年产四十万吨生物质油项目可行性研究报告.docx
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年产四十万吨生物质油项目可行性研究报告
年产四十万吨生物质液化油项目
可行性研究报告
目 录
第一章总论
1.1项目名称、主办单位及负责人
1.1.1项目名称：
年产40万吨生物质液化油项目
1.1.2项目实施单位：
深圳世纪天兴新能源产业投资有限公司
1.1.3项目实施单位负责人：
郄国正
1.2项目建设的目的和意义
1.2.1项目承担单位概况
深圳世纪天兴新能源产业投资有限公司成立于2008年8月13日，主营可再生的且有战略意义的石油替代品----生物质液化油。
近年来，我公司和吉林大学、吉林省华光生态工程技术研究所共同研制、开发生物质热解技术和生物质热解液化设备，并一直从事生物质洁净能源的生产和应用，不断取得阶段性应用成果。
我公司于2008年10月11日进行了第一条万吨级生物质油生产线的安装调试。
此台设备产油量1t/h,产油率≥50%，油品热值在20兆焦左右（约5000大卡）。
在2009年上半年,我们对第一台设备进行了技术升级，用固体热载体替代了气体热载体，使设备稳定性大大提高，同时提高了油品质量，产量达到1.2t/h。
目前,该套生物质热解设备除阶段性检修外，已经连续运转三年多了，生物质油燃烧满足炉体要求，并产生了较好的经济效益。
1.2.2可行性研究报告编制依据
（1）建设单位有关编制本可行性研究报告的基础资料。
（2）编制本可行性研究报告的工程咨询合同。
（3）国家发改委编制工业项目可行性研究报告内容和深度的规定。
1.2.3项目研发背景
我们是1997年开始研究与应用生物质热解气化技术的，2004年8月成功研制出每小时处理20kg物料的电热式热解液化小试装置（每小时产10kg生物油）。
该装置特点是用电加热为热解提供热源、钢瓶氮气为反应器提供流化载气。
2005年8月成功将上述装置改造成自然式的热解液化小试装置，即采用热解副产物炭粉和可燃气燃烧释放的热量为热解提供能量、并通过循环热解蒸汽为反应器提供流化载气，从而大幅降低了生物质油的生产成本。
2006年4月成功研制出每小时处理120kg物料的自热式热解液化中试装置（时产60kg生物油）。
同时，研发的生物油雾化燃烧技术已趋于成熟，并在江苏宜兴等地成功进行了多次工业燃烧试验。
2006年11月成功研制出每小时处理500kg物料的热解设备,并安装调试成功，所产油品通过在锅炉和窑炉上使用，均达到了预期效果，环保和技术均达到要求。
1.2.4项目建设的目的和意义
（1）人类在大量使用化石能源的同时，也引发了不可回避的许多问题：
首先是化石能源的开采年限问题。
据专家预测，目前全球已探明的石油开采年限为40年，可燃气为60年，煤为211年；其次是大量使用化石能源造成的环境污染问题。
化石燃料燃烧过程中产生的有害物质直接排向大气层，造成空气污染，并导致出现严重的温室效应。
预计到2030年，全球平均气温将上升1.5～4.5℃，海平面将升高20～140cm，与之伴随的将是气候的异常与自然灾害的频生。
目前，我国经济与社会正处于高速发展阶段，更加重了对能源的依赖。
我国2009年进口原油2.04亿吨，比前一年增长14%。
中国石油进口的依存度已达52%，首次超过国际公认50%的警戒线。
在价格不断升高的石油面前，我国经济与社会发展势必会受到严重影响，且将使我国国家安全面临严重威胁。
因此，开发替代或部分替代石油的可再生液体燃料新技术，对缓解我国石油短缺、增强能源安全和国民经济可持续发展均具有重要的战略意义。
目前，世界各国都在积极寻找、研究有效的能源替代方案，太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、生物质能源等可再生能源都已成为当前研究热点。
