年,要求在欧盟能源中的可再生能源比例增加中国总产量少于100万t,其余均为欧洲生产。在消费到20%(2]方面,欧洲占了全球木粒消费量的80%。煤炭工业在可再生能源中,太阳能、风能、水力能和地热对木粒有较大和逐渐增加的需求;木粒与煤共燃,可能都需要有一定的地域条件,而由生物质提供的生物作为达到CO2减排目标的一个手段质能则是一个现成的、蕴藏量极为丰富的(或者从另外还有生物质的气化技术,即将木材剩余物某种意义上说是取之不尽的)资源,因此它在国外转化成合成气,然后再用于居民和工业用的热电,的可再生能源中占有重要的地位。它在加拿大等国已进入商业化运作阶段。人们普遍例如,今天欧盟1/2以上的可再生能源均来自生关注的林纸厂向生物质精炼转型来生产乙醇等可再物质,其中绝大多数(约80%)是木材生物质。随生燃料项目,已进入中试、示范阶段,正处于商业着其他能源(例如风电和水电)的加快发展,来自化的前夕。木材生物质的可再生能源的相对比例可能会缩小,但对木材和工业废弃生物质的利用,仍将保持强有力的2国外生物质利用的商业模式绝对需要量。近期,UPM林纸公司改名为“UPM生物质前导瑞典在2009年以各种形式的生物质作为能源,公司(UPM- the Bifore Company)",它所代表的含义其总量甚至已超过了石油,其能源总使用量中,生物远不止是一家公司的换牌,它实际是给出了世界范围质能占317%,石油能占30.8%。内以浆纸产品为主的林产业结构大转型的一个信号。生物质( Biomass9)的定义是指“由自然界生物另外,一些公司也已公开亮出它们将涉足能源市场的转化而形成的不溶性有机物质”,它的范围是很广意图。例如美国著名的 Weyerhaeuser公司已正式宜布泛的。本文所讨论的生物质主要是指制浆造纸(或要研究和开发生物质燃料。林产)工业范畴内的木材生物质以及由此衍生的黑随着浆纸市场需求疲软和长期供过于求,开发生液等生物质。物质能为林纸公司迈向新商业模式创造了条件。通过12木材生物质范围及目前的应用情况产品多样化和财务收入的增长,新老资产将获得更高(1)中小径木材(即制浆原木)—它的传统的利用效率。国外不少有识之土指出,现在的问题不用户是纸浆厂和制材厂,但有时能源公司将其作为能是它们应不应该转入新的市场或新的商业模式,而是源使用也具有一定效益。这种转变应该有多快,程度有多深。2)林区残余物—一主要是伐余的枝桠材,它综合有关文献介绍2),目前国外林纸公司利用木在多数国家仍是未加利用的资源。材生物质的商业模式大致有三大类,即:①生物质供(3)树皮—纸浆厂和制材厂的副产品,一般应者;②生物质电能生产者;③生物质燃料生产者。将树皮就地在锅炉中燃烧以提供热量。由于热值低、21生物质供应者灰分高,不适合用于生物质能工业。林纸公司作为木材生物质供应者,取得成功的关(4)锯末、碎片——制材厂的主要副产品,也键是掌管或控制(例如用租赁等办法)当地生物质是纸浆厂的重要原料,目前在木粒生产厂和能源公司能的原料。这种情况可能有几种模式且需要有不同程有强烈需求。度的投资,但不管怎样,它将保证生物质供应者为电(5)木粒( Wood pellet—通常由锯末压缩站或生物质燃料生产商提供足够的原料。生物质供应制成,具有很高的密度与极低的水分,方便运输,是者也可以是一个中间商,它联系或集中许多较小的生国外新近发展起来的一种高质量木质燃料。物质供应者,供货给电站或燃料生产商。在此模式木材生物质能的发展是由政府激励政策、能源价中,生物质中间商必须管理报表和预付款,熟悉管理格上涨与要求原材料更有效利用的几种综合因素所推信贷风险。生物质中间商也可精心挑选生物质供货动的。随着对生物质能支持力度的加强,已开发出了者,并通过长期合同向电站集中供货。许多木材生物质利用的方法。另一个模式是,生物听什西可白已把有靠近电如上所述,用锯末压缩制成的木粒,已在不少地站或燃料生产商的林坤中国煤化己掌CNMHGChina Pulp Paper VoL 30, Na 7, 201l专题论坛握林地的运作或承包给别人。这样,信贷风险减轻熟,实现了规模化运行;有的仍在中试,有的已建成了,但要担负一大笔资金投入。这类模式对林纸公司示范项目;有的在技术上虽已过关,但仍需进一步降是有利的。尽管国外许多林产公司已经放弃了它们的低成本。