北京市科技计划课题实施方案(定稿)-20091125

课题编号：密级：北京市科技计划课题实施方案（讨论稿）课题名称：秸秆气化过程中焦油处理工艺研究所属项目名称：生物质资源在新农村应用中瓶颈技术研究与示范所属领域：新能源与可再生能源课题承担单位：北京金伟晖公司工程技术有限责任公司项目主持单位：北京市可持续发展科技促进中心市科委主管处室：社会发展处起止年限：2010年1月－2011年12月北京市科学技术委员会制二〇〇九年十一月2课题承担单位基本信息单位名称北京金伟晖工程技术有限公司法人代码X0038738-0隶属关系北京市上级主管单位名称单位类型企业企业注册经济类型有限责任单位地址北京市海淀区学清路38号金码大厦B座1805室邮政编码100083所属区县海淀单位传真[phone]电子邮箱[e-mail]高新证书号GR200811000995所在高技术开发区中关村单位负责人丁冉峰联系方式82838989单位科技管理部门负责人丁冉峰联系方式82838989课题负责人丁冉峰联系方式82838989财务负责人刘常青联系方式82838989联系人耿小强联系方式82838989－8203市科委认定研发机构批准号课题基本信息课题所属学科新能源课题服务的行业生物质能课题所处阶段类型课题采用主要技术的来源成果预期表达形式技术创新类型34编写说明1.本方案适用于北京市科委立项、市科技经费支持的科技计划课题，由课题承担单位依据《北京市科技计划项目管理办法》提出，经论证后由市科委确定。2.本方案需按照市科委统一提供的用户名和密码，登陆“北京市科委在线服务平台”（网址：egov.bsti.ac.cn）填写，字体统一用宋体小四；确认所填信息正确、完整并经课题负责人检查无误后，提交市科委审核并网上提交确认后，在线进行打印（用A4纸），用A4幅面纸复印，用普通订书钉装订。打印后的课题实施方案不得再行修改。3.“课题编号”和“课题所属项目”由市科委确定。“密级”由课题承担单位根据国家有关保密工作规定提出，项目主持单位审核，市科委确定。“密级”一经确定必须严格按照该级别“密级”文件管理规定执行。4.本方案表中所有栏目均需填写，凡无内容填写的栏目，请用“/”或“无”表示。第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写。5．本方案各项内容填写应当实事求是，尊重他人知识产权，遵守国家有关知识产权法规。对于伪造、篡改科学数据，抄袭他人著作、论文或者剽窃他人科研成果等科研不端行为，一经查实，将记入信用记录。6.课题经费预算要按照《北京市科技计划项目（课题）经费管理办法》编写，对于虚假编制等违规行为，一经查实，将记入信用记录。7.本方案正本一式五份（市科委三份，主持单位一份，承担单位一份），由课题承担单位负责人和课题负责人亲笔签署意见，经项目主持单位审查后，报送市科委(地址：北京市西城区西直门南大街16号，邮政编码：100035)。8.编写内容可参考各项栏目括号内的说明(本方案正本应删除说明内容)。5一、课题的目的、意义及必要性能源一直是困扰世界各国经济和社会发展的重要因素。随着石油资源的日益枯竭，生物质能源将成为21世纪主要的新能源之一。我国的生物质能极为丰富，以秸秆资源为例，预计到2010年，我国主要农作物秸秆产量将达到7.8亿吨；预计到2015年，我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右，其中约一半可作为生物质能的原料。秸秆等生物质燃料一直并将继续成为农村炊事的主要能源，现在的秸秆燃气是传统生物质燃料利用的延续与变革，清洁、高效、经济，深受广大农民欢迎。农村生物燃气的利用不仅实现了秸秆等能作物残留物的就地消化，减少污染，又节约用煤，实现资源综合利用。生物燃气是环保、节能、可持续发展的能源利用和供给方式，因此，发展农村生物质能源是中国农村发展长期战略的重要组成部分，中国政府对可再生能源的开发利用高度重视，中国利用亚行贷款中国农村能源生态建设项目以及地方政府的秸秆气化等项目支持了农村生物质能源发展。