秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析

霍丽丽，赵立欣，姚宗路，孟海波，丛宏斌



秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析

霍丽丽，赵立欣※，姚宗路，孟海波，丛宏斌

（农业部规划设计研究院，农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京 100125）

通过秸秆热解多联产技术，能够将废弃的秸秆转化为燃气和生物炭等，既能提供清洁能源，改善用能结构，又能有效还田和固碳，具有较好的推广应用潜力。分析内加热式移动床生物质炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气油联产技术的工艺参数，提出了适宜自然村、村镇社区和规模化应用等3种不同规模用户的秸秆热解炭化生产技术应用模式，并以不同规模秸秆利用量为例，得到消耗每吨秸秆的纯利润分别为87、135和141元/t，销售利润率20%左右，温室气体碳排放交易可增加8%左右的纯收益，经济与环境效益良好。

秸秆；热解；生物炭；燃气；模式

0 引 言

2012年底中央一号文件作出了建设“美丽乡村”的工作部署[1]，2013年又提出了建设生态友好型农业[2]。由于长期以来秸秆焚烧、高耗能、高污染的增长模式给农村地区资源环境保护带来了巨大的压力，生态破坏、环境污染问题严峻，农村生产生活产生的秸秆等有机废弃物大量增加，农药与化肥的过度使用，土壤污染加剧等。另一方面，中国农村地区的清洁能源利用程度较低，大量的烟尘严重地污染了室内空气质量，影响生活质量的提高，已经成为制约中国广大地区农村居民生活条件改善和农村生态环境建设的难点，也是大气PM2.5产生的重要来源之一。解决这些问题迫切需要建立适应不同区域特点的秸秆等废弃物循环利用模式，在区域内实现秸秆等废弃物的资源化循环利用、减少环境污染，探索资源节约型、生态友好型美丽乡村新模式。

中国每年产生大约7亿t农作物秸秆，约有一半没有得到有效利用，通过秸秆热解多联产技术，能够将这些废弃秸秆转化为气、热等清洁能源，既可变废为宝，又能改善用能结构。与此同时，产出的秸秆炭能够还田，作为炭基肥或土壤改良剂，具有蓄肥、保墒、改良土壤、增加土壤活性等作用[3]，可防止化肥流失，减少化肥使用量，防止土壤板结，还田固碳，有效减排CO2等温室气体[4-7]。2014年，纳入了国家发展和改革委《国家重点推广的低碳技术目录》（2014第13号），该技术越来越显现其发展优势。

本文研究秸秆热解多联产技术现状，提出秸秆热解炭化生产技术应用模式，分析技术工艺特点，评价其技术适宜性，提出适宜自然村、村镇和园区等不同类型用户，并对不同应用模式进行成本、经济和环境效益评价，满足集中供气、供热、发电等不同用能需求，实现秸秆热解多联产技术的高效清洁转化。

1 秸秆热解炭化多联产技术

秸秆热解炭化多联产技术是基于热解技术[8-10]，将秸秆在隔绝空气或少量空气条件下，利用热能切断大分子中的化学键，转化的固体、液体、气体产物的多联产技术，产物可应用于多领域，有效提高秸秆的综合利用效率。其固体产物为秸秆炭，可应用于土壤提升地力和固碳；气体产物为生物质燃气，主要成分为H2、CO、CH4、C2H4、CO2、N2等，可作为清洁能源；液体产物为焦油和醋液，可用于多种化工产品。

多联产系统主要包括原料预处理设备、热解炉、供热系统、生物炭冷却装置、热解气分级冷凝装置、燃气品质提升、过滤塔、以及液体产品收集等。目前炭化设备多采用移动式连续炭化装备，其多联产技术工艺可分为3种，如图1所示。

第1种是内加热连续式热解炭气联产技术工艺，粉碎后的生物质原料在自燃热解前，利用热解余热将物料烘干，随后在适当的供氧条件下，物料自身缓慢燃烧，生成的热量使物料快速升温，热解过程开始，粗燃气燃烧，提供热解与干燥所需的部分热量[11-13]，该工艺热解热源由部分生物质原料自燃产生热量。热解气含部分自燃烟气，燃气组分中增加了N2含量，可燃气占比25%～50%，发热量相对较低；生物炭可作为土壤肥料，有少量焦油副产物。多采用立式热解炉，能够依靠自重使原料下落，如图2所示，为避免结龚，炉内增加压实器和扰动器等促进物料流动的部件。