大致可分为4种类型,即:林地资产,但它们仍然控制着当地一批出售锯材和制(1)改善生物质燃烧的热效率,包括改造天然浆原料的中小林场主,重新对林区实行管理,对这些气锅炉使之能燃烧生物质以及能燃烧以生物质气化的公司而言是轻而易举的。合成气来生产蒸汽。2.2生物质电能生产者(2)以生物质气化的合成气生产生物质燃油。很多林纸公司早已将电力生产作为其制造业务的(3)以黑液气化的合成气生产DME高级车用燃一部分。例如,绝大多数纸浆厂、纸与纸板厂都用废料或直接产汽与发电。料锅炉烧树皮和其他废料,以及用碱回收炉燃烧黑(4)结合制浆厂生产乙醇或直接以木材生物质液,并以所产蒸汽供热发电。现代化制浆造纸厂实际生产乙醇的精炼工艺。上已经是少量电力的输出者,这有利于减少对外电的3.1改善生物质燃烧的热效率依赖,降低生产成本。3.L.1改造天然气锅炉使之能燃烧生物质除此之外,还有另一种可能,即扩大生物质电能国外蒸汽锅炉大多是燃烧天然气(或石油)的,生产。将生物质电能生产设施安排在其他地区(不局如果以生物质替代或部分替代天然气,相当于减少了限于在厂内),生产的电能通过输电线路连接到电网。温室气体(GHG)的排放。加拿大 Thubder Bay市的甚至还设想将生物质电能输送到另一个州或国家。但 Abitibibowaer纸厂通过改造该厂的6号天然气锅炉要扩大到这样的商业规模,需要有一大笔投资,包括(包括增加生物质进料器和改造炉膛等),减少了新的或经升级改造的锅炉、发电机和输电设施等。CO2温室气体的排放,降低了燃料成本52.3生物质燃料生产者3.L.2以生物质气化的合成气生产蒸汽国外已有越来越多的林纸公司以木材生物质原料位于加拿大 British Columbia省 New Westminster生产生物质乙醇和生物质柴油等燃料,从而进入了生市的 Kruger Products公司卫生纸厂在2010年投产了物质燃料市场。它们以生物质化学和热化学路线研制一套生物质气化系统(即生物质气化后再燃烧产生产各种生物质燃料。下面是国外几家大型林纸公司汽)。该系统是由 Nexterra能源系统公司( Nexterra正在开发的生物质燃料技术的举例2:Energy Systems Corp.)开发的。Limon公司:开发了一种溶剂预处理技术,Kruger公司的新系统取代了已运行60年之久的将生物质分离成单个组分,所得纤维素对酶水解十分燃烧木材废料的产汽锅炉。新系统在2台气化器中利敏感,从而形成很高得率的葡萄糖。用含5%~60%水分的木材废料,将木材废料加工成更清洁更高效的合成气,然后输送到与水管锅炉直接Neste/ Stora ens公司:重点研究B生物质液连接的点火室。该系统的生产能力为每小时生产中压化技术的商业化,将木材残余物转化为合成柴油。RSE纸浆公司:开发了在制浆过程中抽提出森汽18to半纤维素的专利技术。据 Kruger公司的工程部 Charles Leclerc经理估计,Kger公司这项新技术的投资会有很大收益。例Royal Nedalco// Mascoma公司:开发出能将戊如,仅2010年的碳排放税就要少缴38万美元,到糖和己糖发酵成乙醇的新型酵母。2012年,每年碳排放税的少缴额将增加到58万美UPM公司:考虑利用林产品生产生物质柴油元。每年减少CO2温室气体排放220,烟尘排放和生物质乙醇。基本为0。该系统的安装情况如图1所示6·VTT公司:大范围研发生物质化学技术和热新系统的热效率有望为原来老式废料锅炉(该炉化学技术,包括预处理(生物质的生产与运输)、气已于2007年拆除,代之以临时性的天然气锅炉)的2化和气体净化、快速热解以及酶水解与发酵等。倍。新系统的维护与运行费用每年要比原锅炉减少303生物质利用技术与评介万美元。与生产能力相当的天然气锅炉比较,生物质气化系统将使每年的燃料成本降低100万美元以上。目前,国外特别是欧美一些林纸公司生产生物质Kruger公司生物质气化至面日的部公投资是由燃料(或化学品)的技术有多种多样,有的已经成加拿大政府提供的中国煤化CNMHG,进一《中国造纸》2011年第30卷第7期专题论坛项目的资金在2008年6月就已落实,经过设计施工,在2010年年底投产。Ingvar Landaly等详细报道了 Smurfit Kappa.纸厂建设世界上第一个以黑液精炼生产生物质二甲基醚( BioME)项目的工艺过程。