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篇1

對污泥生物淋濾過程中各種重金屬元素的形態變化情況進行了測定，借助重金屬化學形態轉化規律，間接判斷污泥重金屬生物淋濾的轉化機制。試驗結果顯示，Cu、Ni、Cd的生物淋濾是以直接機制為主的，Zn的生物淋濾過程是以間接機制為主的，Cr、Pb的生物淋濾過程屬于混合機制，但其混合機理是有差別的。

關鍵詞：

污泥； 重金屬； 生物淋濾； 機制

污泥是重要的環境污染物，其性質復雜、毒害性持久，污泥中的重金屬處理更是環境污染控制領域的重要課題[12]。傳統的污泥消化、濃縮、脫水工藝并不能有效去除其中的重金屬。近年來新開發的針對重金屬去除的技術主要有：化學法（離子交換、氯化、化學淋濾、電化學等），物理法（超臨界流體萃取、動電技術、微波法、吸附法）。以上方法存在著成本較高、去除率有限、伴生二次毒性物、存在安全隱患等問題。生物法也可用于污泥重金屬去除。一般用于污泥重金屬處理的生物法包括生物淋濾法以及植物提取法等。污泥生物淋濾法[36]是利用弱嗜酸菌硫桿菌、嗜酸硫桿菌（T.t、T.f）以及部分異養菌的生物化學代謝過程[79]，使污泥中重金屬由難溶態逐漸轉化成為易溶態，達到去除污泥中重金屬的目的。生物淋濾法具有適用面廣、去除率較高、操作條件簡單、添加基質廉價易得、反應溫和、耗酸量少、可與污水廠原有污泥消化工藝同步實施等優點。近年來對污泥生物淋濾技術的研究雖然較多[1014]，但對其淋濾機制的研究成果較少，尤其是對Cd、Ni、Cr、Pb淋濾機制的研究更少。這種對污泥生物淋濾機理研究的欠缺嚴重制約了污泥淋濾技術的發展。在污泥生物淋濾機理研究領域，重金屬化學形態在淋濾過程中的轉化關系研究是一個核心問題[15]。借助重金屬化學形態轉化規律，可以間接推斷污泥重金屬生物淋濾的轉化機制。基于這一思路，本文對多種重金屬元素的生物淋濾機制進行了系統研究，以期找到污泥生物淋濾過程中常見重金屬元素的普遍規律，進而為提高重金屬淋濾效率提供生物化學理論依據，促進對污泥生物淋濾機制的理解。

張弛，等：復合硫桿菌對污泥重金屬生物淋濾機制的影響

1材料和方法

1.1污泥樣品

研究所用污泥取自太原市河西中北部污水處理廠的濃縮污泥，以及冶峪化工廠污水站的濃縮污泥，將二者混合作為本試驗用原始污泥。污泥重金屬含量的測定采用王水高氯酸氫氟酸消解原子吸收分光光度法，此方法是近年來對污泥生物淋濾的研究者通用的方法，其測定結果可靠度較好。經測定，試驗用污泥的基本性質見表1。

1.2試驗用菌種

試驗菌種的主體是復合硫桿菌，其組成為氧化硫硫桿菌（Thiobacillus thiooxidans，簡稱T.t）與氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans，簡稱T.f）混合菌液，試驗所用的氧化硫硫桿菌與氧化亞鐵硫桿菌，是在新鮮濃縮污泥中添加硫粉底物進行預培養，再經過重復接種加富培養獲得的，試驗時采用體積比2%T.t+20%T.f的接種量。另外配合加入課題組開發的MT基因工程菌（pGEXZjMTB）接種液作為對硫桿菌淋濾的促進菌種（3%接種量）。試驗所用的MT基因工程菌是采用金屬硫蛋白基因工程菌（pGEXZjMTB）為基本菌液，經過耐酸性馴化后，得到耐酸型MT基因工程菌，作為對硫桿菌淋濾過程的協作菌種。

1.3污泥生物淋濾去除率及pH變化規律試驗

為了考察所用技術在處理實際污泥時的效果，試驗過程未采用滅菌處理，但設置了空白對照組以對比未添加混合菌時的處理效果。通過試驗對“空白對照組”與“添加混合菌組”分別對重金屬的去除率進行了對比。空白對照組的試驗條件為：不添加混合菌，也不添加菌群生長所需的底物。試驗在同等條件下重復3次，取3次試驗結果的平均值。

pH變化情況是影響污泥生物淋濾效果以及重金屬形態的重要因素之一，研究對接種混合菌與未接種混合菌（空白對照組）條件下污泥淋濾體系的pH值隨時間的變化情況進行了試驗。空白對照組的試驗條件為：不添加混合菌，也不添加菌群生長所需的底物。

1.4污泥淋濾中重金屬形態轉化規律試驗

通過檢測污泥中各種重金屬元素在生物淋濾過程中的形態變化情況，間接分析淋濾機制。重金屬元素的化學形態測定方法，參考了改進的順序浸提法[16]進行。主要步驟包括：1）利用KNO3提取出可交換態重金屬；2）利用KF提取出吸附態重金屬。3）采用Na4P2O7提取有機結合態。4）采用EDTA實現對碳酸鹽結合態重金屬的提取。5）采用HNO3將剩余的硫化物結合態重金屬提取出來。6）剩余的重金屬含量即殘渣態。先對試驗用原始污泥的形態比例進行測定，將測出的質量濃度換算成質量比，見表2。

2結果和討論

2.1污泥生物淋濾去除率及pH變化規律

混合菌接種組、空白對照組對污泥重金屬去除率隨時間的變化情況分別見圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，添加混合菌時，可以提高淋濾效果，其原理主要是縮短了淋濾啟動時間，提高了轉化速率。對照組試驗各種重金屬的去除率都很低，這是由于對照組沒有添加混合菌，也沒有添加菌群生長所需的底物，即使此時的樣品中存在本土自有菌群，也由于缺乏增殖所需的底物，缺少所需的電子供體，硫細菌不能大量增殖。此時淋濾過程中的重金屬化學形態比例變化微弱，不利于對重金屬轉化過程中的化學形態變化情況開展研究，因此僅對添加混合菌時的重金屬形態變化情況進行討論。

接種混合菌與未接種混合菌（空白對照組）條件下污泥淋濾體系的pH值隨時間的變化情況見圖3。

由圖3可知，添加混合菌時淋濾體系的pH值在3～6 d時出現明顯下降。不添加混合菌，也不添加底物的對照組，pH值變化始終很小，12 d內反應體系的pH值始終未能低于5.20。

淋濾過程中的pH值既是淋濾過程的影響制約參數，又是淋濾過程中的表現參數，它關系到氧化硫硫桿菌（T.t）與氧化亞鐵硫桿菌（T.f）的生長增殖情況，也關系到重金屬淋濾過程中各種化學形態的轉化情況。

圖3污泥淋濾體系的pH值隨時間的變化情況

整個淋濾過程中的pH值下降與否取決于以上幾種反應的組合效果。pH值的降低速率越塊，pH值降低幅度越大，說明生物淋濾作用越強。添加混合菌與不添加混合菌時pH變化結果的差異間接證明了添加混合菌對淋濾效果確有促進。

2.2污泥生物淋濾過程中重金屬形態變化規律

雖然污泥的性質復雜，但通過順序浸提的方法，可以測得污泥的6種形態：交換態、吸附態、有機結合態、碳酸鹽結合態、硫化物結合態、殘渣態。交換態重金屬含量比例的增加值，可以反映出淋濾后重金屬去除率的變化規律。只要在污泥淋濾過程中，定時取出一定量的污泥樣品進行重金屬的化學形態分析，就可以得到淋濾過程中重金屬形態轉化的規律，籍此可以間接推斷某種重金屬元素在生物淋濾過程中的生化機制。

一般將污泥淋濾機制[17]分為直接機制、間接機制、混合機制3種。直接機制是指以重金屬硫化物結合態以及有機結合態被直接氧化成可溶硫酸鹽為特征的淋濾機制。間接機制是指以碳酸鹽結合態以及有機結合態重金屬大量轉化為交換態為特征的淋濾機制。混合機制是指直接與間接機制同等地發揮作用。此時，碳酸鹽結合態與硫化物結合態同等大量轉化為交換態為特征的淋濾機制，也可以是以有機結合態大量轉化為交換態為特征，而硫化物結合態僅起次要轉化作用。試驗中各種重金屬元素在生物淋濾過程中的形態變化情況見圖4～9。

由圖4可以看到，生物淋濾過程中，Cu的硫化物結合態顯著減少，交換態顯著增加，碳酸鹽結合態略有減少，吸附態略有減少，殘渣態經歷了先增、再減、再增的過程。其中交換態由8.1%增加至646%；有機結合態、碳酸鹽結合態、硫化物結合態的減少量分別占交換態總增加量的225%、69%、701%。可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：硫化物結合態>有機結合態>碳酸鹽結合態。由此可以推斷：對于試驗的污泥，Cu的生物淋濾過程屬于直接機制。此結論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學形態比例因素（Cu的硫化物結合態所占比例較大）；2）主導因素（硫化物結合態的轉化量對交換態的增加量貢獻最大）；3）可忽略因素（碳酸鹽結合態雖也對交換態的增加量有貢獻，但僅占69%，可以忽略）。

圖4Cu在生物淋濾過程中的形態變化

由圖5可以看到，Ni的淋濾過程中各種化學形態的轉化規律類似于Cu，硫化物結合態顯著減少，交換態顯著增加，碳酸鹽結合態略有減少，吸附態逐漸減少，殘渣態經歷了先減、再增的過程。交換態由11.8%增加至54.7%，共增加了42.9%；有機結合態的減少量占交換態總增加量的13.5%，本文認為有機結合態的轉化對Ni而言屬于可忽略因素；碳酸鹽結合態在全程由6.3%減少至4.7%，沒有討論價值；硫化物結合態在全程由31.3%減少至7.5%，其減少量占交換態總增加量的55.5%；可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：硫化物結合態>有機結合態>碳酸鹽結合態。由此可知，本試驗Ni的生物淋濾過程是以直接機制為主的，其規律類似于Cu。