其中，生物质能目前应用较多的主要有两种方式：
一是通过燃料乙醇替代部分车用汽油达到节约用油的目的。
国际上对此项技术的研究较多，技术较成熟，已在巴西、美国等国家进行了大规模示范性应用，效果较好。
但在我国由于人口众多，耕地严重不足，发展燃料乙醇并不现实。
二是利用生物柴油技术替代部分石油产品。
生物柴油可以通过对部分油料植物，地沟油的加工处理来获取。
但由于油料植物制取生物油的成本较高（达到3000多元/吨），地沟油原料分散，难于收集等原因，都很难形成大规模生产。
上述两种形式的生物质能源产品由于种种原因造成生产成本过高，在没有国家财政补贴的情况下难于生存。
而生物质油是直接利用农作物秸秆、农林废弃物、城市有机垃圾等通过热解获得的生物质液体燃料，可以直接作为锅炉、窑炉和工业冶炼炉的燃料来使用。
根据秸秆类生物质相对固定的发热量，约1.9吨生物质油可替代1吨石油原油。
生物质油的生产成本较低，替代柴油、重油和原油都有可观的利润空间，这使生物质油产业具备了向燃料油应用市场推广和大规模发展的基本条件，对调整中国一次能源结构和改善我国能源对外依存度，以及缓解生态环境恶化都有着十分重要的战略意义。
生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆和农林产品加工残余物（如甘渣、木屑）等。
作为唯一能够直接转化为液体燃料的可再生能源，生物质以其产量巨大、可储存和碳循环等优点引起全球的广泛关注。
将可再生的生物质资源转化为洁净的高品位液体燃料，来部分替代石油，不仅可使我们摆脱对有限石油资源的过分依赖，而且能够大幅度减少污染物和温室气体的排放，改善环境，保护生态。
我国生物质资源十分丰富，每年可供利用的生物质资源：
秸秆总量约为7亿多吨，林木剩余物总量约14亿吨，城市有机垃圾总量约5亿吨，既使其中20%被利用于热解液化，则生物质有效资源约为5亿2千万吨，理论上可为3.5万套热解液化设备提供充足的原料。
广东省农、林、城市有机垃圾等每年新生的生物质资源总量估计在1亿吨以上，秸秆类除30%多用作饲料、肥料和工业原料外，60%以上可以作为能源使用。
由于收获季节农作物秸秆产量很大，保存困难，来不及利用，许多地区就地焚烧秸秆，不仅浪费能源，而且还导致严重的环境污染。
因此，生物质热裂解液化油的研制成功在我国是一项开创性的全新技术，可从根本上改变国家对石油的依赖。
由此，搞好制油装备的研制与生产，则是必要的先决条件。
（2）对农业政策的影响
①解决了农村焚烧秸秆带来的问题
目前，农作物秸秆产量很大，保存困难，许多地方就地集中焚烧秸秆，不仅浪费能源，导致严重的环境污染，而且还引发大量交通事故。
②改良土壤
生物质液化油生产过程中的副产品炭粉含有大量有机物和无机物，可以直接作为肥料下田。
更重要的是，这种炭粉是有机肥，与化学肥料相比，它可以避免土壤板结，改善土壤品质，同时碳粉通过固体成型后，可以在工矿业中作为保温材料。
③农民增收
农民可从售卖秸秆和有机肥料下田中直接获取巨大的经济利益。
据测算，每亩田出售秸秆可至少增收260元（按每年两季秸秆计算）。
④增加农村就业机会
项目产业化将带动农村劳动力就业，每个生产站点可增加9-11个就业机会。
⑤项目实施还可能引起农村种植业结构改变，对于调整农村产业结构，加快循环经济发展具有重要意义。
1.3项目概况
1.3.1拟建地点：
天津市宁河区
1.3.2建设规模与目标
生物质液化油：
40万吨/年产
1.3.3主要建设条件：
本项目由深圳世纪天兴新能源产业投资有限公司负责生产厂房建设和项目具体实施、设备安装。
1.3.4主要技术经济指标
序号
项目名称