BioME中试车间的生产流程如图2所示。氧气蒸汽黑液气水转换酸性气体硫隔离装置装置去除装置装置图1 Kruger公司位于厂房与电除尘器之间的新建气化器绿液气体与重物步在加拿大西部的10多个制浆造纸厂内推广这项MEDME合成甲醇处理技术。L提纯装置L反应器装置反应器32以生物质气化的合成气生产生物质燃油图2 Pita浆厂的DME车间流程图近期在瑞典举行的世界生物质能会议上,据瑞典从图2可见,气化工序有2个目的,即从黑液制horen Industries gmbh公司的 Jochen Vogels报告,取绿液和将黑液的有机物部分精炼为合成气。合成气该公司在德国的 Freeburg市正在建设β生物质燃油的首次净化和冷却也在这里进行。已有的 Cheered( beta biomass-to-liquid简称BIL)项目,该项目的建DP1气化装置即作此之用。从气化装置生产出绿液筑工程已在2009年中期完成,2009年12月开始使和高质量的合成气。碳转化和硫酸盐还原率均接近用 Choren公司的cahoⅴ型气化器生产合成气。据报10%。合成气的焦油与甲烷的含量极低,免除了在道, Choren公司在2010年底验证BTL生产的技术生生物质气化中对焦油与甲烷的二次重整处理。命力,第一个商业规模的BL生产车间计划在2015中试车间的生产能力为20t(黑液固形物)/d,年投入运行。黑液在气化器的高压(3.0MPa)、高温(1000℃)33用黑液气化的合成气生产DME高级车用燃料或下运行,并通入氧气。随后制成的气体在逆流冷却器直接产汽与发电中冷却。图3是DP1黑液气化装置示意图。331用黑液气化的合成气生产DME高级车用燃料2009年9月18日,位于瑞典Piea市的 Smurfit气体冷却与蒸汽发生器黑液一Kappa浆纸厂,正式开工建设以黑液精炼生产二甲基氧气冷却水醚( dimethyl ether,简称DME)的项目。这种生物质二甲基醚是一种优良的可再生超低碳车用燃料。该反应器低压蒸汽精炼装置的核心技术是由 Chemrec公司及其美国子公司开发的。这是从硫酸盐浆厂黑液中精炼生产DME未处理合成气中压蒸汽燃料的样板工程。DME燃料在燃烧时的十六烷值高,且不产生烟尘粒,能以低廉的成本满足排放指标。因为DME是绿液冷凝水从以黑液形式的木材生物质中生产的,与传统柴油比较,它极大地减少了CO2排放量(约95%),并在投图3DP1黑液气化装置资不高的情况下获得高转化效率。Smurfit Kappa.厂 BioME样板车间的第一阶段从气化器出来的合成气成分H2/CO比非常低是建设DP1合成气装置,从黑液生产出合成气,该气因而部分CO在气水转换装置中按下面的反应式与水化装置到200年6月已累积稳定地运行了10h;蒸气起反应2009年9月,开始第二阶段建设,即 Chemrec公司CO+H,0=CO2+ H2气水转换反应在极低的蒸汽/干气比时发生。由公司70万美元以建设这个BDME中试车间。该于保持低耗汽量,在中国煤化工着有CNMHChina专题论坛甲烷化的危险,所以催化剂的选择很重要。该气化工个纸厂成功投产使用 MTCI Chem公司的常压序通常使用 Topsoe SSK型催化剂。低温、间接加热重整流化床技术的气化器系统。由于保持低CO2含量,可使下游甲醇合成的反用黑液气化器取代碱回收炉,将停用碱回收炉,应速率大大提高,而硫元素又对甲醇催化剂有不利影需另外增加建设黑液气化器系统的投资。这对新建厂响。所以已部分转换的合成气需要进一步送入酸性气或碱回收炉寿命已到期的旧厂是有可能的。因为更换体去除装置(AGR)中,酸性气体被AGR中的已到寿命的老锅炉亦需要大笔投资,而增加气化系统MDEA(N甲基二乙醇胺)化学品所吸附,从而有的投资则要少得多。如果再增加传统的燃气透平机,效地去除CO2和绝大部分的硫化合物。利用合成气直接发电,则还将增加额外的发电量。甲醇的合成在2个反应器中进行,第一个反应器3.4结合制浆厂生产乙醇或直接以木材生物质生产主要是在有利于高反应速率的条件下完成大部分反乙醇(生物质精炼应,而有特殊结构的第二反应器作用则是保证有极高结合制浆厂生产乙醇,或直接以木材生物质生产的转化率。两个反应器中的主要反应是乙醇和其他化学品,从技术上来说是完全可能的。