圖5Ni在生物淋濾過程中的形態變化

由圖6可以看到，生物淋濾過程中Zn的交換態顯著增加，碳酸鹽結合態顯著減少，吸附態、有機結合態與硫化物結合態也有所減少，殘渣態逐漸增加。交換態由14.1%增加至65.8%；碳酸鹽結合態、有機結合態、硫化物結合態的減少量分別占交換態總增加量的59.6%、22.1%、12.4%。可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：碳酸鹽結合態>有機結合態>硫化物結合態。由此可以推斷Zn的生物淋濾過程以間接機制為主。此結論是基于以下3方面的原因：1）在試驗用原始污泥中Zn的原始化學形態比例中，碳酸鹽結合態與有機結合態所占比例較大。2）主導因素（碳酸鹽結合態的轉化量對交換態的增加量貢獻最大）。3）可忽略因素（硫化物結合態雖也對交換態的增加量有貢獻，但僅占12.4%）。

圖6Zn在生物淋濾過程中的形態變化

由圖7可以看到，Cd的生物淋濾過程中各種化學形態的轉化規律是：硫化物結合態顯著減少，交換態顯著增加，有機結合態略有減少，碳酸鹽結合態略有減少，吸附態變化輕微，殘渣態略有增加。交換態由16.4%增加至62.6%；有機結合態在全程由133%減少至6.4%，其減少量占交換態總增加量的14.9%；碳酸鹽結合態在全程由9.9%減少至34%，其減少量占交換態總增加量的14.1%；硫化物結合態在全程由34.1%減少至5.9%，其減少量占交換態總增加量的61.0%。可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：硫化物結合態>有機結合態≈碳酸鹽結合態。由此可以推斷Cd的生物淋濾過程是以直接機制為主的。其規律類似于Ni。

圖7Cd在生物淋濾過程中的形態變化

由圖8可以看到，生物淋濾過程中Cr的有機結合態顯著減少，交換態顯著增加，碳酸鹽結合態與硫化物結合態略有減少，殘渣態經歷了有小幅增加。交換態由71%增加至33.5%；有機結合態、碳酸鹽結合態、硫化物結合態的減少量分別占交換態總增加量的56.1%、21.2%、22.7%。可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：有機結合態>硫化物結合態>碳酸鹽結合態。由此可以推斷：對于本試驗的污泥，Cr的生物淋濾過程屬于混合機制，也就是說直接與間接機制同時發揮作用。此結論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學形態比例因素（有機結合態所占比例較大）；2）主導因素：有機結合態的轉化量對交換態的增加量貢獻最大。這種形態特征意味著在Cr的淋濾進程中，既有硫桿菌對有機結合態重金屬的直接氧化（這趨向于直接機制），又有高價態金屬離子（如：Fe3+）對ORP提高之后的二次氧化作用（這屬于間接機制）。同時，在Cr的生物淋濾過程中，硫化物結合態的轉化量對交換態的增加量貢獻也有24.6%，這更使Cr的生物淋濾不能排除直接機制的可能性。3）兼顧因素：碳酸鹽結合態也對交換態的增加量有貢獻，占23.1%，不宜忽略。

圖8Cr在生物淋濾過程中的形態變化

由圖9可以看到，Pb的生物淋濾過程中各種化學形態的轉化規律是：碳酸鹽結合態與硫化物結合態均顯著減少，交換態顯著增加，其余各態變化不明顯。交換態由12.0%增加至47.1%，共增加了351%；有機結合態、碳酸鹽結合態、硫化物結合態的減少量分別占交換態總增加量的19.7%、405%、35.0%。可見，對交換態增加量貢獻的大小順序是：碳酸鹽結合態≈硫化物結合態>有機結合態。由此可以推斷：對于本試驗的污泥，Pb的生物淋濾過程屬于混合機制，即直接與間接機制同時發揮作用，但其機理規律不同于Cr。此結論是基于以下3方面的原因：1）原始污泥化學形態比例因素（碳酸鹽結合態與硫化物結合態所占比例都較大）；2）主導因素：碳酸鹽結合態與硫化物結合態的轉化量對交換態的增加量貢獻近似，說明直接機制與間接機制在此同等重要。

圖9Pb在生物淋濾過程中的形態變化

由Cr、Pb的轉化規律可以看到，有機物型與弱碳酸型的重金屬元素在生物淋濾過程中，均可表現為混合機制，但其規律是不同的。需注意，不同城市的試驗污泥，其成份是不同的，其淋濾過程中的化學形態轉化特征也是有差異的。

3結論

對污泥重金屬生物淋濾過程中的重金屬形態轉化機制進行了系統的研究。根據各種重金屬在淋濾前后的化學形態轉化規律對相應的淋濾機制進行了歸類。判斷其淋濾機制的依據包括以下3個方面：1）原始污泥化學形態比例；2）主導因素（何種化學形態的轉化量對交換態的增加量貢獻最大）；3）可忽略因素（某種化學形態的轉化量對交換態的增加量貢獻小于15%）。

試驗結果表明，Cu、Ni、Cd的生物淋濾是以直接機制為主的，Zn的生物淋濾過程是以間接機制為主的。Cr、Pb的生物淋濾過程屬于混合機制，但其規律是不同的，Cr的有機結合態的轉化貢獻是其主導因素，Pb的碳酸鹽結合態與硫化物結合態同時發揮著轉化貢獻。

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篇2

油母頁巖，也稱為煤矸石，外表是淡褐色到暗褐色，暗淡沒有多少光澤，雖然沒有煤炭那么黝黑發亮，但含有豐富的元素，主要有油、水和礦物質。油的含量為10%～50%，組成的主要元素是碳、氫，和少量的氧、氮、硫；水占油母頁巖的4%～25%不等；剩下的是礦物質，主要有硫鐵礦、高嶺土、碳酸鹽巖以及石英等。

在幾千萬年前，生活在近海和沼澤盆地里的動植物，隨著地殼變動埋入地層深處，它們身上的有機質在厭氧細菌的作用下，經過瀝青化、巖石化和揮發化等物理、化學反應，經歷了大約幾千萬年的演變，才形成了油母頁巖，在開采出來的礦石中，有時會發現魚類、烏龜、遠古的樹木等動植物化石等，這就證明了油母頁巖身世。

根據油母頁巖所處居住的環境，油母頁巖可以分成陸地、湖泊和海洋相三種類型。生成于陸地的油母頁巖，有機質是由樹脂、蠟質表皮和生長在陸地上的植物根、莖組織，它們被埋藏后經過煤化作用而形成的，也含有很高礦物質的腐泥煤。而生成于湖泊的油母頁巖，有機質主要是生活在淡水、咸水和湖泊的浮游生物和藻類，它們被埋藏后經腐化和煤化作用后形成的。最后生成于海洋的油母頁巖，主要的有機質是海洋里生活的生物、海藻，被埋藏后經腐化作用而形成的。

油母頁巖的種類和數量都很多，在地球上隨處可見，儲量十分豐富，約有10萬億噸，比煤炭的資源量多一倍，比石油資源量多50%以上。中國的地下儲量排在美國、巴西、前蘇聯之后，名列世界第四位。中國已經知道的資源量是315億噸，預測資源量5000億噸，這其中的大約超過六分之五的資源量分布在吉林省、遼寧省和廣東省，吉林省已知可以開采的資源量為174.5億噸，約占全國總量的一半，位居全國的第一位，廣東省已知可以開采的儲量達到55.15億噸，位居全國的第二位，遼寧省已知可以開采的資源量為41.3億噸，位居全國的第三位。

很長一段時間，煤炭開采的過程中，都將油母頁巖這類巖石放在一邊，只單獨開采煤礦。油母頁巖它占用了大量耕地，影響了礦區周圍的生態環境。直到200年前，由于戰爭、能源危機和新技術的發展，才有人想到油母頁巖，從那時開始這種巖石就一直受到人們的關注。

今天由于技術的發展，油母頁巖終于能夠發揮它的優勢了，這種巖石全身是寶，可以從中提煉出很多有用的東西，不但可以生產很多燃料、油類，而且還可以合成很多的燃料氣體、化工原料肥料、合成纖維、塑料、染料、藥物的原料；伴隨油母頁巖開采出來的氣體，像煤氣一樣，可以作為氣體燃料；留下的灰渣，可以用來制造水泥、制磚、陶瓷纖維、陶粒等建筑材料。

從地下開采出來的巖石，要經過加工處理，才能被直接使用，油母頁巖的主要用途有以下幾種：

干餾制油，將油母頁巖粉碎后加熱到500℃左右，就可以從巖石的身體里提煉出油，也被稱為人造石油。根據含油量的多少，從1噸油頁巖中可以提煉出40至400公升的人造石油。再經過很復雜的化學過程，比如說加氫、裂解、精制后，巖石就變身為汽油、柴油、煤油、石焦油、石蠟等化工產品。

作為燃料，可以用來發電。直接把油母頁巖作為鍋爐的燃料，產生蒸汽后帶動汽輪機發電；或者是把油母頁巖在低溫下干餾，產生氣體燃料，然后輸送到內燃機燃燒發電，目前大家都采用前面這種形式。還可以利用油母頁巖燃燒后產生的熱量供暖。也可以利用油母頁巖燃燒帶動發動機，用于運輸等。

生產建筑材料，作為干餾和燃燒后的附產品，頁巖灰主要用來生產磚、水泥等建筑用材料。在我國，干餾和燃燒后的焦灰渣用于制造水泥砌塊、磚、陶粒等建筑材料產品。此外，還可以直接用于有機復合肥料的生產。

篇3

關鍵詞 低碳經濟；有機化工；能源發展；走勢

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前言

隨著世界終將走進到工業化時代，各種制品的消耗也將會繼續增長。雖然物料的循環使用效率逐漸在強化，但地球范圍內的金屬、非金屬礦藏是有一定限度的，而且正在逐漸面臨開采難度上和消耗過大的問題。有機化工科技百年來的進步已經在很多領域內以低得多的資源、成本、低碳放替代礦物材料，不斷滿足人們的需要

