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三、生物质能技术(17)1、非粮燃料乙醇生产成套技术单位天津大学项目联系人张敏华职称/职位教授/博导联系方式022-27406119项目简介将燃料乙醇与汽油按一定比例混配制成汽油醇，即车用乙醇汽油，汽油的辛烷值明显提高，汽车尾气中有害气体排放明显降低，可部分替代石油。在美国、巴西、欧盟等国家和地区生物燃料乙醇生产都已形成新的能源产业，我国已建立5家燃料乙醇生产装置，车用乙醇汽油在10省市全面推广使用。2007年，世界生物燃料乙醇产量接近4000万吨。该项目为国家科技攻关项目。在本项目之前，我国不掌握燃料乙醇生产关键技术及装备，该项目的完成突破了制约我国燃料乙醇产业发展的关键技术,在技术创新上实现跨越式发展,形成具有自主知识产权的达到国际先进水平的燃料乙醇成套生产技术。2001年，建成了我国第一套以玉米为原料的华润年产10万吨燃料乙醇生产示范装置；2007年，建成广西中粮国家年产20万吨非粮木薯燃料乙醇工业示范工程；2007年9月，完成了中粮生化能源公司纤维素酒精精馏中试装置的技术开发工作，生产出合格的纤维素燃料乙醇产品。该项目对我国推进生物质能源产业发展，特别是非粮原料燃料乙醇产业的发展具有重要的意义。2、乙醇型发酵生物制氢技术单位哈尔滨工业大学项目联系人任南琪项目简介乙醇型发酵生物制氢技术属环境科学技术领域，涉及环境、生物、再生能源等多项技术范畴，拥有我国自主知识产权，可增强我国能源安全保障。它开创了利用非固定化混合菌种生产氢气的新途径，发现了产氢能力很强的乙醇型发酵混合微生物代谢类型，发现了高效产氢的产乙醇杆菌属(Ethanoligenens)，发明了工业化生物制氢菌种连续流培养及生物制氢系统强化方法，发明并研制成功高效发酵生物制氢反应设备，在世界上建设和运行了第一例有机废水发酵法生物制氢技术生产性示范工程，核心技术的应用已取得了显著的社会、经济和环境效益。该技术曾获得“过国家技术发明二等奖”。应用实例生物制氢示范工程主体制氢设备制氢-燃料电池联动 3、太阳能-风能-生物质能互补的热电沼气联供系统单位兰州理工大学温州泵阀工程研究院项目联系人李金平职称/职位副教授联系方式13919773347项目简介照明用电、烧水做饭和取暖是目前我国农民最基本的三种用能方式。作为成熟的低成本可再生能源利用技术，农村沼气池技术、太阳能热水器技术和户用风力发电技术在我国已有大面积的推广应用，可分别满足农民对沼气、低品位热能和电能的需求，对高效利用农业农村资源、增加农民收入、改善农村生态环境、发展绿色社区、推进新农村建设建设等有重要的推动作用。但由于昼夜、季节、气候等自然因素的严重制约和自身的局限，它们自身都无法同时连续稳定地满足农民对沼气、低品位热能和电能的需求，相关改进技术也以高成本为代价实现沼气或低品位热能或电能的连续稳定生产。因此，在保持原有成熟技术低成本的前提下，开发具有自主知识产权的、可全年连续稳定地同时满足农民三种最基本用能需求的先进适用技术具有重要意义和广阔的应用前景。由于农村沼气池技术、太阳能热水器技术和户用垂直轴风力发电技术具有明显的资源空间分布的互补性、能量品位和数量的互补性以及时间互补性，它们的高度集成技术具备低成本连续稳定地满足农民沼气、低品位热能和电能的能源需求能力。为此，项目组先期研发并中试了自主知识产权的太阳能恒温沼气池。