从Co+2H, =CH, OH国外开始倡导将浆纸厂转换为生物质精炼之初,就已制成的甲醇经蒸发器处理后,送入DME合成装有人提出了这样的看法。现在的问题是,这样做在经置中合成DME,蒸发器的设计结构使来自甲醇合成济成本上是否可行,以及采取何种工艺路线在经济上装置较重的副产物(特别是蜡状物)被同步排除。更有优势。在DME反应器中,甲醇再合成DME的反应式为:林纸公司要实施新的可持续的商业模式,以生产2CH, OH=CH, OCh+H,O乙醇作为转型生物质精炼的突破口,非常具有普遍性在甲醇合成装置中,作为副产物生成的乙醇,亦和现实性,乙醇是继浆纸产品后世界上在量的方面最将以同样方式起反应,并形成MEE(甲基乙醚),多的生物质产品。玉米乙醇触发的粮食与燃料之争,MEE是一种卓越的柴油机燃料。所以生成此产物没促使国外对木材生物质的生物质精炼工艺产生很大兴有什么问题,但生成的丙醇和其他高级醇副产物,则趣。但利用木材生物质原料制乙醇的最大问题是经济会优先形成烯烃( olefin),它们的沸点基本与DME上是否可行,是否有比制浆造纸更好的效益。类似,在柴油发动机中的燃烧状况很不好。因此,必已有几种从木质纤维素生产生物燃料的工艺技术须考虑在DME提纯装置中除去这些化合物。提纯装正在研究中,总体来讲,这类工艺目前还没有进人商置需要有3个塔,即;烯烃提取塔、DME/甲醇分离业运行范疇。其中一个理由是它们在经济上还不能与塔和废液塔。后面的塔将从DME反应器产生的废液目前利用玉米和甘蔗为原料生产生物质乙醇相竞争。分离出未转化的甲醇,再循环至DME反应器,以便虽然在不久的将来以木质纤维素生产生物质燃料会达能获取接近100%的甲醇转化率。到目标效率,但这取决于以下的因素,即:在生物化意想不到的是,除上述这些优点外, Bio dme还学法中所用的酶的成本很低;有很好的分离方法;制具有较高的效率,因为CO和H2的总转化率比传统浆造纸厂是现代化的。DME工艺的还要高。与传统DME工艺比较,这种工Thop等根据其操作原理将以生物质生产乙艺的另一个优点是蒸馏系统比较灵活。醇的方法分为两大类:该生物质DME项目不仅是一个样板项目,而且(1)热化学法:将原料热分解成含一氧化碳和也为制浆造纸工业展示了从低质量木材生物质获取高氢的合成气,然后再合成为乙醇。附加值、高使用性能生物质燃料的可能性(2)生物化学法,也称糖平台法( sugar platforn3.32用黑液气化的合成气燃烧生产蒸汽与电能pocy:通常含糖和淀粉的原料更容易经由生物黑液实际是木材生物质的另一种形式,黑液气化化学法合成乙醇。它是先将原料的多糖转化为糖,然的合成气亦可燃烧产汽与发电。因此可用气化系统来后进一步发酵制成乙醇代替碱回收炉处理黑液,这在技术上是完全可行的,种有发展前途的热化学法是黑液气化,即把来而且优点是浆厂的结构基本没有改变。自制浆过程的黑液先转化为合成气,再进一步合成为实现黑液气化发电的先决条件是,在保证制浆化乙醇。学品再生(即碱的回收)的同时,证明此项技术在工种有发展前途的生物化学法具和田制浆前价值业规模上运作的可靠性与效率。据称,在美国已有两( Value prior to pul中国煤化工乙醇,即CNMHG《中国造纸》2011年第30卷第7期专题论坛在制浆前先提取半纤维素用来生产乙醇,纤维素则继表1热化学法生产乙醇的工艺路线续用作制浆造纸生产。第一批示范的生物质精炼工艺路线项目现正在建设中(美国),其中在迈阿密 Old Town气化,合成混合醇,分离出乙醇市建设的一个项目,就是将ⅤPP工艺应用到硫酸盐气化,合成气发酵,乙醇纯化浆厂中。蒸汽重整,合成混合醇,分离出乙醇有文献提及生物质精炼生产能力愈大,吨产蒸汽重整,合成气发酵,乙醇纯化品的生产成本与投资成本愈低;但也提到,如与浆厂相结合,则小型生物质精炼可能更灵活些。这在决策生物化学法制乙醇亦可分为4个主要工序,即:生产大批量生物质乙醇等产品时应引起重视(1)进行预处理,以机械、热和(或)化学的3.4.1热化学法方法分散原料。热化学法适用于所有原料。热化学法生产乙醇一(2)以酸水解或酶水解进行糖化,将多糖转化般分4个工序,即:成单糖(1)原料进行机械粉碎与干燥预处理。3)利用发酵将糖转化成乙醇。(2)生物质加热降解成合成气。(4)通过提纯,将乙醇从发酵液中分离出来。