您的位置:中国科技新闻网 > 发明专利 > 余式正 生物质新能源与煤制气的新技术
余式正 生物质新能源与煤制气的新技术
发表时间 2018-04-09 14:40 来源 网络

  ━━垃圾干馏焚烧炉的扩展应用

  发明专利ZL 200510085232.2,201210242049.9,

  201410393458.8和实用新型专利 201420451889.0

  国际发明专利国际申请号:PCT/CN2015/085006

  一、既处理垃圾还可再扩展应用

  最近中国禁止国外的"洋垃圾"进口,在国外引起强烈的反响。因为这些“洋垃圾”含有大量的废塑料,焚烧就会产生二恶英,需要投入巨大的资金,还会污染环境。过去它们被随意倾倒到太平洋,形成了两个著名的“太平洋垃圾大板块”。


太平洋垃圾大板块

  后来大量出口到中国,既赚了大钱,又把环境污染转移到了中国,我们当然说不!我国也有含塑料的垃圾,也需要处理。

  我们第三代垃圾干馏焚烧炉最重要的特点就是干馏。垃圾干馏不产生二噁英,所以是消除塑料白色污染的利器。有人说,20世纪最坏的发明是塑料,它给人类带来可怕的白色污染,很长时间也不降解。国家曾经下达了“禁塑令”,然而禁而不止,没有收到实际效果。正确做法应该是找到含塑料垃圾的处理利用方法,变废为宝。于是,第三代垃圾干馏焚烧炉就有用武之地。

  其次,能源是国家的经济命脉、战略物资。基辛格说:“谁控制了石油谁就控制所有的国家”。过去的两次世界大战以后,美苏两个超级大国又延续40多年的石油战争。战争使人们意识到新能源的重要,于是纷纷开发新能源。

  美国用玉米制造乙醇作为汽车的动力;巴西用甘蔗生产乙醇替代了国内50%的汽油。欧洲缺少石油,采用非粮生物质生产沼气,瑞典声称,到2020年将成为世界上第一个不依赖石油的国家。日本、法国、韩国大力发展核能。

  随着工业的快速发展,我国成了能源的最大消费国。因此曾经大力发展风力发电和光伏发电,现如今风电几乎是销声匿迹,光伏也在艰难前行,尚德光伏破产,顺风光伏接盘就是例证。那么我国应该发展什么新能源呢?我们认为,新能源应该具备下列四个条件:1、资源巨大丰富;2、生产成本低,生产工艺简单;3、能大规模生产;4、可持续发展、保持温室气体的零增长。由此观之,应该发展非粮生物质新能源。

  欧洲采用非粮生物质制沼气。我国过去也采用生物质制沼气,规模小、效率低,时间长、占地大是不可克服的技术瓶颈!第三代垃圾干馏焚烧炉的发明,连垃圾都可以变成燃气,就为生物质制气开辟了新的途径。

  第三,我国煤多、缺油、少气。在相当长的时间内,能源还离不开煤炭。于是燃煤的清洁、高效利用就必不可少。燃煤清洁、高效利用就是煤制气,过去为了治理雾霾天气,人们以寄希望于煤制天然气,试验结果煤制天然气原来是高耗水、高排放、高污染、高能耗、高成本的技术;还引进国外气流床制气,实现IGCC发电,也发现国外气流床采用高温、高压制气技术并不完全成熟,我国沦为外国的试验场,比国内的超超临界发电好处不大;煤制气的另一种方法是两段式煤气焚烧炉虽然技术成熟,但规模太小无法在煤化工和IGCC发电使用。所以燃煤的清洁、高效利用尚待开发。

  第三代干馏焚烧炉借鉴与两段式煤气发生炉,已经突破大型化的技术瓶颈,完全可以反过来改进煤气发生炉,在煤制气方面也能发挥作用。

  二、擅于处理含塑料垃圾

  1、面对二噁英的不同处理方法有人总以为国外的洋技术比中国先进,其实也不尽然。就垃圾处理而言,意大利就常常闹垃圾危机,莫斯科也闹垃圾危机。因为垃圾中含有塑料,焚烧起来不可避免会产生二噁英,难以治理。国外的治理方法是在二噁英产生以后再采取治理措施:一是高温分解,要求垃圾烧到850℃以上。垃圾直接焚烧不容易做到,为此日本有采用纯氧实现熔融燃烧,但成本过高;其次,即使二噁英被分解了,在温度降低到350℃左右时还会再度复合生成二噁英。