单位
数量
备注
生产规模
1
生物质液化油
t/a
400000
一
年操作时间
H
7200
二
主要原材料、燃料用量
1
秸秆
t/a
800000
外购
四
公用工程消耗
1
水：
t/a
12000
2
电：
万kwh/a
7200
五
三废排放量、废水
㎡/h
2.84
六
定员
人
340
其中：
生产人员
人
228
管理人员（含技术人员）
人
112
七
运输量
t/a
1400000
其中：
运入量
t/a
800000
运出量
t/a
600000
八
本工程占地面积
㎡
400000
九
工程总建筑面积
㎡
120000
十二
批报项目总投资
万元
45000
1
固定资产投资
万元
40733.72
2
流动资金
万元
19266.28
3
铺底流动资金
5798.84
十二
年均销售收入
万元
80000
十四
平均总成本费用
万元
65227.76
十五
平均销售税金及附加
万元
176.48
十六
年均利润总额
万元
14772.24
十七
年均所得税
万元
8776.6
十八
年均净利润（税后利润）
万元
176
十九
全员劳动生产率
万元/人年
235.29
二十
财务评价指标
1
投资利润率
%
16.3
2
投资利税率
%
24.33
3
全部投资回收期（税后）
年
6.56
不含建设期
4
全部投资财务内部收益率（税后）
%
25.8
5
全部投资财务净现值（税后）（1c=10%）
万元
33012.68
第二章市场预测
2.1产品用途
本项目最终产品是生物质液化油。
生物质液化油的市场需求主要受到国家能源政策、生产规模和燃油市场的影响。
生物质液化油对各种不同的窑炉、锅炉都能使用，每套生物质液化油生产设备平均每年处理2万吨秸秆、林木剩余物或城市有机垃圾。
液化设备采用连续工作方式，运行过程可实现自动化控制，对操作人员的技术要求较低，维护周期为半年至一年；单个生物质液化工厂的规模一般为年生产生物质液化油1万吨，客户可根据当地生物质资源数量投资建厂，其投资回收期较短，效益显著。
2.2产品目标市场分析
生物质液化油的目标市场定位是具有一定实力的工业企业、大城市工业锅炉、窑炉，在原料富集地以每隔25公里左右的网状分布形式建立液化工厂，从而形成全国性的生物质油生产网络。
由于生物质热解液化制取生物质液化油在我国是一项开创性的全新技术，具有划时代意义，但该套设备自动化程度高,操作简便,对投资或购买液化设备的企业和个人没有太多的背景知识要求。
“十一五”期间生物质液化油的市场定位是替代重油、柴油和煤焦油等化石燃油在燃油锅炉和工业窑炉中直接燃烧使用。
其中燃油锅炉包括工业锅炉、生活锅炉、舰船锅炉和电站锅炉等，工业窑炉包括陶瓷、玻璃、水泥等行业所使用的各种窑炉等。
“十二五”期间生物质液化油的应用领域将会拓展到内燃机燃料或作为化工原料提取制备化工产品。
第三章建设规模及产品方案
3.1产品规模
产品名称
规格（密度）
规模
备注
生物质液化油
1.14-1.15
400000吨/年
3.2产品规格及质量指标
3.2.1依据质量、检测标准及规范
GB/T260石油产品水分测定法
GB/T261石油产品测定法（闭口杯法）
GB/T265石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法
GB/T380石油产品硫含量测定法（燃灯法）
GB/T384石油产品热值测定法
GB/T508石油产品灰分测定法
GB/T511石油产品和添加剂机械杂质测定法（重量法）
GB/T1884原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）
GB/T1885石油计量表
GB/T3535石油产品倾点测定法