(3)净化气体以除去无机物组分并经由水气交这项技术的特征通常是以糖化工序为主:糖化工换反应而调整合成气的H2与CO分子比。序主要进行酸水解或酶水解。酸水解路线利用稀酸或(4)将气体压缩并通过生物催化剂(酶)合成浓酸(主要是硫酸)将纤维素与半纤维素裂解为糖。制取乙醇,或通过化学催化剂合成制取混合醇。酶水解路线则是用纤维素酶混合物进行转化。酶水解气化前的原料预处理、生产合成气以及合成气的的速度一般要慢于酸水解。另外,酸水解产物在进入净化与调整,都已经是成熟技术。热化学法的气化技发酵工序前必须加以中和,酶水解则一般不需要调整术有几种,其中两个较成熟的技术是:1000℃的高温pH值。较为成熟的生物化学法有2条工艺路线(见气化(或称高强度气化)和600℃的中温气化(或称表2)。低强度气化)。在高温气化中,直接向气化器通入部表2生物化学法生产乙醇的工艺路线分氧气燃烧以产生吸热气化反应所需的热量。而在中代号工艺路线温的间接加热气化器中,通常利用所产合成气的外部酸水解,发酵,乙醇纯化燃烧以提供过程所需的热量。2预处理,酶水解,发酵,乙醇纯化虽然已有几个用化学和生物化学催化剂合成制取醇的研究成果,但主要的一道工序(即醇的合成)根据所用原料的不同,生物质精炼可采取不同的现在还没有达到商业化阶段。如上所述,在化学催化工艺路线。为对不同工艺路线的效率进行评述,剂的“化学合成”中,最终产品是混合醇(包括甲 Wright等曾以不同原料及不同工艺路线进行制取醇、乙醇和高分子醇),然后再从混合醇分离出所需乙醉的实验,表3是不同原料实验所采取的工艺路组分。在生物催化剂的“生物合成”中,合成气直线。实验表明,以木质纤维为原料、采用热化学法生接发酵即可制成乙醇。与化学合成相比,生物合成的产的混合醇的理论最高得率为90%,混合醇的乙醇优点是,合成气绝大部分可直接转化成乙醇而不是混得率为85%;玉米秆制取的乙醇得率略低些,因为合醇,因此乙醇的得率比较高。但生物合成也因为它含有约10%的灰分;采用生物化学法生产乙醇的C0在乙醇中的溶解度低而受到制约。因此,生物合理论最高得率分别为65%和75%成乙醇需要25天,而化学合成混合醇只需1~2天表3不同原料所采取的工艺路线另外,通过调整H2与CO分子比,还可能优化合成原料TI的混合醇,而获得较高的乙醇得率。总的来说,热化林区剩余物y学法生产乙醇有4条工艺路线(见表1)。制浆木材3.4.2生物化学法玉米生物化学法(或糖平台法)适用于绝大多数原玉米秆料。但它尚无法转化木素和原料中的其他组分(如注①表中代号的含义见考将蛋白质和脂肪转化成糖)。中国煤化工k木材中提取出来的。CNMHGChina pψp& Paper Vol30,№a7,20ll专题论坛3.4.3不同工艺路线的经济评价析。由于客观情况的不同,不可能得出绝对的结论,Hyyonen等2对生物质精炼的不同原料和不同相对比较,以表4中的第7个(G)方案为最佳。但工艺路线的经济效益进行了详细分析。所选取的案例这是根据北美具体情况得出的结论,其他各地仍需根如图4所示。据具体情况进行独立分析。制浆生产表4正在研究的乙醇生产技术方案热电站方案类型预处理水解或热处理发酵或合成方法A生物化学酸处理稀酸标准法生物化学蒸汽爆破浓酸标准法C生物化学蒸汽爆破酶标准法制浆厂纸D生物化学有机溶解酶SSF图例:E生物化学热水处理稀酸标准法物料/废料热化学机械处理高强度气化气相发酵一原料/产品乙醇)○原料G热化学机械处理低强度气化催化改性生物质精炼成品副产品)口工序目前,木材生物质制取乙醇的生物质精炼工艺P=原木工序总体仍处于中试阶段。表5121列出了北美的一些林B=生物质C=玉米纸公司正在开发生物质乙醇所采用的工艺路线及生产[序CS=玉米秆能力。从表5可以看到,采用热化学法的公司明显较FW=食品加工废料H=半纤维素生物化学法的多。L=木素wwT=废水处理表5正在开发的木材生物质乙醇项目WT=水处理图4结合制浆的生物质精炼流程公司名称研究路线现所处阶段生产能力/10°加仑a1logen生物化学中试0.51原则是制浆厂仍生产纸浆,但适当进行改造以使热化学半纤维素和木素(黑液形式)由生物质精炼车间加热化学中试工成乙醇和其他副产品。改造锅炉以使能燃烧来自生cakM热化学中试0.04物化学处理的固体废渣。