意大利的垃圾危机

  我们第三代干馏焚烧炉采取的措施是控制生成二噁英的必要条件。生成二噁英需要两个必要条件:有氯存在和发生氧化反应。原生垃圾有氯存在就让垃圾在隔绝空气的状态下干馏分解,不发生氧化反应就不产生二噁英,把二噁英消灭在产生以前,所以也不会再有复合,才能真正地消灭二噁英产生。

  禁止“洋垃圾”进口,也曝露国外技术落后。我们可以利用第三代垃圾干馏焚烧炉处理我们的含有塑料的垃圾,实现雾霾治理的环保攻坚战。

  2、擅于处理含塑料和医疗垃圾

  我国网购盛行,需要大量的包装箱,所以也从日本进口一些废纸垃圾,用作包装材料;另外我国还有大量的塑料制品,使用以后成为垃圾。例如塑料袋、塑料瓶以及电子产品的机壳废料等等。采用一般的垃圾焚烧炉焚烧,就不可避免会产生二噁英,形成环境的严重污染。

  其实垃圾还有塑料垃圾热值高,正好利用垃圾的热力资源多发电。垃圾干馏炉不产生二噁英,含有塑料的正是干馏焚烧的好原料,我们正在建设样板工程,成功以后就可以解决国内的处理问题,同时还可以出口设备,帮助国外解决含塑料垃圾处理问题,造福世界子孙后代,还可以获取经济效益。

  又如医疗垃圾也还要大量的塑料,过去焚烧也不免会产生二噁英。采用干馏

  焚烧炉就可以避免产生二噁英,并且医疗垃圾的处理费每吨3000元,利润相当可

  观。还有相关的工业废料,都可以利用干馏焚烧炉来进行处理。

  三、干馏 生物质能源新的技术

  1、生物质制沼气无法克服的技术瓶颈

  我国生物质新能源起步较晚,最初学习美国用玉米生产燃料乙醇,但以玉米等粮食作物为原料生产燃料乙醇,造成“能源与人、畜争食”的矛盾。2006年国家《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理,促进产业健康发展的通知》鼓励建设木薯、甘薯、甜高粱种植基地,对以玉米和小麦为原料的燃料乙醇项目暂停核准。2015年国家发改委与农业部联合印发了《2015年农村沼气工程转型升级工作方案》,明确提出了沼气转型升级要求,并支持日产生物天然气1万立方米以上的工程试点。发展沼气成为国家的国策。 沼气的成分

  然而,即使采用非粮生物质生产沼气,解决“能源与人、畜争食”的矛盾,沼气生产本身规模小、产量低,时间长、有废渣废液的特点,是生产沼气的技术瓶颈,而我国对能源的需求巨大,显然满足不了要求。而更让人难以接受的是沼气中含有25-50的CO2,不仅是极大的资源浪费,而且是温室气体,暂时封存也不是办法,所以,生产沼气遇到不可克服的技术瓶颈。

  2、热解气化的兴起

  热解技术在上个世纪已经在垃圾处理领域得到了广泛应用,成为第二代垃圾焚烧技术,同时也用于秸秆等生物质制气发电清洁利用,有些生物质还可以获得活性炭副产品。

  生物质的热解气化,就是让一部分生物质燃烧,提供热解的热量,大部分生物质受热、分解,热解的结果产生可燃气体和碳化物残渣,有称为生物碳,有的可以做活性炭,另作利用。

  生物质热解气化的优点是气化的时间短,所以效率大大提高;其次是控制空气的过量系数,可以减少燃气中CO2的含量,减少烟气净化设备的规模及运行费用;