GB/T4756原油和液体石油产品产品手工取样法（手工法）
GB/T5096石油产品铜片腐蚀试验法
3.2.2产品质量指标
表3.2-1生物质液化油原油的理化性质及组分
测试参数
单位
生物质油
过滤前
过滤（100um）
过滤（50Uum）
含水率
Wt.%
25.2
25.6
25.7
灰分
Wt.%
0.1
0.08
0.07
PH值
2.8
2.8
2.8
质量密度
Kg/m³
1190
1190
1190
热值
MJ/Kg
17.42
17.27
17.2
元素组成
C
Wt.%
41.7
41.4
41.5
H
Wt.%
7.7
7.7
7.7
O
Wt.%
50.3
50.8
50.7
N
Wt.%
0.3
0.1
0.2
H/C
0.185
0.186
0.183
O/C
1.206
1.227
1.222
硫
Wt.%
0.01
0.009
0.009
钾
PPm
58
51
52
钠
PPm
3
2
4
钙
PPm
108
83
80
镁
PPm
14
11
11
硅
PPm
64
40
42
氯
PPm
6
6
4
表3.2-2生物质液化油的含量：
物质
含量%
物质
含量%
甲酸
7.69
1，2环丁酮
1.92
乙醇
6.77
2，3羟基内醛
1.92
甲苯
5.00
1，3甲氧基甲酸
1.85
甲基乙基醚
4.54
3-甲基苯甲酸
1.15
富马酸单乙酯
4.23
3-氰基苯甲苯酸
1.15
2-氨基环乙醇
3.08
3-羟基内醛
0.69
2，3二甲基丁酸
3.00
2，5-环乙烯酮
0.62
β-
2.31
3—2辛炔-2酮
0.38
2.15
香豆酸
0.31
表3.2-3生物质液化油的标准
项目
指标
试验方法
硫含量%（m/m）
≤0.05
GB/T380
灰分,%（m/m）
≤0.5
GB/T508
铜片腐蚀（50℃，3h）,级
≤2
GB/T5096
水分,%（V/v）
≤30
GB/T260
机械杂质,%（m/m）
≤0.20
GB/T511
运动粘度,m㎡/S（40℃）
20~60
GB/T265
倾点,℃
≤－15
GB/T3535
热值,MJ㎏/m³
≥20
GB/T384
闪点,（闭口）,℃
≥45
GB/T261
密度（20℃）,㎏/m³
≤1.250
GB/T1884、GB/T1885
3.3建设工程组成
本拟建项目新建（构）筑物主要采用钢筋混凝土框架结构、排架结构、钢结构（包括轻型钢结构）和混合结构,建筑上贯彻能露天则露天,能开敞则开敞的原则。
表3.3-1建构筑物一览表
序号
建构筑物名称
数量
结构形式及特点
平面尺寸
占地面积
建筑面积
建筑耐火等级
长×宽（m）
一
工艺装置
1
生物油装置
1.1
液化装置
40
钢结构
100×9
900
900
二级
1.2
控制室
40
彩钢板
5×7.5
37.5
37.5
四级
2
罐区
2.1
成品罐区
4
砖混
18.4×10.05
193.2
193.2
二级
二
配套装置
1
循环水池
8
钢筋混泥土
75×35
2625
2625
二级
2
办公室
4
框架
60×12
5200
2160
三级
3
原料仓库
12
砖混
108×24
20736
20736
二级
4
产品仓库
4
砖混
108×24
10368
10368
三级
5
房屋2
4
砖混钢梁
69×6.6
455.4
455.4
三级
6
清净下水收集池
4
钢筋混泥土
10×15×2
150
200
二级
11
总计
36
第四章工艺技术方案
4.1项目技术风险分析
本项目的技术风险主要体现在三个方面：
1、产能扩大风险。
本项目采用自主开发的生物质热解液化技术，若进一步提高产能和产品品质，则需对设备做一些改进，这也存在一定的风险。