经济评估的变数为:折旧回Enerkem热化学中试示范厂收期7年,生产设施寿命20年,通胀因素3%,乙醇售价2美元/加仑,混合醇1.15美元/加仑(注:3.5林纸公司向生物质精炼转型的战略合作伙伴1加仑=0.264L,下同)。国外林纸公司对建立生物质精炼、使产品和财务研究结果表明,利用玉米秆和制浆木材为原料,收入多样化的商业模式越来越感兴趣,因为这样的商采用热化学法生产乙醇时,在原料价格合适且大规模业模式同时还可大大减少温室气体的排放。这方面有生产时尚有利可图。而利用林区剩余物、并用热化学许多可供选择的工艺路线,但要能带来持续竞争性效法生产乙醇(混合醇)则似乎在较小规模时才有利益的却只有少数几个方案。因此,林纸公司在实施生可图。物质精炼时,必须精心选择可靠的石化工业的合作与热化学法比较,以林产品为原料的生物化学法伙伴。生产线,如果不与玉米乙醇生产相结合,经济吸引力Chambost等4介绍了有关公司与一些石化工业不高。而在制浆前提取半纤维素制造乙醇时,如与玉公司建立战略合作伙伴关系的例子。例如,UPM米乙醇的制造相结合(来自半纤维素的乙醇占5%), Kymmene林纸公司为开发生物质气化与生物质柴油则在经济上比较有利。生产技术,与 Andritz- Carbona实行战略合作,生物质最近, Cohen等选取了7个可能的技术方案柴油产品已被UPM认为是公司业务的自然延伸,主(见表4),从环境影响评估、新产品潜能、能耗与综要目的是增加木材原料的附加值。北美的 Wyerhae合利用可能性、产品与财务收入多样化、技术风险、uer林纸公司与Che公司合作。已创立了一个称原料可灵活性和投资回报率等几方面进行了综合分之为 Catchlight Ene中国煤化工是在最大CNMHG《中国造纸》2011年第30卷第7期63专题论坛限度获取竞争性利益的同时,发展经济实惠的低碳生放,增加农民收人。原来草浆厂的厂房和部分设备,物质燃料。另一个例子是 Stora-Enso林纸公司,它已亦可用来改产生物质燃料,降低投资费用。据悉,国与Nste公司签约开发生产生物质燃料的技术(例如内目前已经开展了这方面的研究工作。从木材废弃物制取生物质柴油)。具体的合作案例如(2)我国目前尚有不少以针叶木为原料的制浆表6所示。造纸厂(例如吉林、佳木斯、开山屯等老纸厂),由表6建立战略合作伙伴关系的案例于原料成本高,经济效益较差,或濒临倒闭。如能适甲方乙方生物质精炼产品当改造,利用现在国家对绿色能源的支持政策,发展And(Cadm)生物质柴油与生物质产品生物质燃料,可适当增加财务收入,获得较光明的Weye纤维素乙醇前途。Stora EnsoNeste Oil生物质柴油(3)我国森林面积正在迅速扩大。统计数字表shell生物质柴油明,1978年全国森林覆盖率仅为12.7%,至2003年Shell/ PetroCanad盘纤维素乙醇底的全国森林覆盖率增加到18.2%,而至2008年底DuPont生物质丁醇的调查数据,全国森林覆盖率已增加到20.4%。现Tyson FoodsConocoPhilips生物质柴油有人工林面积为6200万hm2,国家计划加速人工林Coskata乙醇建设,到2020年再增加4000万hm2人工林,届时森林覆盖率将增加至约24%。随着森林面积,特别是人工林面积的迅速增加,间伐材和林区废弃物等的利结语用必然会提到议事日程。而且不少人工林本来就是林生物质的利用,特别是制浆造纸厂是否需要以及纸联合企业的林地,现在未雨绸缪,尚为时未晚。如何向生物质精炼转换,这是一篇大文章。从长远来(4)开发绿色可再生能源是目前大势所趋,国说,生物质利用对制浆造纸业具有重要意义。家对可再生能源的开发极为重视,有不少的优惠政国外在硫酸盐浆纸厂转变为生物质精炼的设想刚策。目前我国在水能、太阳能、风能的开发上,均居提出时,各种方案都有,经过几年的研究和实践,似于世界前列,唯独在生物质能的开发上尚相对滞后。已逐渐倾向于以开发生物燃料为主。但开发生物质燃究其原因,主要是触及到了粮食安全问题。粮食自给料也有好几种方案,需要反复比较和选择。目前总的是我们的根本国策,国家不可能用大量玉米和甘蔗来说来,技术发展已进入了中试和示范阶段,轮廓已慢发展生物质能。因此利用木材剩余物和多余禾草,发慢清晰。除了仍在探讨是否一次性建设好生物燃料与展绿色可再生能源是必然的选择。而正是在这一领化工产品的生物质精炼外,在不改变现有浆纸格局的域,与林纸界的关系最为密切。