低碳經濟發展背景下的能源發展

所謂低碳經濟,是指在可持續發展理念指導下主要通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段,盡可能地減少煤炭的使用，以避免奢侈和浪費的碳排放。低碳經濟的發展是根據目前整個國際社會都在關注碳排放，要求實現綠色可持續發展的背景下提出的。從19世紀 50 年代工業化時代的開始，150多年來，工業經濟在不斷發展，帶來了社會上的很多變化，方便了人們的生活水平。工業化在帶來經濟快速發展的同時，也給氣候帶來了一定的負面影響。據IPCC（政府間氣候變化專門委員會）的評估結果顯示，全球氣候正在變暖，導致變暖的原因主要是人類燃燒化石能源和毀林開荒等行為向大氣中排放大量溫室氣體，加劇了溫室氣體的效果。而據 NOAA（美國國家大氣和海洋管理局）最新的調查結果，全球大氣中的二氧化碳濃度已從工業革命前的280ppm左右上升到了 2010 年的 389ppm。CO2等溫室氣體濃度的增加會造成地球表面溫度增加，造成冰雪的快速融化、海平面上升等氣候災害。整個國際社會對溫室氣體引起氣候變化的關注促成了聯合國氣候會議。對我國能源的發展來講，要結合低碳經濟時代的要求，實現能源的合理利用。首先要調整改善能源消費結構，堅持以煤炭為主、電力為中心、油氣和新能源實現全面發展的戰略，制定一個科學的并趨向量化的使用標準，規范能源使用情況，建立低碳、高效、節能的能源結構，加快研發新能源，減少溫室氣體的排放；其次是要節約能源，提高能源的使用效率。在日常的生產和生活中重視能源的利用和開發。在經濟上要通過實現產業結構調整、管理體制創新的手段來促進能源消費，提高能源利用效率和利用范圍；三是要緊跟國際能源發展趨勢，各個國家都意識到能源的可持續性以及可替代性，都在積極的發展新能源，發展綠色可持續能源，都在為能源的發展進行著長遠的探討和分析，所以我國也要緊跟世界能源的發展步伐，大規模的開發利用新能源，實現新能源代替舊能源。從根本上實現能源的充分利用。

低碳時代有機化工的走勢探討

1、煤化工有機化工的發展與能源的發展有著緊密聯系。所謂有機化工，即為有機化學工業，也可稱之為有機合成工業，它的原料包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等。有機化工原料發展到現在也歷經近百年的發展歷程。有機化工原料最早是從19世紀的煤化工發展起來的，煤化工的發展伴隨著煉焦副產品以及電石工業的發展，利用焦炭通過電石生產乙炔和聚氯乙烯，利用焦爐煤氣生產城市用煤氣以及甲苯、瀝青等化工用品。到20世紀初，隨著石油的出現，石油以其流動性強、高氫碳比的優勢以及汽車和飛機制造業的發展而逐漸取代了煤化工，成為有機化工的新主體。隨著技術的不斷發展，出現了現代煤化工，現代煤化工不同于傳統煤化工，現代煤化工更加注重了技術對有機化工的影響。現代煤化工起源于第一次世界大戰之后，德國因缺乏油氣資源無法維持戰爭，開展了煤化工和由煤制取液體燃料的研究，并成功發明了克虜伯一魯奇外熱式煤低溫干餾爐及魯奇一斯皮爾蓋斯內熱式干餾爐。二戰后國際社會對南非實施石油禁止政策，這一政策進一步促成了煤化工業的發展，并成功開發了大型流化床反應器及成功建成兩座規模化的人工石油生產工廠。隨后煤化工業進入短暫的慢發展期，于73年國際石油大幅漲價后重新受到重視，在以后的發展中隨著技術的不斷發展，現代煤化工業在規模、成本及效能上都得到了快速的進步和長遠的發展。有機化工在低碳經濟的發展背景下，未來的發展趨勢也是要實現低碳、綠色可持續發展，符合我國經濟可持續發展的要求，這也就要求有機化工在未來的發展中要不斷實現技術創新，通過技術創新和科學創新來實現有機化工的綠色可持續發展。

2生物質從化學角度來看，狹義的天然氣可以作為有機化工原料，因為甲烷轉化為合成氣之后，能夠形成各種化學品。但是從一般情況分析，天然氣化工不能夠成為有機化工原料的主流產品。以甲烷為主要原料的天然氣主要應用在燃料上是經濟、高效、潔凈的，但是制除氫氣和甲醇等一些一碳化合物是遠遠不如石油的。當然，在一定的條件之下，天然氣一碳化工也能夠得到很好的發展。生物質作為有機原料有著非常獨特的優勢，很多自然界及其人工種植的作物主要成分是淀粉和纖維素等大分子碳水化合物。在酶的作用之下經過進一步加工，能夠生產乙醇等產品。最早的乙烯工業原料路線就是由發酵產生的乙醇脫水。由太陽能夠經過光合作用產生的，我們可以認為是資源無限的生物質，經過干餾和氣化的諸如煤氣化，獲得合成氣。藻類及其一些植物種子經過加工可以獲得生物柴油，這也是化工原料。從另外一個方面分析，生物質在生長的過程當中吸收了非常多的二氧化碳，所以生物質化工具備著“碳中和”的能力，這是化石能源完全不具備的。所以，生物質作為有機化工的原料具備著非常廣闊的前景。21世紀將會出現石油化工、煤化工和生物質化工共同競爭和發展的趨勢。

3、乙烯和丙烯乙烯是有機化工原料中的標志性產品，乙烯主要用來生產聚乙烯、二氯乙烯、乙苯等，據統計我國 2010 年乙烯的消費量達到了 26Mt，而預計到2020年乙烯的消費量將達到36Mt。要實現單位乙烯產能的增加及運行成本的降低，可以采用大規模裝置的生產方式。丙烯主要采用在生產聚丙烯、環氧丙烷、丙烯酸上，根據對丙烯的現有量及使用數量的研究，未來丙烯的需求增速將炒股乙烯，因此在現有狀況下要注重丙烯的使用效率，通過技術創新實現丙烯的有效利用。提高丙烯的收率可以通過使用催化劑的方式，在催化劑中加入ZSM一5沸石，另外還可以通過調整裝置結構的方式縮短停留時間來提高丙烯收率。

4、芳烴及苯芳烴的生產過程主要是通過是有種的環烷烴脫氫等反應生成。對芳烴的創新方式主要是通過生產工藝的創新，像近期研發出的抽提蒸餾工藝及與液液抽提工藝相結合的生產方式的創新，還可以進行轉化工藝的創新，像正在研究的以甲苯和甲醇為原料，通過催化劑的轉化形成芳烴。苯是重要的基本有機產品中的一種。苯的工藝創新主要是體現在提取工藝上，近年來由于生產無苯清潔汽油的需要，采取了抽提蒸餾方法將汽油中的苯分離出來，這也是未來苯的主要來源之一。

結語

低碳、環保是現代環境迫切需要的，低碳時代的發展之路是一個漫長的過程，而有機化工在低碳時代的發展中起著重要作用，同時也需要進行長遠的謀劃。未來我國有機化工原料主要將來源于石油、煤、生物質碳化工三方面，因此要實現有機化工的長遠發展，也要積極采取措施保證石油、煤、生物質碳化工的長遠發展，同時政府也要從宏觀角度上因地制宜制定天然氣資源的優化利用，才能從戰略角度上實現資源的長遠發展和利用。

參考文獻

[1]石海佳,石磊.中國有機化工原料供應鏈結構——復雜網絡視角[J].化工學報,2009(6).

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關鍵詞：生物質 秸稈 汽化 乙醇

一、背景及意義

中國是一個人口大國，又是一個能源消費大國。我國石油資源缺乏，人均石油儲量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消費一半左右依賴進口，國際石油市場價格波動已經影響到我國國民經濟的穩定發展，而燃油鍋爐每年需要消耗大量的石油資源，對寶貴的石油資源是一種極大的浪費。同時，消費化石資源造成了大量二氧化碳排放，我國每年僅燃煤燃油鍋爐排放的二氧化碳就達到25億噸，形成嚴重的溫室效應。

我國是一個農業大國，每年僅農作物秸稈就生產約7億噸，其他生物質原料木屑、稻殼等也數量巨大，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧業外，其余大部分或直接燃燒，或作為農村沼氣發酵的原料，但這些利用方式有些是浪費資源、污染環境，有些是利用率低、應用范圍狹窄，不利于秸稈等生物質的再利用連續化、大規模化、產業化。

基于此，設計研究一種生物質能利用率高、應用范圍廣的工藝及相關設備并推廣應用已經成為解決能源、資源、環境、農村等問題有效途徑。

二、國內外研究、發展現狀

目前國內市場上已經普遍出現生物質顆粒燃料氣化鍋爐、氣化發電機組等產品。其中目前先進的秸稈氣化爐直接將農作物秸稈轉化成燃燒氣體，其燃燒效率達95.5%以上，熱效率達到82.5%。但是，生物質在氣化過程中，由于高溫裂解而產生的灰塵和焦油以微粒的形態存在于生物質燃氣中，焦油微粒在溫度降低時會重新凝結成固態的焦油，并與燃氣中的潮濕灰塵微粒結合，堵塞管道，用于發電中將嚴重損壞燃氣發動機的機械部件。因此，如何將生物質燃氣中的灰塵和焦油微粒除去，確保生物質燃氣在通過燃氣發電機組來產生電能的過程中，不因灰塵、焦油凝結而導致燃氣發動機損壞或停機，是生物質氣化發電技術應用中面對的一項難題。

為了除去生物質燃氣中的灰塵、焦油微粒，而且要保證去除過程中不在產生對環璄的二次污染上，目前大部分的生物質氣化設備生產廠家都是采用機械方法，這種方法只能在一定程度上減少燃氣中灰塵和焦油微粒的含量，而且在支除過程中會產生污水，廢氣的污染，因此燃氣發電機組在經過一段短時間運作后，最后還是會因灰塵和焦油微粒越積越多而出現故障，導致停機。而一般捕焦、除塵設備，雖然早已出現，但這類產品都是針對大型的火電廠、化工廠、洗煤廠而設計開發的，而一般生物質氣化發電項目的燃氣流量較小，且生物質燃氣與火電廠、化工廠需要處理的氣體性質有很大差別，因此，目前市場上還沒有針對生物質氣化而設計生產的有效除塵、除焦且不對周遭環璄產生二次污染裝置和產品。

三、研究目標、內容、方法

1.研究目標

本方案研究的的目標是設計一套生物質連續焦化造氣工藝技術及其相關設備，利用農作物秸稈、稻殼、玉米棒以及樹技、樹葉、雜草等生物質，經過粉碎、擠壓成型、燃燒造氣、冷卻炭化等工藝流程，產生焦油、可燃氣、炭塊或炭粉等產品。