生物质燃气是推广农村生物质能发展的良好的切入点。生物气化集中供气系统可以改变农民传统的烧柴、燃煤、燃气(部分)结构，减少能源用量，节约能源；可以降低柴草用量（生物质气化集中供气系统每户的秸秆用量是直接燃烧柴草做饭的二十分之一），减少薪柴砍伐，且无烟尘排放，保护生态环境；可以减少柴草堆放，改善村容村貌；可以实现“两人烧火，全村做饭”，改善农民生产、生活条件，缩小城乡差别；可以降低燃料的费用支出，减轻农民负担（以3口人之家计算，应用生物质燃气平均每月用60立方，每立方0.3元，全年为216元；用液化气平均每月用1罐，每罐80元，全年960元；用蜂窝煤每月120块，每块0.6元，全年864元；用秸秆、柴草直燃，每月750公斤，每公斤0.15元，全年1350元）。近年来，北京市委、市政府也对生物质能技术在北京郊区发展非常重视并给予了很大投入，把农村生物质能利用作为新农村建设的重点工作，北京开展生物质资源利用的工作走在全国前列，促进了京郊生物质能产业的发展。特别是自2006年起，在京郊实施的“让农村亮起来”、“让农户暖起来”、“让农业资源循环起来”工程（简称“三起来”工程）中，生物质能产业更是迎来了加速发展期。《北京市“十一五”时期能源发展及节能规划》指出，到2010年，新建固体生物质发电12万kW，发展农村户用高效生物质颗粒燃料10万t。据统计，北京市园林绿化建设废弃生物质资源量约200万t，若全部利用，可替代130万t标准煤或60万t原油；年产各类农作物秸秆6约80万t，相当于40万t标准煤。另外，北京市果树种植面积达7.5万公顷，以桃、苹果、柿子等为主，每年剪裁树枝和果树剪枝约100万t。由此可见，北京市的农林生物质资源相当丰富。但是目前，除了少量生物质用于农民生活燃料外，基本上都废弃或焚烧了，既浪费了资源又污染了环境，亟待开发适应于首都北京资源及其分布特点的生物质能利用技术与装备。截至目前，北京市生物质资源可利用量约880万吨，其中农作物秸秆、农产品加工剩余物、果树修枝、城市木质剩余物分别为65.17、16.27、23.78、40.39万吨。全市共示范推广生物质气化集中供气工程97个；生物质炊事炉45960台和采暖炉7446台；生物质固体成型燃料加工厂19个。据调查测算，三年间仅推广的生物质气化站可产燃气5000万m3以上，可供6.25万户农民常年使用。在市政府的大力支持下，北京农村生物质能产业发展初具规模。但另一方面，受制于推广过程中存在的技术、经济等因素的制约，大量农村生物质利用工程往往处于带病运行甚至被迫停运。据有关部门统计，截至目前，北京市已在京郊推广大中型生物质气化工程227处，其中秸秆气化139处，可为超过4万户农户提供方便清洁的燃气。但是生物质燃气作为一项新技术，推广和应用还存在一些问题，导致目前秸秆气化集中供气工程在用的仅有78处，正常使用率仅为60%，严重影响了农村生物质能的应用和生物质能产业的持续健康发展，抓住瓶颈技术问题，科技攻关，突破难点，才能进一步推进生物质能在新农村中的广泛应用。北京市在秸秆气化新技术的研究与应用方面是一个空白。京郊农村秸秆气化系统多采用外省市科研单位研发的技术及设备。这与北京市全国科技、文化中心的地位不相称。新型秸秆气化技术在北京市的率先利用，不仅解决了京郊广大用户日常生产生活的问题，同时可以以此为契机，进一步发展北京市的秸秆气化产业。同时，北京市秸秆气化新技术在全国的示范作用，必然为秸秆气化新技术在全国的广泛应用产生巨大作用。以2011年全国秸秆产量7亿吨计，如果按照其中的50%的秸秆气化，假如设备的处理量为5000吨，那么全国需要7万套设备。以每套设备150万元计，全国的秸秆气化设备市场为1000多亿元。如果北京市在秸秆气化技术及市场中占40%，则本项目的研究可以为北京市贡献400亿的产值。因此，通过对秸秆气化过程中焦油处理工艺进行研究，建立秸秆气化重点实验室及企业技术中心，进而推动秸秆气化工艺及设备技术进步，迫在眉捷，很有必要。另外，当前，能源供应紧张，特别是天燃气供应趋紧，导致全国局部发生“气荒”。