生物燃料装置的崛起

作者:Anke Geipel-Kern 文章来源:《流程工业》2007年第1期 发布时间:2013-01-25

生物燃料装置将逐步成为流程设备生产公司——Lurgi公司另一个重要的经营领域。在接受我刊记者的采访时,Lurgi公司的技术负责人Ludolf Plass博士和总经理Stephan Reimelt博士介绍了Lurgi公司的强项;并透露了作为GEA集团的一个子公司,其将以什么战略在生物燃料装置市场中占领一席之地。

在石油和天然气装置制造领域中征战多年的企业,如何适时地开辟可再生原材料——生物燃料的装置制造领域呢?这个梦想在位于法兰克福的Lurgi公司成为了现实,提升了企业的竞争力,保证企业光明的发展前景。2006年度,仅生物柴油和生物甲醇生产装置就给Lurgi公司带来了6亿欧元的收入,据此,Lurgi公司的技术负责人Ludolf Plass博士和总经理Stephan Reimelt博士认为:生物燃料生产装置将成为他们新的发展领域。

能源短缺——生物燃料装置的黄金时代

就像市场预测和市场调查人员所预言的那样,明年的生物燃料市场需求可能还会增加,这也是Lurgi公司两位领导人的看法。董事会成员Reimelt先生从2005年12月起负责公司的产品销售和可再生能源利用技术,他对新产品的未来市场充满信心:“2006年上半年Lurgi公司50%的销售收入来自生物燃料装置领域,在未来三年内这一领域中的销售收入将会稳定地占整个企业销售收入的35%。”Lurgi公司已经做好了迎接未来挑战的准备,并将继续推动德国的生物燃料市场,同时扩展到欧洲其他地区、扩展到美国乃至目前增长幅度最大的亚洲市场。Reimelt先生对可再生能源市场的估计是基于其在传统经营领域中积累的丰富经验而得出的,他认为新能源不会对石油和天然气造成冲击,而只是对这些传统能源的补充。

强项更强——继续天然气领域的优势

隶属于GEA集团公司的Lurgi生命科学公司成立于1999年,成立之初其在医药和精细化工设备制造领域中并没有获得成功,但经过一段“减肥”疗法后,当时的企业领导人Kajo Neukirchen先生将所有不属于核心产品的项目全部出售,使得“新生”的Lurgi公司能够集中精力发挥自己的强项。技术负责人Plass先生说:“无论气源是天然气、石油天然气、煤气或者生物可燃气体,我们是唯一一家能够将这些气体转化为石油化工企业所需的合成天然气原材料和合成燃料的企业。”Lurgi公司非常重要的业务领域是制造利用天然气生产甲醇的生产装置。甲醇是生产合成燃料、聚丙烯或醋酸的基本原料。世界范围内70%的这类产品都是由Lurgi公司的装置生产的。Lurgi公司的技术负责人对未来充满了信心,他说:“未来的能源原材料将越来越倾向于天然气。”因此,能够经济高效地生产合成天然气技术将越来越重要。动力燃料的情况也非常类似:“大型汽车生产厂家普遍认为到2030年时以石油产品为动力的车辆将会从目前的95%下降到40%左右。”同时按照新规定,汽车燃料中的含硫量将从目前的500 ppm下降到10ppm。这将会大大增加燃料油的生产成本。Plass博士认为:“管末处理技术已经没有前途了。汽车工业企业对绿色燃料充满了极大的兴趣,尤其是来自可再生能源的汽车动力原料。”这个信息对于装置制造厂商意味着他们需要正确地认识当前的形势,适时地寻找新动力燃料的生产方法。

提高燃料质量——从改善生产工艺开始

对于动力燃料来说,质量问题非常重要。质量的高低与原材料和所采用的生产工艺方法的优劣有着密切的关系。Lurgi公司在距离法兰克福市中心几公里远的地方设置了一个研发中心。几年来,该研发中心一直坚持新型装置的设计制造工作。第二代装置中采用的工艺技术还是传统的流程工艺:在搅拌反应釜中进行着催化反应控制的甲醛反应;两个沉淀分离器用于物质分离;在沉淀分离过程中,从甲酯中沉淀出甘油。与第一代装置相比较,新一代装置在搅拌和反应釜技术方面进行了优化改进,明显地缩短了它们的反应时间,从而可以进一步地提高产量。这种新工艺的特点在于:沉淀出的甘油被重新反送到第一个沉淀分离器中,从而强化了沉淀反应强度。目前Lurgi公司研究的重点是基础原材料的推广。Reimelt先生说到:“生物产品生产设备工作时的很大一笔费用是原材料的采购成本。尤其当植物油的价格上涨时(2006年3月中旬洛特丹市植物油价格为705欧元/吨,比葵花籽油的价格高出20欧元,比豆油高出230欧元。),用户希望有混合油可供使用,以便节省开支。因此,葵花籽油和豆油非常受欢迎”。