2、其他生物质应用技术的竞争风险。
目前针对生物质应用较多的，主要有生物质热解制取燃料乙醇、生物质气化供热及发电技术。
但通过综合比较，生物质液化油技术具备一定的竞争优势。
①生物质制取燃料乙醇技术首先要对原料秸秆进行水解处理，目前应用较多的主要有酸水解和酶水解两种。
其中，酸水解技术较为成熟，且已进行规模化生产，但由于处理过程会产生大量的酸性废水，对环境破坏较大，现在逐步转为以粮食为原料进行加工生产；而酶水解技术目前尚处于实验室研发阶段，美国在此方面的研究较多，但对中国实行技术封锁。
国内方面，山东大学虽已完成部分研究工作，但转化时间长、转化率低、转化成本高（每吨秸秆的转化成本为5500元）的缺点，将阻碍其大规模的产业化应用。
从现实应用效果看，秸秆制取燃料乙醇的未来发展方向主要还是以酶水解技术为主，但还有很多基础性研究工作需要完善。
因此，在短期内不会对生物质热解液化技术构成较大威胁。
②生物质气化技术在国内主要应用于燃气供热和燃气发电两个方面。
其中，生物质气化供热技术相对成熟，已在国内许多省份得到推广应用。
截止到2000年底，全国已建成388个生物质气化站，并计划到2010年建成2500～3000个。
但生物质气化供热技术在现实应用过程中存在较多问题，如燃气使用过程中的焦油问题、燃气储存运输过程中的安全问题以及燃气热值性价比低（如下表所示）等问题，都将阻碍其规模化应用。
表5-1：
生物质液化油与生物质燃气的热值性价比
种类
热值
价格
比价（元／MJ）
生物液化油
16MJ/KG
2000元/吨
0.125
生物质燃气
5MJ/M³
0.15元/M³
0.03
生物质气化发电技术早在20世纪60年代就已开始研究，目前应用较多的是160KW和200W内燃机/生物质气化发电装置。
但由于在实际应用中不能很好的解决燃气焦油，废水、灰分的污染以及发电规模和发电成本等问题，目前还无法与煤发电技术相抗衡。
而在各地投资建设的生物质气化发电站更多的是打着生物质发电的旗号，骗取国家相关的配套资金,还不是真正意义上成熟的产业化应用。
因此，与生物质气化技术相比，生物质液化油技术更适合大规模产业化应用。
短期内，生物质气化技术不可能对生物质液化油技术造成威胁。
3、生物质液化油深加工技术风险。
主要是指生物质液化油的精制提炼、性能改进等后续技术的研发工作存在一定风险，但可以通过与各专业研究机构的合作降低此风险对项目的影响。
4.2工艺技术来源及先进性分析
本项目开发的液化设备的工艺流程主要如下：
经过破碎处理过的物料从料仓中通过螺旋送料器送入一个快速流化床干燥器，采用热解副产物燃烧的高温尾气作为流化气体对其进行干燥后送入料斗，料斗中的物料通过两级螺旋送料器送入反应器，在反应器中生物质颗粒和高温的快速流化气体接触被热解，并被迅速导出反应器，之后通过两级旋风分离器将固体炭粉颗粒分离并通过立管送入一个流化床燃烧室，炭粉在燃烧室中和空气接触并燃烧，燃烧释放的热量提供给热解反应器，之后的尾气经过旋风分离器后进入流化床干燥炉；经过气固分离后的热解气体进入一个直接喷淋冷凝器，和大量的生物质油喷雾直接接触而将其中的可冷凝部分完全冷却下来，热量通过一个水冷换热器导出冷凝器，冷却下来的生物质油存积在冷凝器底部用作冷凝介质，从冷凝器中出来的不可冷凝的气体一部分通过炭粉燃烧室中的换热器加热后用作冷凝气体，其他的可作为民用燃气，也可根据需要送入燃气发电机组中发电,以提供整个液化系统的动力消耗。
该过程中的大多数工艺都是用于生物质的热解液化，其中两大最具创新性的工艺设计为：
（1）两级螺旋进料系统，第一级螺旋主要控制送料速率，第二级快速螺旋主要将原料迅速送入反应器，防止木质纤维受热软化堵塞进料通道，两级螺旋送料器是解决生物质物料输送的一个非常有效的方法；