它具有产气温度稳定、产气效率高、地上安装、进出料方便等特点，达到了全年日均有效池容产气率0.8m3/(m3﹒d)、日均产65℃以上生活热水200L的技术指标和农民两年收回成本的经济指标。在此基础上，项目组正在研发出了自主知识产权的农村太阳能恒温沼气-风电集成系统。新型集成系统具有众多优点。首先，集成系统具有明显的能量互补性，抵抗昼夜、季节、气候等自然条件变化的能力大大增强。风力发电是将高品位的空气动能转化为高品位电能的过程，沼气生产是通过生物质厌氧发酵将较低品位的生物质能转化为较高品位沼气化学能的过程，太阳能热水集热是将太阳辐射转换为热能的过程。除发电外，空气动能可驱动热水加热沼气池，也可全部转化为热能，沼气也可全部转化为热能，而低品位太阳热能可为沼气生产提供恒定的温度环境，沼气灯也可用沼气照明。另外，集成系统不仅能满足农民照明用电（沼气）、烧水做饭和取暖等三种最基本的用能需求，而且符合农民用电少、用沼气和供暖多的用能需求。再次，根据资源的分布状况，风力发电机、太阳能热水器和沼气池依次占据上中下三个空间，集成系统具有明显的空间互补性，可充分利用风能、太阳能和生物质能资源。因此，新型农村太阳能恒温沼气-风电集成技术具有巨大开发价值和应用前景。4、太阳能恒温沼气池单位兰州理工大学温州泵阀工程研究院项目联系人李金平职称/职位副教授联系方式13919773347项目简介 农村沼气工程是国家长期大力推广、深受广大干部群众欢迎的富民工程。然而传统户用沼气池存在发酵原料单一、产气量低、产气不稳定、出料非常困难等技术瓶颈，这些问题极大地挫伤了农民使用沼气的积极性，导致大多数新建沼气池次年被遗弃的尴尬状况，造成了国家专项资金和物资的巨大浪费。为了解决这些问题，在兰州理工大学、甘肃省科技厅、地方政府的大力支持和配合下，兰州理工大学太阳能与气体水合物研究团队从2004年开始成功研发和中试了三代太阳能恒温沼气池，基本解决了上述技术问题，实现了以牛粪为原料的沼气的全年连续生产。太阳能恒温沼气池主要包括可移动的两相恒温厌氧发酵器、软体储气带、太阳能热水器、恒温控制器以及相关管道。本产品可实现以人畜粪便、秸秆、果蔬废弃物为原料全年连续稳定地生产沼气，可达到的技术经济指标：1）生产成本不超过3500元；2）日产沼气0.8立方米，日产生活热水200L；3）设计寿命15年；4）可移动的两相恒温厌氧发酵器每3年的维护成本为100元。5、固体酸碱两步法生物柴油生产技术单位厦门大学项目联系人陈永秀联系方式0592-2185633项目简介生物柴油是以动植物油脂为原料与甲醇经甲酯化获得的一种可供内燃机使用的燃料，它具有生物可降解性、无毒、污染排放少等优点，且有资源可再生性，具有巨大的环境效益和广阔的市场前景。项目通过多相催化剂在预酯化和酯交换过程中的使用，在酯交换工段采用固体碱催化促进甲酯化反应快速进行，反应时的醇酯比要求较低，提高了原料利用率；又因酯交换对原料酸值有较高的要求，所以在前端加接固体酸催化酯化降低酸值，在脱酸过程中利用高沸点醇替代甲醇进行预酯化，使得采用固体酸催化酯化效率得到保证。在整个生产过程中，采用了固体催化剂，避免了高能耗和高污染环节，能够显著降低生产的操作成本和环境成本，增加行业竞争力。已申请2项发明专利。