2.研究內容

工藝流程的初步設想是首先將粉碎過的原料倒入生物質連續焦化造氣爐的加料器中，電機傳動系統帶動攪籠將加料器中的秸稈碎料擠壓成型，成型后密度達到普通木材的密度。成型后的原料通過輸料管進入造氣爐的預熱段，目的是控制原料和設備的溫度，阻止燃燒室的熱量向擠壓成型機傳遞，防止設備材料在高溫下的失效。隨著原料連續擠壓，輸料管內經預熱的成型原料進入燃燒室進行低氧燃燒，過熱的原料再經出焦爐冷卻水冷卻產生焦油，冷卻水汽化成水蒸汽，部分水蒸氣通入氣化室，與燃燒的原料接觸裂解產生大量爐氣，其中含有焦油氣、甲烷、一氧化碳等可燃氣體。原料繼續進入冷卻室冷卻碳化，形成炭棒，經過其他輔助裝置粉碎可形成炭塊或碳粉，經星形輪收集出料。

產生的爐氣要經過進一步的分離。爐氣首先通過去焦冷卻器進行冷卻，焦油氣經冷卻在管壁凝結，刮板上下運動將管壁上凝結的焦油刮下并擠入焦油儲罐中。同時，經分離出來的爐氣通入噴淋吸收塔水洗，除去爐氣中二氧化硫等污染性氣體和未被液化的焦油氣。噴淋液經過用碎秸稈填充的除油器，動態地除去其中洗出的殘余焦油，吸收過的秸稈回運到生物質連續焦化造氣爐進行燃燒。最后收集到的可燃性爐氣通入儲氣柜中。

因此，需要設計的靜設備有生物質連續焦化造氣爐、去焦冷卻器、吸收塔、除油器、焦油儲罐、噴淋液儲罐、爐氣氣柜，需要選型的動設備有真空泵（或通風機）、洗液泵、噴淋液泵，此外還有管道、閥門等器件的設計和選型。

目前市場上的相關產品是先造粒，再將制成的生物質顆粒進行造氣，盡量控制副產品焦油的產出量，使其大部分氣化，并將爐氣作為發電用的燃氣送入發電機組發電。因此就決定了本方案具有以下幾點創新之處：

第一，集制粒、造氣、出焦于一體，目標產品是炭顆粒、焦油、爐氣。

第二，連續大規模處理生物質原料，他不同于先造粒再造氣的現有技術和工藝。

3.研究方法

通過閱讀大量的相關書籍、文獻和研究成果，綜合歸納出所需要的內容。根據有關國家標準和行業標準設計。

參考文獻

[1] 董天峰，趙國明，張重，張蕾蕾.家用秸稈氣化爐的技術現狀及發展趨勢[J].農業與技術，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，趙欣.生物質氣化技術及其在西部地區的應用淺析[J].環境科學與技術，2008，31（10）：34頁.

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農村生物質能資源種類多、分布范圍廣，開發利用農村生物質能源替代常規能源，具有十分廣闊的發展前景。

1、發展農村生物質能源，有利于緩解能源供應壓力，減少對化石能源的依賴。

我國既是化石能源非常短缺的國家，還是能源消費大國，我國年能源消費總量已達到20億噸標準煤，居世界第二位，今后，隨著經濟持續快速發展，能源需求還將不斷增加，據初步預測，到2020年，全國能源需求總量將達到30～36億噸標煤，能源安全形勢將更加嚴峻。

2、發展農村生物質能，有利于減輕環境污染。

由于我國能源消費結構以煤為主，煤炭使用過程中產生的污染成為我國主要的環境問題之一，目前，我國廢氣排放中約90%的二氧化硫、85%的二氧化碳和80%的煙塵都是由燃煤造成的。生物質能源替代化石能源可以減少污染物排放，保護環境。同時農村生物質能主要原料是農村秸稈、畜禽糞便等農業廢棄物質，對農業廢棄物的充分利用可以變廢為寶、變害為利，減輕農業生產自身造成的農業面源污染，有利于保障農業生產安全和人民身體健康。

目前，農村能源消費總量從4.15億噸標準煤發展到4.91億噸標準煤，增加了18.3%，年均增長2.4%。而同期農村使用液化石油氣和電炊的農戶由1578萬戶發展到4937萬戶，增加了2倍多，年增長達17.7%，增長率是總量增長率的6倍多。可見隨著農村經濟發展和農民生活水平的提高，農村對于優質燃料的需求日益迫切。傳統能源利用方式已經難以滿足農村現代化需求，生物質能優質化轉換利用勢在必行。

一種能夠“廢物利用、變廢為寶”的爐具就是農村生物質能的一種。它很廉價，但能夠帶來可觀的社會效益；它構造簡單，但卻能夠有效解決農村資源浪費和環境污染這樣復雜的問題；它不受氣候影響，符合農村生活的實際，深受農民群眾歡迎，它就是高效低排生物質爐。

二、我市農作物秸稈現狀

晉中市地處山西中部，西北部緊鄰太原，東部與壽陽接壤，南部與太谷交界，屬典型的溫帶大陸性氣候，2009年全市耕地面積545.8413萬畝，以糧食、蔬菜、果樹等農作物為主，全市種植玉米305.78萬畝，梨29萬畝，蘋果49萬畝，全市農作物秸稈總產量為305.78萬噸，秸稈資源豐富。果樹枝盛果期果樹每年每畝約修剪300～500公斤果樹枝計算，蘋果、梨種植78萬畝果樹產果樹枝23.400～39萬噸，目前我市秸稈利用率低，技術手段落后，造成了資源的嚴重浪費。因此，推廣高效低排放生物質爐非常必要。

三、推廣高效低排放生物質爐的示范效果顯著

我市榆次區西祁村是使用高效低排放生物質爐的示范村。西祁村共有耕地面積1832畝，戶均4畝果樹。在新農村建設中，省農村可再生能源辦公室從沼氣建設入手，采取整村推進的形式，為全村建成戶用沼氣池108戶，占到全村總戶數的90%。但是沼氣未能徹底解決農戶冬季取暖的問題，因此，2008年我們試點安裝了100多個高效低排放戶用生物質炊暖兩用爐，并結合本村果園多的實際配套3臺樹枝切割機，很好地解決了村民們的冬季做飯、取暖、洗澡等生活用能。

當我們走進村民王成平家，院子里的3個黑黝黝的大鐵爐吸引了記者的目光，戶主王成平笑著說：“以前我們在冬天就是靠這三個爐子取暖的，現在裝上生物質爐就用不著了。”據王成平介紹，以前每到冬天，3住人的屋子必須裝上這樣的3個大鐵爐才能保證取暖，按每個爐子一冬燒1000塊蜂窩煤計算，一年全家僅取暖就要花掉1500多元錢。“現在好了，用上生物質爐，又省錢、又干凈，也不怕煤氣中毒，安全實用兩全其美。以前當地村民大多都把果樹枝仍在田間就地焚燒，不僅浪費資源，還污染環境，影響村民們的生活質量和身體健康。現在用上生物質爐具，不僅使大量的農田廢棄物、果樹枝變廢為寶，而且還有效地杜絕了村里村外、田間地頭果樹枝的亂丟亂棄，整潔了村容村貌，凈化了生活環境，深受我們農民們的歡迎。”

村民王二保家正在準備午飯，“院內潔凈堂內明，不見炊煙聞飯香”的情景，一下子顛覆了記憶中農村燒火做飯煙熏火燎的印象。王二保說：“自打用上生物質爐，家里就再也沒冒過黑煙，做飯還快，趕上農忙，回來加一把柴禾，20分鐘飯就全好了。”

截至目前為止，晉中市示范高效低排放生物質能爐試點推廣3600戶，按每個農戶減少或節約1500元買煤買炭的錢，那么3600農戶，增收節支540萬元，高效低排放生物質爐不但經濟效益顯著，生態效益與社會效益也非常可觀。

四、高效低排放生物質爐具有三個優點

1、變廢為寶 清潔環保。

高效低排放生物質爐是指以秸稈、薪柴等生物質為燃料，在爐內既有明火燃燒又有氣化成分，沒有焦油，不冒黑煙，燃燒充分，熱效率高，煙氣排放低的爐具。這種爐具可用于炊事、取暖、淋浴等，構造簡單，便于安置，非常適合農村家庭使用。

2、生物質爐燃燒原理。

生物質爐之所以能夠實現清潔、節能、高效的特點，是因為它具有獨特的燃燒原理：燃料經過干餾氧化還原等過程，可以轉化成高溫可燃燒氣體，氣體經過劇烈旋轉和混合，燃燒更加徹底。

3、生物質爐使用燃料。

生物質爐以固化成型燃料為主要發熱燃料，固化成型燃料是將農作物秸稈、稻殼、木屑等農林廢棄物粉碎后，加入成型機器中，在外力作用下壓縮成所需的形狀。它具有密度大、安全性好；體積小，儲存方便；燃燒充分，殘留灰渣少等特點，它的熱值相當于普通原煤的0.7倍左右，燃燒排放有害氣體成分低，可實現二氧化碳零排放，二氧化硫含量較低。此外，果樹修剪枝、玉米芯、薪柴等都可以直接作為燃料使用。農戶使用情況證明，使用這種售價1000多元的爐具，一個五口之家一天炊事需要4.5～6公斤燃料，每年大約需要2000公斤燃料。也就是說，農戶只要有5畝耕地或者6畝果樹，即可滿足燃料需求。

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關鍵詞：煤生化行業；煤化工；生物化工；煤炭需求；煤炭行業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ546 文章編號：1009-2374（2016）28-0005-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.28.003

1 概述

煤化工一直以來是我國化學工業的重要組成部分，但是煤化工是資源消耗型行業，傳統的煤化工是高能耗、高排放和高污染的行業。雖然已經得到不斷更新，但是煤化工行業還是浪費了較多的能源，甚至是造成了較大的環境等方面的嚴重污染。新興的煤生化行業主要圍繞煤化工向生物化工轉變過程中涉及的煤基產品的生物轉化及精深加工技術進行研究，從而解決煤化工行業傳統產品產能過剩、附加值低、能耗高、污染大的問題。我公司作為煤炭企業集團的子公司已進行甲醇蛋白工業化生產技術研究與示范、煤基甲醇蛋白纖維生產技術研究與開發、煤基多功能生物活性物質的研發與應用、新型化工產品的生物煉制等諸多煤生化項目。