第2种是外加热连续式热解炭气联产技术工艺，如图3所示，农作物秸秆等生物质进行粉碎、干燥等预处理后，装入热解移动床中，进行一次热解，热解一般采用外源加热，生物炭经冷却后作为炭产品；生成的干馏气经二次裂解除焦得到高值燃气，经过净化除尘，热解燃气可供户、发电或工业供气，该工艺没有焦油等液态产品。

第3种是外加热连续式热解炭气油多联产技术工艺，如图4所示，农作物秸秆等生物质进行粉碎、干燥等预处理后，装入热解移动床中，在隔绝空气条件下，外源加热进行热解，产出生物炭、气、油；生物炭经冷却后作为炭产品；生物燃气经过净化装置的冷却、脱焦、过滤、除尘和除酸后，产出清洁优质燃气，送入储气柜，热解燃气可直接输配至用户使用；同时，由二级冷却、分离器分离出来焦油、醋液装桶入库集中销售或进行深加工。

1. 余热烘干炉 2. 给料机 3. 布料机 4. 进料仓 5. 供热烟道 6. 热解移动床（立式卧式均可） 7. 重质焦油冷凝塔 8. 重质焦油收集池 9. 轻质焦油冷凝塔 10. 轻质焦油收集池 11. 醋液喷淋冷凝塔 12. 醋液收集池 13. 水泵 14. 过滤塔 15. 引风机 16. 储气柜 17. 鼓风机 18. 空气预热器 19. 预燃室 20. 空气鼓风机 21. 活化炉 22. 焦炭空冷室 23. 焦炭水冷室 24. 焦炭出料仓 25. 循环水泵 26. 储水池

3种热解多联产技术工艺中，工艺一内加热连续式热解炭气联产技术工艺由于依靠自身加热，消耗了自身热量，生物炭产量略低，热解燃气品质相对较低，初投资低，燃料动力消耗少，适宜自然村集中供气的炭气联产工程，燃气可供百户或千户村镇农户炊事使用，生物炭可直接还田，提高土壤的保水保肥作用，有效提高肥料利用率，减少肥料利用不完全造成的环境污染。第2种和第3种技术工艺均采用外源加热，炭产品产量和质量基本一致，工艺二通过对焦油的二次裂解，有效解决了焦油污染问题，提高了生物燃气转化率，燃气品质相对较高，适宜建立村镇集中供气的炭气联产工程，燃气可供千户及万户规模集中社区等供气，生物炭可做炭基肥或能源炭产品。工艺三热解过程三态产物均作为产品，能量转化效率高，燃气产品品质相对较高，并产出焦油和醋液副产物，需要配套分离和收集的设备较多，初投资较高，适宜建设规模化炭气油联产工程，燃气可供工业园区、发电、城镇集中供气等多种用途，生物炭可生产炭基肥或能源炭产品等。几种工艺热解多联产技术参数，详见表1。

表1 3种热解多联产技术工艺参数[14-18]

2 典型技术应用模式

为适应自然村、村镇和园区等不同类型用户，提出3种秸秆热解炭化联产生产技术应用模式，寻求适宜的工程规模，详见表2。

表2 不同应用模式的产品与温室气体减排量

注：生物炭、燃气、热解油单位产量详见表1。

Note: Unit yield of biochar, gas, oil were showed in table 1.

应用模式一：适宜自然村小型热解炭气联产技术模式，如图5所示。适宜采用内加热式热解炭气联产技术工艺（工艺一）。

该模式燃气发热量略低，为3～6 MJ/kg，但热解炭化设备相对简单，基本无外部能源消耗，有效减少了装备的成本和燃料的消耗，适宜数百户至数千户规模的自然村单元用户。以秸秆年用量2 000 t为例，年可供气 80万m3，可供约2 000户炊事用气，折合标煤137 t；年产生物炭560 t，按20 t/ hm2还田[19]，可覆盖28 hm2农田。

该模式可直接替代目前运行率较低的生物质气化工程，只需将生物质气化机组中的气化反应器更换或改进为热解炭化反应器，燃气净化系统、燃气输送系统和用户燃气系统可直接沿用。有研究表明，在原料适应性、对农村居民生活影响、二次污染治理难易程度、投资和推广难易程度、运行成本控制等方面热解技术均具有一定优势[20-24]。与生物质气化相比，热解炭化温度较低，焦油易冷凝，有效降低了燃气中的焦油含量，虽然产气量比气化略少，但燃气中的CO含量相对少，有效提高了燃气存储和使用的安全性。与此同时，产出的生物炭可作为土壤肥料，同时有效提高了附加值，即保证了清洁能源使用，又还田土壤，具有能源和生态双重效益。