6、利用农业生物质制氢及氢发电技术单位厦门大学项目联系人陈永秀联系方式0592-2185633项目简介本项目以农作物秸秆等为原料，利用高效分解微生物将秸秆等转化为可发酵孤糖类物质，然后利用暗发酵产氢微生物和光发酵产氢微生物将农作物秸秆分解物转化为燃料氢，再通过质子膜燃料电池将氢高效转化为电能，带动各种电器设备。已建立了一套秸杆生物分解、生物制氢、氢发电的系统装置。稻草秸秆糖化率可达40－45%，产氢量可达130升/公斤的秸秆以上，生物质中氢的转化率大于60%，日产氢可达1000L以上，已获两项生物制氢发明专利。 7、纤维素生物质转化制燃料酒精技术单位厦门大学项目联系人陈永秀联系方式0592-2185633项目简介本项目以纤维素生物质为原料，建立了纤维素生物质分解系统，分离到一批具有较强分解能力的产纤维素酶菌株，通过诱变筛选到高活力的突变株，其活性比出发菌株提高50%。开发了曲霉培养、曲酶制备、秸杆降解的成套工艺技术，利用曲酶对甘蔗渣和稻草粉进行分解，甘蔗渣的糖化率可达40%，稻草秸杆的糖化率可达45%。获得了一批具有较高产酒精能力的酵母，分别以秸秆和甘蔗汁为原料发酵产酒精，其中秸杆制酒精得率可达8%(W/W)，甘蔗制酒精得率大于7%（W/W）。8、秸秆原料制备丁醇生物炼制关键技术单位中科院青岛生物能源与过程研究所项目联系人马玉久职称/职位高工/处长联系方式0532-80662722项目简介本项目开发了一种从玉米秸秆-生物丁醇的全新生物转化工艺，以两部法丁醇发酵为基础，采用高温菌发酵工艺，直接以预处理玉米秸秆为底物生产丁酸，再以预处理过程中产生的半纤维素废液为还原糖转化丁酸为生物丁醇，相对常规的纤维素发酵过程，整个工艺不添加任何酶制剂，丁酸发酵可省却灭菌过程，并且充分利用了纤维素原料中的可发酵成分。并且针对生物丁醇目前底物利用率低，生产效率低，分离成本高等问题，开发了细胞固定化，膜气提在线分离等先进发酵技术，提高了生物丁醇的原料利用率，大大降低了转化和分离成本。目前已打通实验室小试工艺，发表相关SCI论文5篇，拥有相关专利3篇。9、豆粕基生物高分子材料单位中国科学院青岛生物能源与过程研究所项目联系人万晓波职称/职位研究员联系方式0532-80662740，wanxb@qibebt.ac.cn项目简介针对我国豆粕资源丰富，但产品附加值低的问题，开展豆粕基聚氨酯材料研究，包括豆粕活化改性工艺、低成本豆粕聚氨酯材料合成技术等研究。目前，已成功制备了密度范围在70~80kg/m3,压缩强度为200~350kPa的硬质泡沫塑料，以及密度范围在30~60kg/m3,压缩强度为60kPa左右的软质泡沫塑料，豆粕含量占聚氨酯泡沫的30%以上，成本低廉，可望取代普通的聚氨酯保温材料以及聚氨酯包装材料。预计到2012年建成年产10吨级豆粕基聚氨酯中试系统，到2014年实现产业化推广应用。 10、秸秆高效发酵制沼气技术与工艺单位中国科学院青岛生物能源与过程研究所项目联系人郭荣波职称/职位研究员联系方式0532-80662708，guorb@qibebt.ac.cn项目简介针对秸秆自身营养不均衡造成秸秆发酵制沼气效率低的问题，开发出了秸秆高效发酵的菌群选育技术与沼气生产工艺。与国内其它工艺相比，开发的秸秆高效发酵工艺产沼气效率高，发酵体系固含量高、处理量大、发酵周期短，秸秆预处理方式简单、能耗低，发酵体系营养调节方式简单、成本低。在放大水平上，每吨干秸秆沼气产量≥350m3，发酵体系固含率大于12%，产沼气效率较国内其它工艺提高近2倍，发酵周期仅为40天左右，大大提高了秸秆的产气效率。