2 煤生化行業的興起

2.1 背景

我國煤炭儲量豐富，是最主要的基礎性能源，煤炭占到我國能源消費比重的67.7%。我國煤炭的使用以低技術含量和低附加值產品為主導，大多集中在燃煤發電和煤化工產業。而煤化工的主要原料是煤，然后經過一系列化學加工將煤轉化為氣體、液體、固體等狀態的燃料，主要的化學過程就是氣化、液化、干餾、焦油加工、電石乙炔化工等，目前以煤制天然氣、煤制甲醇、煤制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制乙二醇等工藝為主流。由于存在投入大、能耗高、污染重、產能過剩、工藝技術不穩定等局限，其發展正面臨著供大于求、環境保護、技術、資金和社會配套條件等方面的挑戰。甚至一些地方不顧資源、生態環境等方面的承載能力，出現了盲目規劃、競相建設煤化工項目的情形。建成的項目趨同性較大，缺乏有特色的產品和發展方向，有的技術尚處于試驗階段，仍有較大風險。總之，煤化工產業仍需延長產業鏈，以科學發展觀作為重要的指導，提高技術水平，實現資源的合理化、高效率應用。

2.2 煤生化行業出現的意義

我公司技術團隊于2012年開始圍繞煤化工產品的生物轉化及精深加工所涉及的生物學與化學工程學相關問題而開展一系列研究。首先以生物法生產技術替代傳統的化工法生產技術為突破口，然后利用微生物的高效轉化作用，以煤基產品作為唯一碳源，開發出了新型煤基生物產品。不僅解決了煤化工產業所面臨的諸多問題，延長了煤化工產業鏈，而且拓寬了生物化工產業發展領域。煤生化是一門煤化工和生物化工相結合的學科，它是以生物技術從實驗室規模擴大至生產規模為目的，以生物生產過程中帶有共性的工程技術問題為核心。它既是生物技術的一個重要組成部分，又是化學工程的一個分支學科。它綜合了生物化工技術理論的諸多方面，旨在對煤生化關鍵技術的研究和優化操作與控制，進而應用于工業化生產，促進科技成果向生產力轉化。煤生化行業的出現，既符合國家倡導的學科交叉，形成化工與生物學科之間的優勢互補，又能夠適應經濟可持續發展和社會日益增長的物質需求，可以促進煤炭工業的清潔綠色發展，是當前煤炭行業與煤化工發展的必由之路。

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關鍵詞 杞柳皮；現狀；利用途徑；肥料化；燃料化；飼料化

中圖分類號 S564.5 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0131-01

臨沭縣位于山東省最東南部的蘇魯交界處，特色農業發展迅速，已形成“東茶、西菜、南桑、北柳”的產業化格局。臨沭縣沭河東岸的白旄鎮、青云鎮、鄭山街道一帶盛產杞柳，用其加工成的柳編工藝品一直是此地區第三產業的重要支柱。因此，該縣被國家林業局、中國經濟林協會授予“中國名特優經濟林杞柳之鄉”，用杞柳制作的柳編制品暢銷40多個國家和地區。但人們對于杞柳的利用僅限于對杞柳條的加工，而對于杞柳皮和杞柳皮上附帶的大量鮮葉則沒有進行有效利用。據統計，臨沭縣杞柳種植面積達到6 666.67 hm2，年產杞柳干條超過10萬t，帶葉杞柳鮮皮30萬t以上，干燥后杞柳皮近5萬t。而這些杞柳皮目前一直只是處于簡單堆放的狀態，或者作為柴火、垃圾來處理。但這些處理方法極易造成杞柳皮霉變，甚至腐爛發臭，直接影響當地交通和環境，已經成為農村面源污染的新源頭。為此，積極研究探討杞柳皮的綜合開發利用已顯得日益重要。

1 杞柳皮利用現狀

杞柳屬楊柳科柳屬，由于去皮后的杞柳條子細長、潔白光滑，因此又被稱作“白柳條”[1]。它是一種多年生落葉灌木，其枝條具有發條率高、富有韌性的特點，比較適合制作柳編制品。杞柳屬一年栽植，多年收條，每年收割2次，夏收（每年7月入伏后收割）和冬收（每年12月入冬后收割）[2]。杞柳的盛長期一般只有2～3年，第3年以后產量逐漸下降。隨著生產條件的不斷改善，杞柳栽培技術得到改進，水澆密植栽培形式不斷被推廣，使柳條單產超過10.5 t/hm2，一般一年兩季的產量在15 t/hm2左右，按照2015年的市場價格，僅出售原料這一項收入即可超過7.5萬元/hm2，如果經過加工則可實現增值1～2倍。由于杞柳具有種植成本低、收益高、易管理等優點，因此受到廣大農民的喜愛而被廣為種植。此外，種植杞柳還具有生態效益，可以保持水土、涵養水源、改善生態環境[3]。但隨著杞柳種植面積的不斷擴大，杞柳生產也會產生一些不必要的環境污染，如杞柳收獲后的杞柳皮、更新后的杞柳發達的根系。

2 杞柳皮綜合開發與利用途徑

2.1 杞柳皮肥料化

采用多種辦法實施肥料化，在杞柳生產較多的鄉鎮，依托農業合作社成立制肥公司，回收杞柳皮、秸稈后注菌發酵，就地腐熟制成有機肥料供農戶使用。再就是動員農戶廣建沼氣池，以杞柳皮、秸稈為原料，通過厭氧發酵既獲得沼氣，又可以產生優質肥料，成為一舉多得的好事。建立起經紀人隊伍，發展相適應的社會化服務組織，通過他們進行專業加工和運輸，解決農戶打捆運輸等困難。同時，他們還建立補貼機制，給予合作社和經紀人一定額度的補助，用于購買粉碎機、打捆機、生物質壓縮設備等專業機械。

2.2 杞柳皮燃料化

一是沼氣化。將杞柳皮、秸稈等材料利用厭氧發酵裝置，產出沼氣，供用戶使用。即將杞柳皮等材料與人畜糞進行適配，并放入沼氣池中，在厭氧條件下進行發酵，產生出沼氣，即以甲烷為主要成分的可燃氣體。這些氣體可以通過管道送往農戶，但需要在稍高于常壓的狀態下輸送。二是壓縮塊化，采用生物質壓縮設備，把杞柳皮加工成長方體小塊，以便于儲存、運輸，降低儲運的成本。一般被加工成的長方體小塊的長度為2～10 cm，截面直徑為3～10 cm。另外，將其作為燃料使用，不僅可以大幅提高生物質的熱效率，而且可以為農村居民提供生活用能源，或作為工業鍋爐和電站的燃料。三是氣化。亦稱生物質氣化，屬于生物質能的利用范疇。即以杞柳皮、秸稈作為原料，將其放入密閉缺氧裝置內，利用熱化學反應的原理，通過熱分解和化學反應，采用自熱干餾熱解法，釋放出可燃混合氣體。杞柳皮、秸稈等是由碳、氫、氧等元素和灰分組成，當它們被點燃時，在少量空氣存在的條件下，通過采取措施控制其反應過程，可以將大部分能量全部轉移到氣體中，變成可燃氣體。這種混合燃氣亦稱生物質氣，其中含有CO、H2、CH4等有效成分[3]，能夠被廣泛利用。

2.3 杞柳皮飼料化

杞柳皮飼料化是近年來對杞柳皮綜合利用的一項新認識，杞柳皮根據杞柳收割時間不同可分為生皮（夏收后的杞柳皮）和熟皮（冬收后的杞柳皮）。生皮通過剝皮機、高溫熏蒸等物理方式就可以簡單剝離，秋后收割的杞柳條難以剝離，過去只能一根根剝離，現在經高溫加熱蒸煮處理后，也實現了簡易剝離，降低了勞動強度。醫學研究，杞柳皮具有清熱去火的神奇功效，加工后的杞柳皮經過消毒，是牛、羊、馬等各類哺乳動物的最佳飼料。根據臨沂大學的專項研究發現，用2 kg杞柳生皮替代0.5 kg苜蓿干草，或用4 kg杞柳熟皮替代1.5 kg苜蓿干草飼喂奶牛，均能較好地預防奶牛乳腺炎的發生，降低奶牛前胃遲緩發病率，提高奶牛消化率；并且發現飼喂生皮與飼喂熟皮相比，在預防奶牛乳腺炎、降低前胃遲緩發病率、提高消化率方面的效果均表現更好[4-6]。杞柳皮變廢為寶將推動全縣畜牧養殖業的發展。1 hm2杞柳皮可育肥45～60只羊或者15頭牛，全縣預計可育肥近40萬只羊或10萬頭牛。現在越來越多的養殖戶已認識到杞柳皮對畜牧生產的推動作用，他們通過引進先進技術，利用新鮮生皮或者把秸稈發酵后變成柔軟有甜味的飼料，使杞柳皮變廢為寶，不但美化了環境，而且增加了收入。

3 參考文獻

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[4] 劉洋，晁洪雨，王自然.杞柳條生皮替代苜蓿對奶牛泌乳性能的影響[J].畜牧與獸醫，2015（2）：55-57.