7生物质热解气化技术可以在一定程度上替代天燃气的供应，缓解气荒现象。对于新农村建设提供能源上的保障。综上所述，生物质热解气化技术正朝着提高气体热值，降低焦油含量的趋势发展。我国秸杆资源丰富，本课题对充分利用这些资源、缓解能源紧张、提高能源品位、改善环境质量、提高人民生活水平等诸多方面具有重要意义。二、课题相关行业、领域国内外研究发展现状、趋势以及本单位在相关领域的工作基础秸秆气化属于生物质新能源产业。在发达国家，生物质作为能源的利用，多采用高投入、高产出的方式，建设大型的生物质能转化工程，将传统的生物质能转化为现代能源利用。例如，美国在1992年就大约有1000个利用木材气化的发电厂，运行装机650万千瓦，年发电42亿千瓦时，发电成本4-6美分每千瓦时，每千瓦投资2000-3000美元，美国加州电力供应的40%来源于生物质发电，目前，生物质动力工业在美国已成为仅次于水电的第二大可再生能源。生物质转化为现代能源的利用在美国、瑞典和奥地利的基本能源消费中已分别占到40%、16%和10%。在欧盟国家中，开发利用的所有新能源和可再生能源(包括水电在内)中生物质能源已占总和的59.6%。国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，以发电和供热为主，如，加拿大摩尔公司(MooreCanadaLtd)设计和发展的固定床湿式上行式气化装置、加拿大通用燃料气化装置有限公司(OmnifuelGasificationSystemLimitred)设计制造的流化床气化装置、美国标准固体燃料公司(StandardSolidFuelsInc)设计制造的炭化气化木煤气发生系统、德国茵贝尔特能源公司(ImbertEnergietechnikGMBH)设计制造的下行式气化炉-内燃机发电机组系统等等，气化效率可达60%-90%，可燃气热值为1.7-2.5×104kJ/m3。目前，在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。美国近年来在生物质热解气化技术方面有所突破，研制出了生物质综合气化装置-燃气轮机发电系统成套设备，为大规模发电提供了样板。近十多年来,欧盟开展了将木料气化合成甲醇的研究工作。在1986年前建成的4个示范工厂规模为4.8～12t/d，气化炉均为流化床气化炉，用氧气或水蒸气作气化剂,产出中热值可燃气,滤出杂质和焦油后,再脱除CO2，N2，CH4以及其它碳氢化合物，然后在一定压力下，使CO和H2O反应生成H2，将CO和H2按1：2的比例混合导入合成反应器,加入催化剂，合成甲醇。德国已广泛使用含1%～3%甲醇的混合汽油，内燃机结构无须做大的改动，其输出功率近似于燃用纯汽油的内燃机的输出功率。生物质气化合成甲8醇的技术目前已达到了投产的水平，但其产品的经济性尚不能与石油化工和煤化工相竞争。在芬兰凯米诺奥埃地区有个奥留化肥厂，它原以重油为原料生产化肥。1988年春天，此厂被改造成世界上第一个以泥炭为原料，采用气化合成氨的方法来生产化肥的厂家。其工艺是将含水量为40%左右的泥炭粉碎后，再干燥至含水量为15%左右，喂入加压流化床气化炉中。气化剂采用氧气和水蒸气的混合气体，反应温度为750～950℃，泥炭喂入量为23t/h，气化每吨泥炭需290m3氧气和160kg水蒸气。气化得到的气体组分为:CO-35%，H2-32%，CH4-6%～8%，CO2-22%。每吨泥炭产出的气体经净化后可得到925m3的CO与H2的混合气，再此气体与N2合成氨，进而生产出农用化肥。该厂还用泥炭与木屑的混合物作原料进行过试验，也获得了成功。从80年代初，我国也开展了农林废弃物的生物质气化研究。经过20多年努力，诸多高校和科研机构在研制生物质气化技术和装置方面已取得重大突破：生物质气化技术日趋完善；我国自行研制的集中供气和户用气化炉产品已进入实用化试验及示范阶段，形成了多个系列的炉型，可满足多种物料的气化要求，在生产、生活用能、发电、干燥、供暖等领域得到利用。其