自主研制完成了2套100L规模的固体生物质厌氧发酵中试装置，研制出了厌氧发酵过程自动化控制系统及软件，实现了发酵过程在线自动化监测与反馈控制。目前在建500m3中试系统，2010年底建成。11、一种生物柴油制备方法及其可移动式生产装置单位中科院青岛生物能源与过程研究所项目联系人马玉久职称/职位主任联系方式13589271390项目简介本项目开发了一种无催化剂高温甘油酯化过程与高效碱催化转酯化过程相结合的一种全新的“酯化-转酯化”两步法制备生物柴油的方法并设计出了一套可移动的生产装置。其突出特点是将反应装置及自动化控制台集成设置在一个可移动式平台上，形成一个设备齐全完整独立可移动式生物柴油生产体系，其外部尺寸及质量符合国家交通系统运输标准，可根据原料供给变化或生产需要由交通系统从一个生产地点转移到另一个生产地点，是一个移动的生物柴油生产厂。而本项目针对传统酸催化预酯化两步法生产生物柴油工艺技术存在着缺陷和不足而创新性的设计研发出一套无催化剂原料预酯化两步法生产生物柴油的工艺技术及生产设备，并首次提出并研制了生物柴油生产装置可移动式概念，从产业化技术的角度解决了我国生物柴油产业发展的原料瓶颈的问题，十分具有市场潜力。已建立日产1吨的中试装置，并具有相关专利1项。12、生物质及城市有机废物的高效、清洁发电技术单位天津大学项目联系人陈冠益职称/职位教授/博导联系方式87401929项目简介 本项目的出发点是将我国大量的生物质及城市有机废物资源（如农作物废弃物、林业废弃物、城市垃圾中丰富的有机物、造纸造浆中的废物、酒精生产厂的废液废渣、动物粪便、食品加工中的废弃物、家庭中有机垃圾、草类废弃物，产量约每年30亿吨）高效转化为清洁的电力。我国当前的生物质及城市有机废物资源没有得到合理的利用。利用生物质作为能源，不仅仅是解决了长期的能源供给问题，更重要的是大大缓解了环境保护的压力。本项目的技术路线所排放的其他污染物如硫化物、粉尘粒子的浓度也大大低于现有的燃煤发电厂。此外，高效、清洁的气化发电技术可以克服现有的城市垃圾处理处置方式的缺点。与现有垃圾焚烧炉技术相比，本项目的技术路线具有以下优点：1）发电效率高；2）炭转化率高、能量利用率高；3）排放的二次污染物少；4）初投资和远行费用低。本项目的目的是有效地利用生物质及城市有机废物，通过流化床气化的方式将其转变为电力。确保生产电力的成本可以与现有的燃煤电厂竞争，同时确保生产过程符合环境友好性要求，没有明显的二次污染。应用前景分析及效益预测：本项目的市场前景很大。以天津市为例，天津市每年约有600万吨生物质资源，可发出功率为90-100万千瓦的电。若考虑大量种植能源作物，则可以发出更多的电，而且随着发电规模的扩大，可以显著降低成本。如果单座发电厂的规模在2000-4000kW，该发电成本与燃煤电厂相当。为天津市大量的生物质废物找到一条合理的利用途径，同时解决了因城市有机垃圾堆置而带来的环境污染问题。以2000千瓦的发电能力为例，投资回收期为2.2年，年盈利为220万左右。应用领域：现有的发电厂、热电厂、农场、乡镇、农林产品加工厂、城市生活垃圾处理站。13、大规模城市生活垃圾清洁焚烧发电集成技术单位浙江大学项目联系人严建华职称/职位联系方式0577-88930069项目简介浙江大学在长期的焚烧技术研究和技术开发应用中创新性发展了适合于中国国情的城市生活垃圾异重度循环流化床焚烧技术，并以异重度循环流化床焚烧技术为核心，形成了包含垃圾预处理、垃圾给料、冷渣分选、焚烧热工控制、尾气净化处理等垃圾焚烧处理系统集成技术。