篇8

1.1 能源分類

凡是能夠間接或經過轉換而獲取某種形式能量載能體的自然資源統稱為能源。在自然界里有一些自然資源本身就擁有某種形式的能量，其在一定條件下能夠轉換成人們所需要的能量形式，這種自然資源就是能源，如煤、石油、天然氣、太陽能、風能、水能、地熱能、核能等（一般稱為一次能源）。但生產和生活過程中由于某種需要或便于運輸和使用，常將一次能源經過一定加工轉化，使之成為更符合使用要求的能量形式，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等（一般稱為二次能源）。而根據能源是否可以再生，又分為再生能源和非再生能源。能源分類見表 1～2。

1.2 能源概況

能源是經濟和社會發展的重要物質基礎，也是實現現代化及提高人民生活水平的重要保障。隨著現代社會生產的不斷發展，機械化、電氣化、自動化程度的不斷提高，對能源的需求量也越來越大。一般說來，一個國家的國民生產總值和它的能源消費量大致成正比。能源是主要動力來源，能源的消費量越大，產品的產量就越多，經濟就越發展，整個社會就越富裕，人民的生活水平就越高。發達國家的人口總和約占世界人口的1/5，而能源消費量卻占了世界能源總消費量的70％左右。1990 年以來，我國能源生產總量雖已位居世界前列，但由于人口重多，人均占有能源消費量只有發達國家的 5％～15％，而且在能源結構中還是以煤炭為主，致使環境污染問題嚴重，發達國家平均煤炭消費量只占能源總消費量的25％左右。近二三十年來，雖然我國能源開發利用發展很快，但無論是從生產到生活，還是從城市到農村，煤、油、電等能源仍然十分短缺。如何解決能源短缺問題，有兩條出路可以選擇：一是降低經濟增長速度；二是加大能源開發力度、狠抓節約能源工作。近 10 余年來，我國國民生產總值（GDP）增長速度很快，但人均 GDP 仍然很低，如果過分降低經濟增長速度，要在本世紀中葉達到中等發達國家水平的目標將難以實現。因此只有加大能源開發力度、提供足夠的能源才能使我國經濟得以持續發展。根據我國國情，最經濟、最豐富的能源資源就是煤炭。因此，我國必須在增加煤炭生產的同時，狠抓節煤工作，提高其利用效率，加強環境治理與保護，決不能走發達國家先污染、后治理的老路。石油在我國能源構成比例中占20％，其是交通工具的主要動力能源，其中汽車是石油的最大用戶。汽車發動機排放的氣體是城市大氣污染的主要來源。因此在狠抓節煤工作、提高其利用效率的同時，還必須狠抓節油工作，提高其燃燒效率，降低汽車尾氣中的有害物排放量。根據世界能源發展新戰略的規劃，發達國家的人均能耗從1980年的 6.78t 標煤下降到 2020 年的 3.44t標煤，到2020 年能源總消費量將為 120 億 t 標煤，只增加10％，而經濟增長仍可達到 50％～100％。我國是低收入國家，但每萬美元國民生產總值能耗為世界之首，為發達國家的 4～6 倍；產品能耗平均為發達國家的 2 倍，使用能源的設備效率要低10％～40％。因此，要使經濟持續增長，在增加能源生產的同時，還必須提高能源利用率、節約能源及解決環境保護問題。

2木質生物質能源技術的發展

2.1生物質能源

生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物質內部的能量。它的轉換利用技術有熱化學轉化技術、生物化學轉換技術、生物質壓塊成型技術及化學轉換技術。目前我國生物質能源的發展還存在很多問題，主要表現在以下幾個方面。

（1）各學科技術開發能力和產業發展不平衡；

（2）技術研發、設備制造能力有待提高；

（3）技術水平和生產能力與國外先進水平差距較大；

（4）生物質能源資源評價、技術標準、產品檢測和認證等體系不完善；

（5）人才培養不能滿足市場快速發展的要求；

（6）沒有形成支撐產業發展的技術服務體系。工業大革命以后，煤、石油和天然氣一直是人類能源的主角，然而對地球上現有礦物質能源的樂觀估計也只能再用 100 年。根據世界能源權威機構 1999 年底的分析，世界已探明的主要礦物燃料儲量和開采量不容樂觀：石油剩余可采年限僅有 40 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的40.5%；天然氣剩余可采年限為61.9年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 24.1%；煤炭剩余可采年限為 230 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的 25.2%；鈾剩余可采年限為 73 年，其年消耗量占世界能源總消耗量的7.6%。

按目前的消耗估算，本世紀下半葉，人類不但將面臨嚴峻的能源危機，而且還將面臨過度使用礦物質能源而造成的生態環境危機。與礦物質能源相比，生物質能源一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。生物質能源具有以下特點：①可再生性，且產量大；②可儲藏性和可替代性；③資源豐富；④二氧化碳零排放，生物質能源燃料燃燒所釋放出的二氧化碳大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的二氧化碳，所以應用生物質能源時二氧化碳的排放可認為是零。我國是最大的發展中國家，同時又是一個人口大國，能源短缺及利用水平低是阻礙國家經濟和社會發展的瓶頸之一。我國石油資源相對不足，如果繼續增加煤炭用量將加劇環境污染，21 世紀將面臨經濟增長和環境保護的雙重壓力。從能源長遠發展戰略高度來審視，尋求一條可持續發展的能源道路、大力利用新能源和可再生（新）能源以減少對環境污染，加快新能源對傳統能源的新舊更替，已成為我國近期急需解決的重大問題。改變能源生產和消費方式，開發利用生物質能等可再生的清潔能源資源，對建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護都具有重大意義。我國陸地林木生物質資源總量在 180 億 t 以上，可用于生產生物質能源的主要是薪炭林、林業廢棄物和平茬灌木等。林業生物質能資源在我國農村能源中占有重要地位，我國農村消耗的林業生物質能資源約占農村能源總消費量的 20%。在山區和林區，農民 50%以上的生活用能依靠林業資源。目前我國的生物質能源利用率很低，生物質能源綜合利用效率僅為 16%，薪柴超伐量達 54%，秸稈直接燃燒用量占 60%。生物質能源的不合理消耗，加劇了農業生態平衡的失調。木材是生物能源的主體，是最古老的能源物質，與化石能源相比，其是一種可再生能源；與秸稈相比，其能量密度高，種類豐富，一次栽種多年受益，是實現大規模能源化的理想生物質資源。但長期以來我國對木質生物質能源的利用方式一直是以直接燃燒為主，只是近年來才開始采用新技術加以利用，但規模小，普及程度較低，在農村乃至國家的能源結構中只占有極小的比例。

2.2生物質能源應用技術

人類對木質生物質能源的利用已有悠久的歷史，但多是以直接燃燒的方式來利用它的能量，直到 20 世紀，特別是近 20 年來，木質生物質能源的研究和應用才有了快速的發展。目前國內外已有的木質生物質能源利用技術主要有以下幾方面。

（1）燃燒木質燃料：通過直接燃燒木質生物質而獲得熱能是目前木質生物質能源利用的最主要方式，木質燃料主要包括薪材和木質壓縮成型燃料。木質壓縮成型燃料是以木屑、樹皮等林業剩余物為原料，在加壓（49～196MPa）、加熱條件下，壓縮成棒狀、顆粒狀且質地堅實的成型物體，可作為工業鍋爐、民用灶爐以及工廠和家庭取暖的燃料，也可以進一步加工成木炭和活性炭。

（2）氣化：氣化是指木質生物質在高溫條件下，與氣化劑（空氣、氧氣和水蒸氣）反應后得到的小分子可燃氣體的過程。目前使用最廣泛的是以空氣為氣化劑，產生的氣體主要作為燃料用于鍋爐、民用爐灶發電等場合，也可以作為合成甲醇的化工原料。

（3）液化：液化是指采用化學方法將木質生物質轉換成液體產品的過程。液化技術主要分間接液化和直接液化兩種。間接液化就是把木質生物質氣化成氣體后，再進一步合成為液體產品；或者采用水解法，把木質生物質中的纖維素、半纖維素轉化為多糖，然后通過生物技術將其發酵成乙醇。直接液化是把木質生物質放在高壓設備中，添加適宜的催化劑，在一定的工藝條件下反應制成液化油，作為汽車用燃料或進一步分離加工成化工產品。

（4）熱解：木質生物質在隔絕或少量供給氧氣的條件下，加熱分解的過程稱為熱解。熱解過程所得產物主要有氣體、液體和固體，其比例根據不同的工藝條件而不同。

3我國木質生物質能源的發展及應用

（1）薪炭林：薪炭林是以生產木材燃料（薪材）為主要目的的樹種，在我國有悠久的經營利用歷史。我國從1981年開始實施薪炭林工程，截至到 2000 年，已營造551.3萬 m2，生物質獲得量達 2000 萬 t/a，相當于 1143.2萬t 標準煤。長期以來，我國的廣大農村一直以木質燃料作為廉價燃料，營造薪炭林已成為解決我國農村能源問題的有效途徑。

（2）木質壓縮成型燃料：我國木質壓縮成型燃料研發工作起步較晚，但現在已達工業化生產規模。1990 年中國林科院林化所與東海糧食機械廠合作，完成了國家“七五”攻關項目———木質棒狀成型機的研發工作，并建立了 1000t 級的棒狀成型燃料生產線，而且還出口到馬來西亞、埃塞俄比亞、印度尼西亞等國家。1998 年林化所又與江蘇正昌糧機集團公司合作，研發了內壓滾筒式顆粒成型機，其生產能力為 250～300kg/h，生產的顆粒成型燃料特別適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司從美國引進了適用于家庭使用的取暖爐技術，通過消化吸收，現已形成了工業化生產。此外，還從美國引進了一套生產能力為1.5t/h的顆粒成型燃料生產線，1999年開始正式生產，目前運行情況良好。

（3）氣化發電：經過十幾年的研究、試驗、示范，生物質氣化技術已基本成熟。木質生物質氣化主要分為兩種工藝類型，一是中國林科院林化所研究開發的以林業生產剩余物為原料的上吸式氣化爐，其氣化效率達 70%以上，最大生產能力達 6.3×106kJ/h（消耗木片量為300kg/h），產生的水煤氣用于集中供熱和居民家庭使用；二是循環流化床氣化爐，其氣化效率達 75%，最大輸出功率約 2900MW，該系統主要是處理木材加工的廢棄物（如木粉等）為工廠內燃機發電提供燃料。

（4）林業生物乙醇：生物乙醇是近年最受關注的石油替代燃料之一。目前糧食淀粉的生物乙醇已基本實現規模化生產，但成本較高。纖維素生物質作為生產燃料乙醇的原料豐富而廉價，利用木質纖維制取燃料乙醇是解決原料來源和降低成本的主要途徑。“八五”期間，我國開始利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術的探索和研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發酵技術，并在“九五”期間進入中間試驗階段；“十五”期間又開展了用木屑為原料稀鹽酸水解制備酒精、水解木質素制備高吸收能活性炭的研究。南京林業大學從 20 世紀 80 年代中期開始對植物纖維生物轉化制取乙醇的基礎理論和應用開發進行了系統研究。隨后，我國開展了生物質原料的高壓蒸汽爆破預處理技術、纖維素酶制備技術、大規模酶降解技術、戊糖己糖同步發酵技術、微生物細胞固定技術、在線雜菌防治技術以及副產品木質素的深加工利用技術等項研究工作，目前這些技術仍處于研發階段。