（2）大流量生物质油喷雾的直接冷凝方式，冷却介质是冷凝获得的生物质油，能够将热解蒸汽中的可冷凝部分基本完全冷却下来，而传统的间接冷凝方式生物质油的回收率很低，而且不易扩大规模。
生物质液化油是一种水分和复杂含氧有机物的混合物，并含有少量的固体颗粒杂质，其中检测出的有机物种类已经超过300种，大量的氧含量（40%～50%）是生物质油和化石燃油在化学组成和物理特征上完全不同的主要原因。
生物质液化油较差的燃料性质可以简单表述为：
水分含量高（25%～30%）、粘度大（20～100cP,40℃）、热值低（16-20MJ/KG）、安全性差（长时间保存或受热超过80℃后容易变性）。
生物质液化油作为一种液体燃料，最易开发的应用技术是直接燃烧，但生物质液化油较差的燃料性质使得其燃烧工艺的开发比化石燃油复杂，一种最简单也最成熟的应用就是将生物质液化油作为一种辅助燃料和化石燃料共燃，如荷兰就分别在600MW/h的煤和可燃气发电厂对生物质液化油进行了共燃试验，但从和化石燃料的能量比价上来讲，煤是唯一比生物质液化油便宜的能源，而我国大多数发电厂都是使用煤作为燃料来发电的。
将生物质油和煤共燃，在经济成本上是不可行的。
针对大量的燃油锅炉和窑炉，我们独立开发了生物质液化油完全替代化石燃油的直接雾化燃烧技术。
其中涉及到的一些工艺技术难题和解决方案主要是：
（1）生物质液化油较大的粘度和表面张力使得雾化效果较差，我们通过预热降低生物质油粘度或在生物质油中加入少量添加剂，并采用针对生物质油能量密度低而设计的新型空气雾化喷嘴实现了在较低压力下生物质油的良好雾化；
（2）生物质油气化潜热大，十六烷值低，点火困难，我们在现有的燃油自动点火工艺上采用改进的高能点火装置，成功实现了生物质液化油燃烧的冷启动问题；（3）生物质液化油中一些固体颗粒和高分子木质素裂解物难以燃尽，通过燃料和空气的充分混合强化燃烧的充分性，从而降低了污染物的排放。
4.3生物质液化油生产工艺流程简述
固体热载体在燃烧系统中加热到550-600℃，然后进入热解反应器，生物质原料如秸秆、稻壳、木屑等通过进料器也进入热解反应器，与热的固体热载体充分混合，生物质原料在1-2秒钟内温度升至500℃左右而发生热裂解反应，生成三种产物：
1、50%-70%的可冷凝蒸汽;2、15%-20%的不可冷凝可燃气;3、20%-30%的碳粉和灰分。
可冷凝的蒸汽和不可冷凝的可燃气作为气体产物进入冷凝器中，被生物质液化油母液喷淋冷凝，其中可冷凝蒸汽被冷凝成新的生物质液化油，而不可冷凝的可燃气进入燃烧系统的燃烧床内燃烧，燃烧尾气温度为600-800℃。
碳粉通过分离器作为副产物排出。
固体热载体在热解系统参加反应后温度下降到450-520℃，随后也进入燃烧床内，通过高温燃烧尾气的加热温度升至550-600℃，再进入热解系统参与热解反应，如此反复。
冷凝系统的生物质液化油母液冷凝混合蒸汽后，母液温度由10-30℃升至30-50℃，然后进入水冷换热器，降温至10-30℃，再参与混合蒸汽的冷凝。
水冷换热器通过冷却塔重新冷却，连续不断的进入水冷换热器。
图：
生物质液化油无污染提炼过程示意图
4.4主要设备一览表
生物质液化设备主要包括流化床干燥器、两级螺旋进料器、流化床反应器、两级旋风分离器、炭粉燃烧室、冷凝器、循环水冷却塔以及自动控制系统。
这些主要部件都是通过购置原材料后自行加工，但各种电机、风机和油泵需要采购；自动控制系统中的压力、温度和流量传感器、数据采集卡和工控机需要购置，相应的软件自行开发。
生物质液化油燃烧器主要包括输油系统、雾化系统、点火系统和安全警报系统，也是通过购置基本材料、泵、风机和点火装置后进行自
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