垃圾由垃圾汽车运入垃圾焚烧发电厂，所有进厂垃圾经厂内地磅称重并将垃圾卸入垃圾库内，经简单预处理后的生活垃圾经垃圾给料系统进入异重循环流化床焚烧炉内与炽热的床料混合焚烧，垃圾（和辅助燃料）在锅炉燃烧时产生的大量烟气，逐一流经锅炉各受热面、低温过热器、高温过热器、省煤器及空预器后，进入烟气净化装置、布袋除尘器、引风机、最终进入烟囱排入大气。 流化床生活垃圾焚烧系统流程图14、洁净醇烃燃料及配套燃烧机（器）单位湖南工业大学项目联系人傅学正职称/职位高级实验师联系方式1867321010913007329808项目简介本项目经过近十年的研究，首创了醇基燃料、轻烃能源的纯气相燃烧技术及轻烃燃油配制技术，实现了该系列新能源的高效低污染应用，在此基础上成立了集研发、生产、销售、服务于一体的新能源领域的高科技企业，致力于推动醇基燃料、轻烃能源及其配套燃烧机（器）的产业化。该项目产品可以广泛应用于家庭、商业和工业领域，使得其比较柴油和液化气更加经济和环保，将为我国节能减排和建设两型社会做出重要贡献。目前，该项目产品已经在湖南长沙、株洲、湘潭、岳阳、张家界、常德、吉首、凤凰和江西井冈山、吉安、赣州、萍乡等地得到应用，达到预期效果。随着湘潭基地的建设完成，将向湖南其他城市及周边省份发展，三年内将达到年销售五万吨，吸纳四百多人的就业，实现年销售额二亿元。www.cnewenergy.com15、复合酶法制备生物柴油及其高值化技术耦合集成单位华中科技大学项目联系人闫云君职称/职位教授/博导联系方式027-87792213项目简介当前我国石油进口量接近总消费量的50 %，已成为世界第二大石油消费国。随着石化能源的日益枯竭，国家迫切需要发展多元化能源，特别是可再生能源。生物柴油是以动植物油脂、废弃油脂和微生物油脂等为原料制备而成的生物能源，具有可再生、闪点高、对环境无害和使用、运输安全等特点，被公认为石化柴油的优良替代品。较化学法存在诸多缺点而言，酶法制备生物柴油具有非常突出的优点，是今后生物柴油制备工艺的发展方向，我国在这方面的研究开发位居世界前列。现阶段的研究主要集中在转酯工艺和催化剂的改进及原材料适应性等方面，但对改进酶法存在的反应时间较长、酶用量偏大、产品利润低等问题的研究相对比较薄弱。可见，仅靠上述工艺改进和出台优惠政策扶持，显然难以从根本上解决传统酶法制备生物柴油存在的问题。因此，基于生物柴油产业自身特点开发出一条经济可行的工艺路线，走生物柴油高值化道路，才是生物柴油产业可持续发展的关键所在。本课题将围绕降低酶法生物柴油生产成本，提高酶法生物柴油生产效率，推进生物柴油高值化等方面开展创新研究，重点突破开发高效脂肪酶催化剂、缩短酶法制备生物柴油反应时间新工艺及基于生物柴油制备高附价值的高分子材料，以期解决传统酶法反应时间长、酶用量大、产品附价值低的问题，为实现生物柴油高值化和延长产业链提供强有力的技术支撑，对促进我国生物柴油产品的多元化开发和可持续发展等具有十分重要的现实意义。16、生物柴油（中科院）单位中国科学院广州能源研究所项目联系人王忠铭职称/职位高工/主任联系方式02087057760项目简介生物柴油是以各类动植物油脂为原料，在催化剂或超临界的条件下，与短链醇（甲醇或乙醇等）发生反应所形成的酯类化合物，是可代替石化柴油的可再生燃料。