它将影响林业、纸前提下,先易后难,以生物质气化和黑液气化为前导业、甚至农业在今后较长一段时间内的发展。的浆纸厂转型已经开始。这方面有不少经验值得我们当前,应充分利用国家对可再生能的优惠政策吸取积极开展生物质能的利用,或集中组织一批有关生物由于我国造纸历来以草浆为主,近些年来草木并质利用的重大科研课题项目。从收集信息、及时掌握举,着重发展大型林纸结合基地。特别是南方大力发国外研究动态入手,确定研究方针和要达到的目的,展桉木造纸,成本较低,具有较大的国际竞争力。因步步把生物质能的利用开展起来。同时应鼓励国内此木材生物质的进一步利用或者制浆造纸厂向生物精大林纸联合企业,根据自身情况积极开展生物质利用炼厂的转换,似乎还不是非常急迫。但这并不等于我的研究。们现在对国际上掀起的这种生物质利用热潮可以无动当然,在具体行动上,应该先易后难,循序渐于衷。笔者认为,至少有下列几点理由促使我们应该进。可以从比较成熟的生物质气化、黑液气化和半纤积极关心国外在生物质利用上的进展,并尽快行动起维素转化等项目开始,逐步向纵深发展。当前我国制来,采取应对措施:浆造纸工业仍有利可图,浆纸也是国计民生所需要1)我国有大量的禾草类生物质没有得到很好的,所以重点放在结合制浆造纸的生物质精炼项目上利用,用于造纸的原料品质较低,污染严重。万吨以是比较恰当的。在研究步骤上必须坚持从小试、中试下的中小型草浆厂大多已转产或倒闭。替代下来的禾到示范项目,循序渐进可与石化业部门合,建草原料如用来生产乙醇等生物质燃料,可以减少碳排立战略合作关系。最重中国煤化工即使CNMHGChina pφψp& Paper Vol0,№a7,ZUl专题论坛是成熟的技术,都应认真分析经济上的可行性。[9] Van Heiningen A. Converting a kraft pulp mill into an integrated for-est biorefinery[J]. Pulp Paper Canada, 2006(6): 6.考文獻[10] Mao H, et al. Technical Economic Evaluation of a Hardwood Biore[1] Cindy Macdonald. Unlocking the Potential of Biomass[ J]. Pulp andnery Using the "Near-Neutral" Hemicellulose Pre-ExtractionPaper Canada, 2009(5/6): 13Process[ J ]. Jourmal of Biobased Materials and Bioenergy, 2008[2 Melissa Stark, Dave Abood, Cyronne Counts. Choosing a Green En-ergy Path[J]. Pulp Paper Intermational, 2010(6): 35.[11 Wright M, Brown R C. Establishing the optimal sizes of different[3] Gary A Smook. Handbook of Pulp Paper TeMkinds of biorefineries[ J]. Biofuels, Bioprocts Biofining, 2007Wilde Publications Inc, 2001[4] Cindy Macdonald. Biomass: Fuel for the World? []. Pulp& Paper [12] Hytonen, Stuart P R. Integrating Bioethanol Production into an Inte-Canada,2010(9/10):12grated Kraft Pulp and Paper Mill: Techno-Economic Assessment[5] Heather Lynch. Boiler rebuild Boosts Biomass Combustion J].Pulp[J]. Pulp Paper Canada, 2009(5/6): 25Paper Canada, 2009(10/12): 1613]Cohen J, Janssen M, Chambost M, et al. Critical Analysis of Emer-[6] David Holehouse. Biomass Gasification, a Reality at Kruger [J]ging Forest Biorefinery( FBR Technologies for Ethanol ProductionPulp Paper Canada, 2010(1/2):8.