Lurgi公司在法兰克福的研究人员也在尝试着利用预处理设备,例如除臭剂减少游离脂肪酸的含量,以便生产出真正符合欧洲柴油标准的生物燃料。

大型化=节约成本

与化工装置制造厂一样,所有的生物柴油装置制造领域也都围绕着两个重点——时间和大型化。在12~15个月的时间内,一套大型生产生物燃料的装置必须投入使用,它采用的是模块式的结构设计方案,如同汽车工业中所采用的流水线生产方式那样,并且可以用货轮运送到世界各地的生产厂中,就像Lurgi公司为澳大利亚南部城市Perth生产的大型生物燃料生产装置那样。该套装置的用户是Natural Fuel Australia,一家澳大利亚的公司,他们在澳大利亚的南方将这些模块式的装置组装在一起,最后运送到北方的生产厂。在化学工业领域中适用的Economy of Scale(从扩大经营规模中得到经济节约)的经营法则在生物燃料的生产领域中同样适用。Reimelt先生说到:“我们在初期也生产了一些年产1万吨或者4万吨的生物燃料装置。不久我们就结束了对这一产级装置的生产。现在,我们生产的生物燃料设备的最小产量为10万吨/年,并且是多年使用的大型装置。”他还介绍了Lurgi公司目前在Piesteritz市生产的一套集成化的生物燃料装置,该装置首次将油磨机、生物柴油生产和甘油生产集中在同一地点,大大地提高了竞争能力。

目前,生物燃料市场比较小。在欧洲,主要是一些中等大小的国家在使用这种燃料(法国的Total SA石油公司例外)。在美国市场主要是一些资本力量雄厚的农业企业或者食品生产集团在使用,例如Archer Daniels Midlad公司和Cargill公司。试图打开大型矿物油市场的努力是徒劳无益的。然而Morgan Stanley公司进行的一项调查研究表明,这种市场状况将会发生很大的改观。分析家们认为:到2010年时,重要的能耗大户将减少6%~8%,其中包括农业和矿物油集团公司。最晚到那时,Designer Fuels生物燃料将作为第二梯队出现在燃料世界的历史舞台上,其将不仅仅是由植物种子和果实制成的燃料,还将包括所有的生物物质。Reimelt博士和Plass博士对此坚信不移。使用各种生物物质生产生物燃料的技术称之为生物质快速裂解,在这种技术中,木屑、草、或者秸秆等等都可以制造生物燃料。Designer Fuels生物燃料的特点是完全无硫,并且可以进一步制成柴油和汽油。在德国卡尔斯沃市的研发中心里已经有一台由Lurgi公司在热裂解阶段生产生物燃料的试验设备了。在2005年11月,Lurgi公司为这套价值500万欧元的试验装置进行了奠基典礼,该装置于2006年底落成。如果这一技术成功的话(Reimelt先生坚信这一技术会获得成功),生物燃料的发展将不会在燃料领域中遇到阻力。那时,大型的石油集团公司将加入到这个领域中来。

综合的解决方案

为了能够实现生物物质快速裂解(Flash-Pyrolyse),应将生物物质粉碎送入双蜗杆混合反应釜中,与热沙相互混合。生物物质颗粒的裂解温度为500℃,在短短的几秒钟内就会出现裂解蒸汽的冷凝液。生物物质经快速裂解之后会生成裂解油和裂解焦炭。为了生产生物原油需将这些脆性的生物焦炭磨成很细的粉末,并悬浮在生物裂解油蒸汽中。为了提高生物裂解油的热值,需尽可能多的加入焦炭粉末(至40%)。按照体积比来计算时,此时的能量密度是干燥生物物质的15~20倍。这样一来,就有可能将季节性的、杂乱的和大体积的生物物质在各个分散的地点有效的、经济的转化成生物原油,并且最后在大型流程设备中有目的地转化成有用的燃料。

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