广州能源所开发的酶法合成生物柴油在固体酸碱催化剂研究和生物柴油工艺优化上处于国内领先水平。具有以下特点：1.工艺简单，对设备无腐蚀；2.可实现产品的连续高效和快速生产；3.可适用植物油、地沟油、下脚料等多种原料；4.可对各种产物进行综合利用和回收；5.生产过程中无“三废”排放。主要指标：生物柴油的闪点（>100℃）比石化柴油高，利于存储和运输；十六烷值（≥56）高于石化柴油，抗爆性能优异；冷滤点为-20℃，具有较好的低温发动机启动性能；能以任意比例与普通柴油混合使用，便于推广。生产规模1万吨/年投资4000万元。17、生物柴油（浙工大）单位浙江工业大学项目联系人计建炳职称/职位教授/院长联系方式18958853321jjb@zjut.edu.cn项目简介 生物柴油由植物油或动物脂肪通过酯交换技术转化而成，燃烧性丝毫不逊于石油柴油，可以直接用于柴油机等石油柴油领域，被认为是石油柴油的替代品。生物柴油具有以下优点：无毒可生物降解，十六烷值高，硫化物、一氧化碳排放量少，是一种可更新的环保燃料能源，能够促进我国能源安全和可持续发展。现有的酯交换法制备生物柴油技术可分为均相酸催化法、均相碱催化法、酶催化法、超临界法和固体酸碱催化法，其中均相酸、碱催化酯交换法是目前工业化制备生物柴油的方法，该法具有催化剂简单价廉，生产设备要求低，易于放大等工业化生产所需的优点。采用均相酸、碱催化酯交换法生产生物柴油过程中存在的仍需解决如下关键技术问题：1）甲醇相和油脂相的混合；2）废水问题；3）原料中游离脂肪酸和水分脱除；4）经济效益的提高；5）原料来源问题。针对现在生物柴油生产过程中的关键技术问题，浙江工业大学等单位在浙江省重大科技专项——“生物柴油制造工艺和装备的研究与开发”（计划编号2006C11015）的支持下，以废油脂和非粮动植油脂为原料，采用酸碱均相催化工艺，研究了水力空化、超重力场、多层蒸发和高温高真空精馏等系列技术在生物柴油生产中应用的工程技术问题，以及高附加值的芥酸甲酯、副产物甘油和甾醇的分离提纯工艺，提出了生产过程中废水循环利用的方法，成功开发出了具有自主知识产权的年产万吨以上生物柴油的成套技术，并实现了年产万吨生物柴油的产业化生产（应用单位：宁波杰森绿色能源科技有限公司），生产出的生物柴油经国家权威机构检测，生物柴油产品质量符合国家生物柴油BD100的标准。采用本技术所生产出的生物柴油经汽车、工程机械和渔船等使用表明，完全可以与化石柴油混合或单独使用，受到了用户的好评；获得了达到工业级的芥酸甲酯和甾醇，以及医用级的甘油，并成功进行了芥酸甲酯提纯的中试；采用本技术生产生物柴油“三废”接近零排放。与国内外同类技术相比，水力空化技术强化生物柴油生产过程中的脂交换和酯化反应、超重力场技术回收甲醇、多层蒸发技术脱除生物柴油中微量水分和高温高真空精馏技术精制生物柴油等技术处于国际先进水平，实现了生物柴油生产技术的工艺、工程技术和装备的优化结合，提升了生物柴油生产的整体技术水平。实现了生物柴油生产投资小、能耗物耗低、产品质量高和三废接近零排放的目标，形成了具有自主知识产权的生物柴油生产成套先进技术。项目的技术创新点主要包括：1）水力空化强化酯化和酯交换过程；2）超重力精馏技术回收甲醇；3）多层蒸发技术脱除粗生物柴油中的微量甲醇和水分；4）高真空、浅液层汽化和可控内回流精馏技术分离芥酸甲酯；5）反义PEP转基因技术。目前已获得授权的中国发明专利6项，授权美国发明专利2项，申请中国发明专利3项。