应用模式二：适宜村镇社区热解炭气联产技术模式，如图6所示。适宜采用外加热式热解炭气联产技术工艺（工艺二）。产出高品质燃气，其发热量较内加热式高两倍，能量转化率高40%～60%，可通过供气管道直接为村镇社区集中供气，提供炊事用能。产出的生物炭质量及产量均比内加热式高，原因是内加热式燃烧部分燃气和生物炭为自身加热炭化，而外加热依靠外源加热，炭化温度等工艺参数控制稳定，能够有效提高炭产品质量。但外源加热增加了设备初投资和燃料动力成本。

该模式技术工艺有效提升了燃气品质，增加了外源加热及二次裂解的设备成本及能耗，但解决了焦油副产物量少无法处理问题，保证了技术工程应用的环境效益，适宜千户以上的村镇社区集中供气。以秸秆年用量5 000 t为例，年产燃气175万m3，可供1.2万户炊事燃气，折合标煤658 t；年产生物炭1 500 t，可覆盖75 hm2农田。

应用模式三：适宜规模化热解炭气联产技术模式，如图7所示。适宜采用外加热式热解炭气油联产技术工艺（工艺三）。燃气为一次热解产出直接净化作为产品，热值高。生物炭产量及质量与工艺二技术基本一致，对于热解焦油等液态产物，增加配套了多级冷凝收集装置，也得到了有效收集。其综合能源转化效率最高，可达80%以上。

该模式技术工艺最大化的利用了热解过程的全部能量，燃气、生物炭及热解油均作为产品，燃气热值较工艺一高，较工艺二略低，适宜规模化生产，秸秆用量万吨级以上，可供万户以上集中社区炊事用能、工业园区供气或发电上网等。以秸秆年用量2万t为例，年产燃气600万m3，若供集中社区可为3.4万户提供炊事燃气；若供工业园区供气热能相当于1845 t标准煤；若发电可得到520万kWh（发电效率按35%计），余热可供210户供暖（供暖热量10.8×106MJ）。年产生物炭6 000 t，可覆盖农田300 hm2，减排温室气体CO2当量约为6 720 t。年产热解油5 800 t，由多级冷却、分离出来焦油、醋液，装桶入库，集中销售，醋液可用作植物生产促进剂，直接施于土壤，可抑制杂草生长，减少农药用量。副产品焦油用于化工原料，用于生产防水材料等。

3 效益分析

热解多联产技术工艺应用模式均各具技术优势，且经济和环境效益良好，详见表3。

注：燃气户均日用量14.3 MJ·Nm-3（折合天然气日用量0.4 m3·户-1），燃气价格以天然气价格（按2元·m-3计，低位发热量35.8 MJ·Nm-3）为基准，通过发热量不同进行折算；生物炭价格按市场价1 500元·t-1（生物炭低位发热量为28 MJ·kg-1）计，并按照发热量不同折算；生物炭温室气体减排CO2当量按40 g·MJ-1计，燃气温室气体减排按节约标煤量计；碳排放交易价格16元/t计（广东2016年3月（当月全国最低价格）；生物炭、燃气、热解油年产量详见表2。

Note: The average daily amount is 14.3 MJ·Nm-3gas (equivalent to natural gas dosage 0.4 m3·households-1); The price of gas as natural gas prices (by 2 yuan·m-3, low calorific value of 35.8 MJ·Nm-3) as a benchmark, through different heat conversion; biological carbon price according to the market price of 1 500 yuan·t-1(low calorific value of biochar is 28 MJ·kg-1), and in accordance with different heat conversion; Biological carbon greenhouse gas emission reduction CO2equivalent by 40 g·MJ-1, greenhouse gas emission reduction by the standard coal consumption meter; Carbon emissions trading price of 16 yuan·t-1(Guangdong March 2016 (the national minimum price); biological carbon, gas, pyrolysis oil yield is shown in table 2.