  据清华大学环境学院王凯军教授认为:现在热解气化已经被认为是固废处理第三代处理技术,也是清洁焚烧技术,应用于许多方面。所以他认为:“热解技术将在固废处理各领域大有可为。未来谁掌握了热解技术,谁就拥有了先导权与话语权”。

  不过,过去国内许多生物质发电厂家都陷入亏本的状态。于是把原因归结于国家的补贴不到位:“光伏发电的新能源补贴价格是0.42元/度,而沼气发电的补贴只有0.25元/度;光伏发电按实际发电量给予补贴,而沼气发电只有上网才享受补贴,前者能充分享受国家上网电价差额政策,后者只有自发自用后,盈余部分上网才享受补贴;光伏发电自发自用电量免收可再生资源电价附加、国家重大水利工程建设基金、大中型水库移民后期扶持基金、农网还贷基金等政务性基金,包括分布式沼气发电在内的其他分布式电源则不享受这个政策,照征不误。目前沼气发电并网收购价0.646元/度,而农业用电价格0.496元/度,两者相差0.15元/度。

  说明热解仍有不足,技术上还需更进一步。

  3、热解气化与干馏制气不同

  我们第三代垃圾干馏焚烧炉与生物质的热解气化不同。首先,它不是燃烧生物质,而是在隔绝空气的状态下,使全部生物质分解成可燃气体和碳化物残渣,所以生物质转化成燃气的效率提高;其次,我们是燃烧碳化物,为生物质干馏分解提供热量,碳化物燃烧产生的CO2被还原为CO利用,生物质几乎全部转化成燃气,转化效率大约提高一倍以上,发电量也将成倍增加,经济效益改善,并且无需考虑消纳生物碳的市场问题;第三,燃气中产生的CO2少,不浪费资源;第四,生物质干馏气化过程完全是封闭的,没有烟气排放,不污染环境;第五、工艺简单、能够大规模生产,日产燃气几百亿立方没有任何困难;第六、生物质处理与垃圾处理可以兼容,即使存在塑料之类的原生垃圾,也不产生二噁英,能够无污染处理。

  由此可见,热解气化比生物质制沼气把生物质转化为能源的技术往前推进了一步,因此,今后采用干馏制气有可能成为生物质制气的主流,除了用它处理垃圾、处理秸秆和各种农业废弃物、林业废弃物以外,还可以形成可再生,可持续发展和温室气体零增长的新能源!只要我们从政策方面加以支持,建设速生林、速生草原材料生产基地,我们就可以生产出清洁、廉价安全的新能源,干馏气化的技术就成为生物质能技术的新技术!

  四、燃煤如何清洁、高效利用

  1、煤制天然气的经验教训

  我国煤多、缺油、少气,在相当长的时间内,燃煤还不能不用,因此燃煤的清洁、高效利用将是回避不了的问题。2013年为了治理雾霾天气,我们曾经掀起一阵煤制天然气的热潮。煤制天然气的工艺是先用煤、纯氧和水蒸气在鲁奇炉中生成粗煤气,然后利用燃烧粗煤气,把水蒸气还原,生成CO2和H2,最后在触媒的作用下利用粗煤气和氢气合成甲烷,就是人造天然气。在整个工艺过程中需要消耗大量的水;在鲁奇炉中伴随着产生CO2,在生成氢气的时候也生成大量的CO2,在鲁奇炉中还生成含有许多有害物质的“黑水”。原来,煤制天然气是高耗水、高CO2排放、高污染、高能耗、高成本的技术。

  2、引进国外气流床制气付出的代价

  1978年后我国先后从国外引进各种气流床煤气化技术。气流床煤气化就是让

  气化剂(水蒸气与纯氧)夹带粉煤或水煤浆送入气化炉进行并流气化。主要用于大型IGCC发电和化肥生产。但是技术还不成熟,需要克服许多技术问题。例如:

  ⑴、随煤气夹带出炉的飞灰中含有未反应完的碳,为了完成反应,必须维持

  很高的反应温度.所以常常采用纯氧作为气化剂,气化温度高达1500℃,灰渣以熔融状态排出;虽然液体熔渣含碳量低,排渣结构简单,排渣顺利,但是炉壁衬里受高温熔渣流动侵蚀,易于损坏,影响寿命。

  ⑵、为了达到1500℃左右的气化温度,氧气耗量较大,影响经济性。

  ⑶、出炉煤气温度很高,显热损失大。

  ⑷、不含甲烷CH4,热值不高。

  因此,在IGCC发电方面并不比超超临界发电有优越性,没能推广开来。反而因为我国气流床气化技术重复引进严重,已使我国成为国外气流床气化技术的“试验场”,世界上只有我国使用如此众多种类的气流床气化技术,而且技术也并不都是完善的,许多盲目和不成熟技术的引进令我国付出了惨重的代价。

  3、两段式煤气焚烧炉的不足

  另一种煤制气技术是从上世纪80年代引进了两段式煤气发生炉技术。两段式煤气发生炉以40-60mm的烟煤为原料,煤在煤气发生炉上段进行干馏,产生干馏煤气和半焦,干馏煤气收集利用,半焦进入两段炉的下段进行气化反应,生成气化煤气。煤的干馏和气化集中在同一气化炉内完成,生成的干馏煤气和气化煤气经优化配置后分别进行除尘、除油、冷却、脱硫等工艺处理后,洁净煤气经加压输送系统供给工业窑炉作为燃料使用。

  两段式段煤气发生炉的不足之处是:

  (1)、对煤质和颗度有一定要求,应用煤种范围较窄。

  (2)、煤气中含有焦油、酚和灰尘,容易堵塞管路并影响燃烧,危害环境。

  (3)、热效率低和产气率低,规模小不适应IGCC发电的需求。

  (4)、还有许多需要进行技术升级和更新。

  直到现在燃煤如何清洁高效利用还没有更好的办法。

  4、两段式煤气焚烧炉更新换代将是煤制气可行的出路

  诚然,燃煤的清洁、高效利用的方向是煤制气。科技部已经从国家战略高度,部署推进了我国生物燃气产业的发展。展望今后的能源需求,预计到2030年,中国天然气需求量将从现在不到2000 亿立方米达到4000亿立方米。除国内生产和进口外,天然气缺口将达到2000亿立方米。科技部长万钢曾提出如下国家能源战略设想,即其中1500亿立方米的需求量可以通过煤制气来解决,剩下500亿立方米将由生物燃气弥补。可见煤制气对于我国能源安全的重要性。

  第三代垃圾干馏焚烧炉借鉴于两段式煤气发生炉,进行了许多改进,特别是突破了大型化技术突破,负压燃烧的使用、排气结构、出渣结构的改进等新技术的应用于,都可以借鉴到两段式煤气发生炉来,就为今后两段式煤气发生炉在煤制

  气的应用开辟了一条新路。

  我们现在烧煤,需要把燃煤从煤矿运输到各个用户,吨煤的价值其实不高,据说在新疆也就是一百多元,而运抵用户手里却变成几百元,这是多么不合理的现象,今后如果建成新型的坑口发电厂,把清洁的电能送到各个用户,用户用到清洁的电能,既节省了运费,又不产生PM2.5的污染,将是大家的期盼。

  五、尾声

  第三代干馏焚烧炉的研发仅仅是开始,它的终极目标是治理雾霾天气。雾霾天气如何治理?我们认为,需要贯彻如下的几项原则:

  1、从源头治理的原则;

  2、使用清洁能源或者能源清洁化的原则;

  3、实现充分燃烧的原则,这就需要推广富氧燃烧。当前富氧空气的制备成本太高,我们将致力于降低成本,才有可能推广;

  4、大力推行节能减排的各项措施。例如现在的集中供热,就存在着30-40%的能源浪费,相当于每年浪费好几亿吨的燃煤而大家却熟视无睹,今后还原花大钱购买碳排放权,我们不能无动于衷。

  如此目标任重道远,我们希望和有相同意向的个人、公司开展合作;更希望得到国家的支持。