PDF《生物质能的利用和能源植物的开发》

113 生物柴油 (B iodiesel) 柴油作为一种重要的石油链炼制产品 ,在各国燃料结构中占有较高的份额 ,开发生物柴油替代石化柴 油已成为新能源开发的重要途径之一. 生物柴油可以由植物油脂通过酯交换反应来制备 ,可作为燃料直接 应用于大多数的柴油引擎中 ,燃烧特性方面优于石化柴油 ,具有突出的环境友好性和可再生性 ,燃点高 ,生产、 使用、 贮运过程安全性好 [

2 ] . 目前 ,在生产技术方面 ,围绕着提高转化产率、 降低生产成本已开发出众多新型的转化技术 ,并逐步走 向成熟. 如利用氧钒磷酸盐作为催化剂 ,可快速完成甘油三酯和甲醇的酯基转移反应 , 180℃ 下催化反应

30 m in,转化率就可达到 80%以上 ,且催化剂可以通过简单的煅烧得到再生. 在醇油体系下 ,超声催化技术 也可在 10~20 m in时间内完成 90%以上的酯基转移 [ 3,

4 ] . 在甲醇超临界体系中 ( supercritical methanol, SCM) ,不使用任何催化剂就可以完成酯基转移 ,但需要高温 (525~675 K)、 高压 (30~60MPa) [

5 ] ,相比而 言 ,脂肪酶的生物催化就较为温和. 由于各种油料植物所提供脂肪酸在碳链组成和比例方面各不相同 ,对 酯化技术上要求不同 ,产品性质差异也较大 ,在开发应用方面 ,既需要考虑经济成本上的可操作性 ,也要考 虑到普遍推广上的可能性 [

6 ] . 植物体的贮能物质除了木质纤维素、 淀粉、 脂肪等大分子物质外 ,部分高等植物中 ,还能够合成高还原 态的次生代谢物质 ,这类成分在结构和组成上更接近于石油成分 ,经简单的加工和转化 ,可以作为生物柴 ―

9 6 ― 张卫明 ,等 :生物质能的利用和能源植物的开发 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 油使用. 该类植物常被称为 石油植物 . 代表性的植物品种如续随子、 西蒙得木、 绿玉树等 ,其引种栽培、 快繁育种、 产后加工等研究正成为目前能源植物资源研究中的热点.

114 裂解产物 ( Ther malcracking Product) 除了向二碳架构转化的利用方式外 ,植物质资源向能源转换还有气化和热裂解方式等. 植物质的气化 技术包括甲烷的生产和高温气化技术 ,前者是有机质向碳一化合物转化的主要形式. 热裂解是在缺氧或限 制性供氧情况下 ,对有机质进行高温分解 ,产生可利用的油和气 ,常规裂解仅能产生 10% ~20%的生物 油 ,近年来发展出的快速热解技术能够产生原料重量的 40% ~60%的生物油. 由于产物组分复杂 ,仅能作 为燃料利用. 目前 ,国内外有关研究机构期望通过强化对热解过程的控制和发展产物后续分离炼制技术 , 产生可应用于石油化工领域的石化原料 [ 7,

8 ] . 木质素是结构复杂、 稳定、 多样的无定形三维体型大分子 ,是植物的主要成分之一 ,占植物细胞化学组 成的 15% ~30%. 在自然界中 ,降解缓慢 ,成为地球生物圈中碳循环的障碍. 木质素的降解产物不适合作 为燃料乙醇的生产原料 ,但其裂解产物可直接作为能源物质 ,从而起到一种较好的补充和替代. 此外 ,木质 纤维素还可以通过燃烧直接进行热力发电.

2 能源植物类别和资源发展情况

211 能源植物的主要类别 植物质能源要大规模地替代化石能源应用于国民经济行业还必须解决原料的生产和转化的成本等突 出问题. 从原料来源角度 ,一些光能转化迅速、 后续加工环节少、 开发成本廉价的植物种类应该成为研究开 发的首选目标 ,该类植物资源可纳入到能源植物资源加以研究. 能源植物通常是指质能合成较快、 产能较高或者能够大量合成与石油成分相近的较高还原态物质的 植物. 能源植物主要包括三类 :一是高产生物质植物 (High - biomass plant) ,质能合成较快、 生物质总产量 高的植物 ,可通过燃烧发电或裂解进行质能转换 ,代表性的物种有柳、 杨、 芒草 ;