（5）熱解：我國從 20 世紀 50～60 年代就開始進行木材熱解技術的研究工作。中國林科院林化所在北京光華木材廠建立了一套生產能力為 500kg/h 的木屑熱解工業化生產裝置，在安徽蕪湖木材廠建立了年處理能力達萬噸以上的木材固定床熱解系統。黑龍江鐵力木材干餾廠曾從前蘇聯引進了一套年處理木材10 萬 t的大型木材熱解設備。但以木材為原料來制取化工產品的生產成本高，難以與石化產品競爭，因此研究工作轉向以熱解產品的深加工開發，如活性炭、木醋液等應用研究領域。國內在快速熱解制取液化油的研究開發方面尚未見報道。總之，我國在生物質能源轉換技術的研究開發方面做了許多工作，取得了明顯進步，但與發達國家相比仍然差距甚遠。

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關鍵詞：煤化工 化學工業

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：

1 煤化工的相關概述

1.1 概念

煤化工：是以煤為原料經化學加工轉化成氣體、液體和固體并進一步加工成一系列化工產品的工業過程。

1.2 煤化工的分類

從煤的加工過程分，主要包括干餾(含煉焦和低溫干餾)，氣化，液化和合成化學品等；

從產品上劃分，煤化工包括焦炭、煤焦油等傳統煤化工和煤制油、煤制烯烴和甲醇制二甲醚等新型煤化工；

從加工深度上分，煤化工包括煤的一次化學加工、二次化學加工和深度化學加工。

1.3 煤基替代能源特點

煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烴等產品和石油產品比較，具有明顯的經濟性，和生物質能源比較成本優勢更加明顯。煤基替代能源替代范圍廣泛，可以利用粉煤甚至高硫煤作為原料，原料分布廣泛，價格低廉。采用先進的煤氣化技術制造的替代能源，能降低直接燃燒煤炭帶來的污染，是更優質環保的能源，以煤逐步取代部分石油的戰略趨勢，已成為21 世紀的必然，為了減輕對石油進口的依賴，發展煤化工是我們的必然選擇。

1.3.1 新一代煤化工技術

以煤氣化為龍頭，以一碳化工技術為基礎，合成、制取各種化工產品和燃料油的煤炭潔凈利用技術；與電熱等聯產可以實現煤炭能源效率最高、有效組分最大程度轉化、投資運行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目標。

1.3.2 新型煤化工特點

以清潔能源和石油可替代品為主要產品；煤炭—能源化工一體化；高新技術及優化集成；建設大型企業和產業基地；有效利用煤炭資源；經濟效益最大化；環境友好。

現代煤化工集成化技術—“五代一變”：通過發展煤炭加工、轉化和煤化工，開發煤基醇醚燃料、煤制油、煤層氣等替代能源，實現二甲醚替代液化石油氣和柴油、煤層氣替代天然氣、噴吹煤替代重油、乙炔化工和焦化副產品綜合替代石油化工產品及煤炭通過液化變成油品，從而把煤炭轉化為高效、潔凈的新型能源和石油替代產品。

如表1所示，甲醇摻燒汽油表觀消費量增加，而與原油的價格相比卻有明顯優勢。雖然甲醇摻燒汽油具有一定的操作難度，但市場容量無預期的大。

表1 甲醇摻燒汽油進出口量與原油價格對比

DME直接替代柴油；需要時間；發動機需要改造；加氣站需要改造或重建；需要全國大范圍的推廣。LPG摻燒25%DME；存在現實可能性；外購甲醇生產的DME并無競爭力。

表2 現今使用的幾種燃料油的成本對比

如表2所示，甲醇與LPG在獲得相等熱值的條件下成本較低，因此使“煤變油”具有明顯優勢存在巨大的發展空間，但直接液化產油對煤種要求高，推廣具有難度；間接液化煤變油具有明顯的成本優勢。煤間接液化制得烯烴，具有明顯的成本優勢。

2 我國煤化工產業發展現狀

2.12007年發展狀況

2.1.1 相關政策對煤化工發展仍起主導作用

我國煤化工行業有序發展；煤制油和MTO/MTP示范裝置將在預定時間內建成并試運行

受發改委禁止新建項目將天然氣用于化工用途的影響，煤制甲醇將成為我國甲醇的最主要來源。

2.1.2 神華煤制油裝置建設進展順利

2004年8月開工建設；2007年年底已經完成工程進度的98% ，實現了多項具有里程碑意義的重大技術突破，神華直接煤制油示范裝置將于2008年初投產試車。

2.1.3 醇醚燃料發展迅速

建成投產的甲醇和二甲醚裝置分別達到了幾百萬噸；在建的裝置總規模也達到了千萬噸級；二甲醚的車用也取得了突破性進展。

2.1.4 自主煤化工新技術開始取得領先

即將實現工業化生產的神華煤直接制油技術，開工建設2000噸/年催化劑工廠的大連化物所DMTO技術，出口國外的兗礦-華東理工大學水煤漿氣化技術；2007年12月在云南解化投產的甲醇制汽油技術為代表。

3 煤化工產業存在的問題

3.1 資源和環境存在巨大壓力

3.1.1 煤炭資源

預計2010 年全國甲醇產能達到5000萬t，則需要煤炭資源1億t；而根據現在規劃的煤制油項目規模將超過3000t 以上，按4－5 t 煤制1t 油、3 000 萬t 產能計算，需要1.2億－1.5億t 煤炭。但按照我國煤炭工業“十一五”規劃，到2010 年，全國化工用煤也只有1 億多噸。

3.1.2 水資源

150 萬t/a 油品的間接液化工廠日需原水供應量約為5.5 萬m3；100 萬t/a 油品的直接液化工廠日需原水約2.3 萬m3。

3.2 產品品質面臨挑戰

以PVC 行業為例，煤化工電石法PVC 的市場價格總是石油化工比乙烯法PVC 要低上幾百元甚至上千元每噸。除去成本因素外，由于工藝路線不同導致的電石法PVC 的品質略低也是主要原因。電石法PVC 主要占據管材、型材等中低端領域，而乙烯法PVC則占據透明制品、高檔膜料等高端領域，并且雙方在電纜料、軟板市場展開激烈的競爭。產品品質，成為制約電石法PVC 進軍高端市場的主要原因。

3.3 單個項目建設資金投入多

例如：建設100萬t/a 油品產量的直接液化工廠投資約80億－90億元，同等規模的間接液化工程資金投入約90億－100億元。煤化工聯產系統有利于減少建設資金投入，如50萬t/a 煤直接液化與300萬t/a 煤焦化聯產時，直接液化部分的資金投入大約為35億－40億元。

4 我國煤化工產業發展趨勢

4.1 《煤化工產業中長期發展規劃》出臺及其影響分析

我國煤化工產業發展政策的基本精神：穩步推進產業發展，不斷發展煤化工產業，以緩解石油供應的緊張局面；科學制定發展規劃，促進煤炭區域產銷平衡，鼓勵煤炭資源接續區煤化工產業發展，適度安排供煤區煤化工項目的建設，限制調入區煤化工產業的發展；統籌煤與相關產業的發展，特別是與水資源的協調發展；煤化工業要堅持循環經濟的原則，走大型化、基地化的路子，發展開放式的產業鏈條；安全發展，認真進行安全風險評估；

4.2 將會發展有競爭力的產品領域

傳統產品領域：要對與石油化工路線相比具有比較優勢的煤化工的產品領域大力進行技術改造，并促使企業改制、改組，設法做強做大，增強國際競爭力。 能源替代品：這一部分是煤化工的潛在市場，市場前景廣闊，是發展的重點。未來幾年，中國煤化工的主攻方向是綠色高新精細化工。掌握煤化工某些核心技術如煤氣化技術的企業應積極走出去，利用已有的技術優勢和人才、管理優勢，采用參股、控股等形式與西部煤炭富足地區進行合作，同時與科研院所聯合，尋找有市場潛力的項目，做好前瞻性準備，培育成為公司的拳頭產品。

4.3 堅持走轉變增長方式的道路

從資源流程和對環境影響的角度考察，增長方式存在兩種模式：一種傳統模式，即“資源—產品—廢物”的單向線性過程。經濟增長越快，資源消耗越大，污染排放越多，對資源環境的負面影響越大；另一種是循環經濟模式，即“資源—產品—廢棄物—再生資源”的閉環反饋式循環過程。

參考文獻

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篇10

秸稈氣化技術和農村集中供氣系統是近幾年發展起來的新的技術工藝。該技術工藝是秸稈類生物質在缺氧條件下，經過外部加熱，使生物質中的C、H、O等元素轉變成CO、H2、CH4等可燃氣體，通過管道網絡供給農民。這種技術既改變了農民直接燃燒生物質以獲取能源的傳統方式，又適應了部分農民由于生活水平提高而對高品位燃料的需求。

一、秸稈氣化的基本原理

氣化是指將固體或液體燃料轉化為氣體燃料的熱化學過程。當秸稈類物料燃燒時，需要一定量的O2，如果提供的O2等于或多于這個值，秸稈便可以充分地燃燒，最后的殘余物為灰分。如果提供的O2量很少，秸稈在燃燒過程中便不能全部燒掉，提供的O2越少，沒能燒掉的可燃成分就越多，這些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。4個反應區的氣化過程如下。

1　秸稈的氧化反應

氣化劑(空氣)由氣化爐的底部進入，在經過灰渣層時被加熱。加熱后的氣體進入氣化爐底部的氧化區，同熾熱的炭發生燃燒反應，生成CO2并同時放出熱量。由于是限氧燃燒，O2，的供給不充分，因而不完全燃燒反應同時發生，生成CO，同時也放出熱量。在氧化區，溫度可達1000～1200℃。反應為：

C+O2=CO2+AH　H=408.8kJ

2C+O2=2CO+H　H=246.44kJ

在氧化區進行的均為燃燒反應，并放出熱量，也正是這部分反應熱為還原區的還原反應、物料的裂解和干燥提供了熱源。在氧化區中生成的熱氣體CO和CO2進入氣化爐的還原區，灰則進入下部的灰室中。