内加热式热解炭气联产技术投资成本低，无需大量外部能源供给，但燃气和生物炭由于自身热解消耗，品质和质量略低，适宜数百户至数千户规模的自然村单元用户的小型热解炭气联产技术模式。以年利用2 000 t秸秆原料为例，秸秆收集半径小，原料成本低，本研究秸秆原料按200元/t计，年均总成本72.5万元，年均总收入89.8万元，净利润17.3万元，投资利润率可达19.3%，消耗每吨秸秆原料，净利润为87元/t。可减排温室气体CO2当量971 t，折合单位秸秆温室气体减排CO2当量0.48 t/t，考虑环境效益，碳排放交易收入1.55万元，折合7.8元/t，可增加8.2%的纯利润。

外加热式热解炭气联产技术工艺一次热解燃气经过二次裂解，燃气品质提高，解决少量焦油难处理污染环境的问题，生物炭质量较好，但投资成本较高，增加二次裂解过程，适宜千户以上的村镇社区集中供气的热解炭气联产技术模式。以年利用5 000 t秸秆原料为例，秸秆原料收集量较大，运输半径增加，秸秆原料成本按250元/t计，年均总成本378万元，年均总收入427万元，净利润49万元，投资利润率可达19.2%，消耗每吨秸秆原料，净利润为135元/t。可减排温室气体CO2当量4 091 t，折合单位秸秆温室气体减排CO2当量0.82 t/t，考虑环境效益，碳排放交易收入6.55万元，折合13.1元/t，可增加8.8%的纯利润。

外加热式热解炭气油多联产技术工艺的燃气、生物炭及热解油三态产物均得到有效收集，作为终端产品，能量转化效率高，但增加了气液态产物的分离净化成本，适宜规模化热解炭气联产技术模式，秸秆用量万吨级以上，可供万户以上集中社区炊事用能、工业园区供气或发电上网。以年利用2万t秸秆原料为例，秸秆原料成本按250元/t计，年均总成本1 072.7万元，年均总收入 1 355.6万元，净利润282.9万元，即消耗每吨秸秆原料，净利润为141元/t，投资利润率可达20.9%。温室气体减排CO2当量0.67 t/t，考虑环境效益，碳排放交易收入21.57万元，折合10.8元/t，可增加7.1%的纯利润。

4 结 论

热解多联产技术工艺包括内加热式热解炭气联产技术工艺、外加热式热解炭气联产技术工艺、外加热式热解炭气油多联产技术工艺。3种工艺各具技术优势，且经济和环境效益良好，满足自然村、村镇集中社区、工（农）业园区等不同规模燃气需求用户，以及集中供气、供热、发电等不同用能需求。

针对不同规模及用户，总结出3种秸秆热解炭气（油）联产模式：1）适宜数百户至数千户规模的自然村单元用户的小型热解炭气联产技术模式；2）适宜千户以上的村镇社区集中供气的热解炭气联产技术模式；3）适宜规模化热解炭气联产技术模式，秸秆用量万吨级以上，可供万户以上集中社区供燃气、工（农）业园区供气或发电上网。

3种秸秆热解炭气（油）联产模式均能够得到较好应用，消耗每吨秸秆的成本为362～536元/t，收入为449～678元/t，净利润为87～141元/t，投资利润率为20%左右。碳排放交易收益为7.8～13.1元/t，可增加8%左右的纯利润，具有良好的经济和环境效益。

[1] 新华社. 中共中央国务院关于加快发展现代农业进一步增强农村发展活力的若干意见[EB/OL]. 2013.1.31. http:// www.gov.cn/jrzg/2013-01/31/content_2324293. htm.

[2] 中共中央政治局会议提出：发展生态友好型农业[EB/OL]. 2013.12.4.http://www.moa.gov.cn/fwllm/qgxxlb/hn/201312/t20131204_3697255.htm

[3] 何绪生，耿增超，佘雕，等. 生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J].农业工程学报，2011，27(2)：1－7. He Xusheng, Geng Zengchao, She Diao, et al. Implications of production and agricultural utilization of biochar and its international dynamics[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(2): 1－7. (in Chinese with English abstract)

[4] 丛宏斌，赵立欣，姚宗路，等. 我国生物炭化技术装备研究现状与发展建议[J]. 中国农业大学学报，2015，20(2)：21－26. Cong Hongbin, Zhao Lixin, Yao Zonglu, et al. Research status of biomass carbonization technical equipment and proposals for its development in China[J]. Journal of China Agricultural University, 2015, 20(2): 21－26. (in Chinese with English abstract)

[5] 霍丽丽，赵立欣，孟海波，等. 秸秆类生物质气炭联产全生命周期评价[J]. 农业工程学报，2016，32(增刊1)：243－248.Huo Lili, Zhao Lixin, Meng Haibo, et al. Life cycle assessment analysis for cogeneration of fuel gas and biochar[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): 261－266. (in Chinese with English abstract)

[6] 国家发展改革委. 中华人民共和国国家发展和改革委员会公告[EB/OL]. 2014.8.25. http://www.sdpc.gov.cn/gzdt/ 201409/ t20140905_625018. html.