[J]. Pulp Paper Canada, 2010(5/6): 24[7] Ingvar Landaly, Patrik Lownertz. Woods to Wheels[ J]. Pulp&Pa- [14] Chambost V, MeNutt J, Stuart P R. Partnerships for Succesful En-temational, 2010(2): 19.terprise Tranformation of Forest Industry Companies Implementing the[8] Thorp B. The Verdict Is In: Biofuels Boom[C]//U. S. Forest Prod-Forest Biorefinery[J]. Pulp& Paper Canada, 2009(5/6): 19ucts Laboratory Society of American Foresters Annual Meeting Ore-gon Convention Center, Portland, Oregon, 2007(責任编辑:常青)嫡息中国选纸学会关于举办“造纸工业能源效率论坛”的通知为向广大造纸企业、科研设计单位的科技工作者介绍国热泵技术应用内外造纸工业能源效率管理及先进节能技术装备,达到扩展阎尔平(南京环境科学研究所能源环境工程研究中心)视野、更新理念,推动我国造纸工业节能工作,不断实现低透平式真空泵在现代纸机应用碳经济产业发展战略目标,经中国科协批准,由中国造纸学刘斌(中轻国际工程有限公司)会和芬欧汇川集团(UPM)共同主办,日惠得造纸器材(上化机浆线能效和节能的最新进展梁伟(安德里茨)海)贸易有限公司、莱茵检测认证服务(中国)有限公司协变频调速器在造纸工业应用李进国(ABB)办的“造纸工业能源效率论坛”将于2011年8月18-19日在DDs蒸煮技术、运行情况及节能效果高焱仁(四川永丰)北京召开。会议热诚邀请全国各造纸及相关行业的生产、大高效节能浆板抄造新技术于佩杰(潍坊凯信机械公司)专院校、科研设计等单位的领导、专家学者和有关人员参加。湿部化学品闪急混合技术的应用张岷(芬兰温德)现将会议相关事宜通知如下:骏泰浆纸节能减排实践周鲲鹏(骏泰浆纸)备浆系统的节能技术杨华(GI&V)、会议时间:2011年8月18-19日(17日下午报到)我国黑液气化研究现状及存在困难农光再(广西大学)、会议地点:北京渔阳饭店(北京市朝阳区新源西里多功能蒸煮系统—美卓高效间歇蒸煮技术中街18号)王世杰(美卓造纸机械有限公司)三、会议主要报告:四、会议费用:会议费每人1200元(含会议及讲义资料十二五”期间中国造纸工业发展展望等费用)。住宿费自付,会议优惠价单标间500元、双标间李平(国家发改委)550元/间。能源:新型生物林产工业之机遇 Hans Sohlstrom(UPM五、联系方式造纸工业节能新技术 Harald Sageder(德国TUV集团)地址:北京市东城区广渠门南水关甲7号造纸企业能源管理与优化信息平台中国造纸学会邮编:100061刘焕彬(华南理工大学)电话:010-65830216010-65877087电能质量与节能刘建欣(清华大学传真:010-65812653网址:www.capi.orgCI中国造纸工业能耗现状刘秉钺(大连理工大学联系人:雷煌13621223168造纸工业低碳能效提升方案邮箱: leihuang@ capi.org田雨(莱茵检测认证服务公司)陶天13522139581新一代节能造纸织物邮箱:佐藤文夫(日惠得造纸器材(上海)贸易有限公司)TH中国煤化工国造纸学会)CNMHG《中国造纸》2011年第30卷第7期