2　還原反應

在還原區已沒有O2存在，在氧化反應中生成的CO2在這里同炭及水蒸氣發生還原反應，生成CO和h2。由于還原反應是吸熱反應，還原區的溫度也相應降低，為700～900％。

還原區的主要產物為CO、CO2和h2，這些熱氣體同氧化層生成的部分熱氣體進入上部的裂解區，而沒有反應完的炭則落入氧化區。

3　裂解反應

在氧化區和還原區生成的熱氣體，在上行過程中經過裂解層，同時將秸稈加熱，秸稈受熱后發生裂解反應。在反應中，秸稈中大部分的揮發分從固體中分離出去。由于秸稈的裂解需要大量的熱量，在裂解區溫度降到400～600％。

裂解區的主要產物為炭、h2、水蒸氣、CO、CO2、Ch2、焦油及其它烴類物質(CmHn)等，這些熱氣體繼續上升，進入到干燥區，而炭則進入下面的還原區。

4　秸稈的干燥

氣化爐最上層為干燥區，從上面加入的物料直接進入到干燥區，濕物料在這里同下面3個反應區生成的熱氣體產物進行換熱，使原料中的水分蒸發，該層溫度為100～300℃。干燥層的產物為干物料和水蒸氣，水蒸氣隨著下面的3個反應區的產熱排出氣化爐，而干物料則進入裂解區。

通常把氧化區及還原區合起來稱作氣化區，氣化反應主要在這里進行。裂解區及干燥區則統稱為燃料準備區或燃料預處理區，在這里反應是按照干餾的原理進行的，其載熱體是來自氣化區的熱氣體。

在氣化爐出口，產出氣體成分主要為CO、CO2、h2、Ch2、焦油及少量其它烴類，還有水蒸氣及少量灰分。氣體經過凈化后，便可送入儲氣柜儲存，供居民使用。

二、秸稈氣化的主體組成

氣化爐是秸稈氣化集中供氣系統的核心設備。在秸稈氣化集中供氣系統中大部分采用下吸式固定床氣化爐，主要由內膽、外腔及灰室組成。

進入到氣化爐內的秸稈最初在物料的最上層，即處在干燥區內。由于受外腔里的熱氣體及內膽里熱氣體的熱輻射，水分蒸發了，秸桿變成干物料。隨著物料的消耗，秸桿向下移動進入裂解區。由于裂解區的溫度高，達到了揮發分溢出溫度，因而秸稈開始裂解，揮發分氣體開始產生，干秸稈逐漸分解為炭、揮發分及焦油等。而生成的炭隨著物料的消耗而繼續下移進入氧化區。在氧化區，由裂解區生成的炭與氣化劑中的O2進行燃燒反應生成CO2、CO。沒有在反應中消耗掉的炭繼續下移進入還原區，與裂解區及氧化區生成的CO2，發生還原反應生成CO，炭還與水蒸氣反應生成h2和CO。

氣化過程中空氣的供給是靠系統后端的容積式風機的抽力實現的。大多數的秸稈氣化爐都是在微負壓的條件下運行，進風量可以調節。

從秸稈氣化爐中生成的可燃氣體含有雜質，且溫度太高，并不適合直接送給用戶使用，必須進行凈化。凈化秸稈氣的主要目的是除去灰分、炭顆粒、水分、焦油及冷卻。凈化系統中常用設備為旋風分離除塵器、噴淋塔、液滴分離器和生物質過濾器。

1　旋風分離器

旋風分離除塵器是應用最廣。也是最有效的除塵設備。在秸稈氣化集中供氣系統中采用的是切流式旋風分離除塵器。需凈化的秸稈氣通過連接管沿切線方向進入旋風分離的圓筒部分，懸浮在秸稈氣中的灰分、炭顆粒等粒子靠離心力的作用被拋向器壁。粒子由于與器壁的摩擦而失去其活動力，受重力的作用而落至旋風分離器底部的圓錐部分，從旋風分離器底部的排放孔定期排出。已除塵的秸稈氣通過位于旋風分離器中心線上的排氣管道排出。

氣體的除塵效果與氣體進入旋風分離器內的速度大小有關。秸稈氣的進氣速度太小，除塵效果不明顯：進氣速度太大，會將已沉降的塵粒重新吹起來。適宜的進氣速度是15～20m／s。旋風分離器的直徑越小，氣體的除塵就越完善。在保持氣體最適宜的速度條件下，直徑減小可使氣體的旋轉次數增加。

為了提高除塵效果，實際上常常使用多個旋風分離 器，將它們并聯或串聯。串聯時的除塵效果更好，但卻增大了系統阻力。

2　噴淋塔

很多秸稈氣化集中供氣系統中都使用噴淋塔來凈化秸稈氣。噴淋塔的作用不是單一的而是多樣的，它既可以除塵、除焦油，也可以冷卻秸稈氣。絕大多數的噴淋塔為圓形截面。被冷卻的氣體從下面送入，噴淋水則由上面送入，這樣就形成了水和氣體的相對流動。含雜質氣體在由下至上流動過程中，經過一排排向下噴淋的液滴，液滴可以捕捉氣體中的雜質，并冷卻氣體，從而達到除塵、除焦油并冷卻秸稈氣的目的。

3　文氏管洗滌器

文氏管洗滌器是另一種濕法除塵設備。當含塵氣體通過文氏管時，利用文氏管的收縮管徑。使氣體的流動速度增加。由于氣體流速增加使得文氏管內的壓力降低，從而使管外的液體通過小孔被吸入到管內，同時液體被霧化成細小液滴，吸附塵粒子。霧滴與氣體問的相對速度很高，高壓降文氏管可清除小于1μm的微小顆粒很適于處理粘性粉氣體。一般情況下，氣體經過文氏管加速后，流速應控制在60～120m／s。

4　液滴分離器

大多數情況下，秸稈氣在經過濕法除塵冷卻后。都會帶入一定的水分，所以去除水分也是氣體凈化過程中必須的。通常的除水分設備為液滴分離器，也就是液滴捕集器。氣體在通入液滴分離器后，由于撞到設置在分離器內的不同方向的擋板，而使氣體的流動速度及方向都發生改變。撞擊到擋板上的液滴在重力的作用下下落，從而使液滴從氣體中分離出來。

5　生物質過濾器

生物質過濾器是利用顆粒層過濾原理對氣體進行凈化，它是秸稈氣化集中供氣系統中比較有效的、經濟實用的凈化設備。當秸稈氣通過濾料時，氣體中的雜質、微細炭顆粒、水分、焦油等被過濾器濾料的多孔體表面吸附。在秸稈氣化集中供氣系統中一般采用不同粒度等級的木屑、玉米芯作為濾料，所以稱作生物過濾器。當木屑或玉米芯吸附物達到飽和狀態時，應以新的木屑、玉米芯替換下來，并將舊的作為氣化原料投入氣化爐，這樣可以減少二次污染。

生物質過濾器有以下幾個特點：(1)除塵效率高，總除塵效率一般為98％～99.9％；(2)適應性廣；(3)處理氣體量、氣體溫度和入口含塵濃度等的波動對除塵效率的影響較小；(4)濾料來源廣、價格便宜，而且不用水，設備阻力中等。

在秸稈氣化系統中所采用的生物質過濾器通常為固定床多層過濾器，有水平床層和垂直床層2種。

6　羅茨風機

羅茨風機是燃氣工程中最常用的燃氣加壓設備。它在殼體中有一對“8”字形的轉子，運行時一個轉子順時針旋轉，另一個轉子逆時針旋轉。這種旋轉運動使轉子與壁面之間包圍的空間體積產生周期性變化。從而對其間的氣體產生壓縮。提高了燃氣壓力。

如果忽略氣體沿轉子之間和轉子與壁面之間的間隙回流。羅茨風機可以看成是容積式輸送機，即氣體流量受壓力影響很小，可以保持燃氣發生系統的穩定運行。

7　儲氣柜

儲氣柜是燃氣輸配系統中的關鍵設備，它的作用是：(1)儲存部分燃氣，用以補償用氣負荷的變化，保證燃氣發生系統的平穩運行。集中供氣系統的用氣高峰集中在一日三餐的炊事時間，平時只有零星用氣。儲氣柜在非用氣高峰時儲存部分燃氣，而在用氣高峰時放出來以補充氣化機組不能及時供應的部分燃氣量。(2)為燃氣管網提供一個恒定的輸配壓力，保證燃氣輸配均衡，使管網內所有的燃氣灶都能按照額定的壓力正常燃燒。

燃氣輸配系統中常用的儲氣柜有2類：低壓濕式儲氣柜和低壓干式儲氣柜。

8　輸氣管網

輸氣管網分室外和室內2個部分。煤氣輸送外網可采用水煤氣鋼管和PE管2種。前者造價低，后者造價雖高，但壽命長。戶內使用鍍鋅管，并配有煤氣表。輸氣管網應按國家有關規定進行管徑計算和管路施工。

三、系統在操作、運行和管理中應注意的問題

1　正確選擇技術類型及主要設備

系統在使用前須詳細正確地分析本地的實際條件。根據具體實際情況和現有條件，選擇相應的設備和技術類型，這樣才能正確有效地發揮秸稈氣化技術。如果設備或技術類型選擇不當，輕者系統運行不暢、故障頻繁、維修費用增高、達不到投資預期目的，重者整個系統無法運行、設備損壞，甚至還有安全隱患。

2　嚴格控制秸稈氣的質量

秸稈氣化產出氣體的質量是保證應用系統正常運行的前提。操作人員應嚴格遵守設計單位出具的技術說明、操作規程和維護保養條例，按規定操作運行，從而保證生產的正常運行，能得到高質量、合格的氣體。

3　保證安全生產

秸稈氣易燃、易爆、有毒，而且原料也是可燃的，因此增強有關人員的安全意識是非常必要的。首先，從設計上就必須按照國家有關防火防爆規定進行設計；其次，在設備的制造安裝過程中也必須遵照國家的規定，儲氣柜的制造安裝及輸氣管網的安裝都必須由國家有關部門認可的有資質的單位來執行的；系統的生產和運行也必須符合國家有關規定。

4　提高人員素質

在農村使用此類技術，要注意安全使用常識的宣傳。管理人員和操作人員應了解有關基本知識，并掌握所用技術的基本原理，并能夠對設備故障作簡單的處理。否則，也會造成重大事故。