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生物质油及应用

生物质油是通过生物质热解过程产生的液体产物，具有高

能量密度、易储存和运输等优点。在500℃左右、快速加热、

快速冷凝的条件下，生物质油的产率最高，可以达到70%以

上。与矿物油相比，生物质油中含有更多的氧元素、水分和固

体杂质，热值低、pH值小、有腐蚀性，性能也不够稳定。因

此，在应用时需要考虑这些问题。

生物质油可以作为石油制品的替代燃料，适用于锅炉、柴

油发动机和燃气轮机等设备。在工业锅炉上进行的燃烧测试表

明，生物质油的燃烧需要辅助燃料引燃，燃料输送系统和喷雾

燃烧器也需要进行改造。同时，可以采用添加甲醇的方法改善

生物质油的燃烧特性。经过一定的改造，工业锅炉可以稳定地

燃烧生物质油，并且排放量能够控制在规定范围内。但是，如

果不采取降低固体杂质含量的措施，生物质油的颗粒物排放量

将是燃轻质油的两倍。

Ikura等人研究发现，乳化时输入的能量和表面活化剂的

浓度越大，乳化效果越稳定。Chiaramonti等人指出，乳化剂

的含量越高，乳状液的粘度和氧化稳定性越高。最佳乳化剂质

量分数含量是0.5%～2%，而某些添加剂（如n-辛醇）可以降

低乳状液的粘度。同时，新鲜的生物质油更易于乳化，老化的

生物质油乳化困难且乳状液不稳定。然而，生物质油的含量过

高会导致乳状液粘度过大，不适用于应用，一般生物质油的含

量在50%以内。

混合乳液具有酸性，会对喷嘴和燃料泵等部件造成腐蚀。

使用耐腐蚀材料可以延长喷嘴和燃料泵的使用寿命，但长期运

行的效果还需进一步检验。目前，乳化所用的表面活化剂价格

较贵，占制造成本中的比例较高，因此寻找一种价廉的表面活

性剂是该技术今后应用和推广的关键。

燃气轮机燃烧生物质油发电一直是业内人士希望实现的目

标。___制造的OGTS2500型2.5WM燃气轮机已完成最后测

试，将用于世界上第一个以生物质油为燃料的联合发电厂发电。

该项目采用___专利技术将木材废弃物转化为生物质油，处理

量100t/d，生产生物质油70t/d。其中50t作为燃气轮机燃料发

电，可满足2500个家庭的需要，多余的热量每小时还可以产

生5t蒸汽。该项目计划于2004年夏季建成投产。

生物质油中的碱金属、灰和固体含量、粘度、热值和表面

张力等参数会影响其在燃气轮机中的应用。Boucher等人研究

发现，加入甲醇和生物质热解含水相可以改善生物质油性能和

稳定性，但含水相的加入要控制在15%以内，否则可能导致

相分离。Juste等人进行了生物质油与乙醇混合燃烧的初步测

试，结果表明，预热到80℃的混合燃料可以满足雾化、燃烧

的要求。

生物质快速热解液化技术已近商业化，相较于生物质直接

气化制氢，生物质油制氢有以下优势：首先，生物质油比固体

生物质原料或氢气更便于运输，热解制油和催化重整制氢的加

工厂可以根据原料产地和处理规模灵活布局；其次，在制取生

物质油的过程中可以获取高附加值的副产品，用以改善整个工

艺过程的经济性。此外，该工艺的原材料来源丰富，除了废弃

木材外，还可以是造纸厂、酒精厂及食品加工厂的废弃物，变

废为宝有利降低成本。

与天然气蒸汽催化重整一样，最初生物质油重整制氢也采

用固定床反应器和商业镍基催化剂，但由于生物质热解产物不

稳定，催化剂因表面积炭严重导致迅速失活，一般只能使用

2～3h甚至更短。以后改用流化床反应器，同时改变催化剂组

成，提高载体强度，催化剂的使用时间明显延长。目前，该工

艺的氢产率已达到理论值(以全部氢转化为氢气为标准)的80%

以上，按每天生产35.5t氢气计算，考虑购买生物质原料的支

出和卖出苯酚类副产品的收入，制氢成本为7.7美元/GJ，是

较低的。

相较于生物质热解液化技术，生物质气化技术发展相对较

快，并且已经进入商业化应用阶段。但是对于在生物质中占有

相当比例的农业废弃物，特别是农作物秸秆来说，由于灰、钾、

氯的含量较高，在气化过程中钾会降低灰熔点(一般低于气化

温度)导致反应器内结渣，而且含钾化合物的蒸发和凝结还会

腐蚀和堵塞反应器和管路系统。另外，氯以HCl的形式释放，

会腐蚀设备、毒化催化剂，还会促进有毒的多氯化合物如二恶

英、呋喃等的生成。因此，秸秆气化对反应器和净化系统的要

求很高，常用的常压气化技术很难胜任。

___等人提出一种新的木质纤维素生物质气化方案。在这

个方案中，生物质先