[7] Barrow C J. Biochar potential for countering land degradation and for improving agriculture [J]. Applied Geography, 2012, 34: 21－28.

[8] Vamvuka D. Bio-0il, solid and gaseous biofuels from biomass pyrolysis processes an overview [J]. International Journal of Energy Research, 2011, 35(10): 835－862.

[9] Colonlba D B, Gabriella S, Carlo D R, et al. Product distribution from Pyrolysis of wood and agricultural residues[J]. Industrial & Engineering Chemistry Researeh, 1999, 38(6): 2216－222.

[10] Bridgwater A V, Peaeoeke G V. Fast pyrolysis processes for biomass [J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2000, 4(1): 71－73.

[11] 丛宏斌，赵立欣，姚宗路，等. 内加热连续式生物质炭化设备的研制[J]. 太阳能学报，2014，35(8)：1529－1535. Cong Hongbin, Zhao Lixin, Yao Zonglu, et al. Development of internal heating continuous type biomass carbonization equipment[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2014, 35(8): 1529－1535. (in Chinese with English abstract)

[12] 赵立欣，孟海波，姚宗路，等. 内加热连续式生物炭成套设备[P]. 中国专利：ZL201320245324.2，2014-01.

[13] 丛宏斌，姚宗路，赵立欣，等. 自燃连续式生物质热解炭气油联产系统燃气净化分离技术工艺研究[J]. 可再生能源，2015，33 (9)：1393－1397. Cong Hongbin, Yao Zonglu, Zhao Lixin, et al. Research on gas separation and purification technology for continuous pyrolysis system with biomass spontaneous combustion[J]. Renewable Energy Resources, 2015, 33 (9): 1393－1397. (in Chinese with English abstract)

[14] 陈红健，范晓旭，韩中合. 生物质流化炭气联产初步研究[J].农机化研究，2015，5(5)：242－245.Chen Hongjian, Fan Xiaoxu, Han Zhonghe, et al. A preliminary study of biochar-gas cogeneration from biomass fluidized pyrolysis [J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015, 5(5): 242－245. (in Chinese with English abstract)

[15] 刘标，陈应泉，何涛，等. 农作物秸秆热解多联产技术的应用[J]. 农业工程学报，2013，29(16)：213－219. Liu Biao, Chen Yingquan, He Tao, et al. Application of cogeneration technology of gas-liquid-solid products pyrolyzed from crop straw[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(16): 213－219. (in Chinese with English abstract)

[16] 郭莎莎. 固定床棉秆生物质炭-气联产实验研究[D]. 天津：河北工业大学，2014. Guo Shasha. The Experimental Study on Biomass Charcoal –Gas Cogeneration in Fixed-Bed[D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2014. (in Chinese with English abstract)

[17] 王娜. 生物质热解炭、气、油联产实验研究[D]. 天津：天津大学，2011.Wang Na. The Experimental Study on Production of Charcoal, Bio-Gas And Bio-Oil from Biomass Pyrolysis[D]. Tianjin: Tianjin University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[18] 赵立欣，贾吉秀，姚宗路，等. 生物质连续式分段热解炭化设备研究[J]. 农业机械学报，2016，47(8)：222－226. Zhao Lixin, Jia Jixiu, Yao Zonglu, et al. Equipment for biomass continuous grading pyrolysis[J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2016，47(8): 222－226. (in Chinese with English abstract)

[19] 张阿凤. 秸秆生物炭对农田温室气体排放及作物生产力的效应研究[D]. 南京：南京农业大学，2012. Zhang Afeng. A study on Effect of Biochar Amendment on Greenhouse Gases Emissions and Crop Productivity in Agriculture[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[20] 林青山，何艳峰，刘金森，等. 秸秆热解气化技术在提高秸秆利用率方面的优势分析[J]. 安徽农业科学，2014，42(14)：4399－4403, 4410. Lin Qingshan, He Yanfeng, Liu Jinmiao. The comparative advantage analysis of straw pyrolysis and gasification technology in utilization of straw[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2014, 42(14): 4399－4403. 4410. (in Chinese with English abstract)

[21] 张齐生. 农林生物质气化多联产技术集成与应用[J]. 林业与生态，2015，6(5)：14－15.

[22] 田原宇，乔英云. 生物质气化技术面临的挑战及技术选择[J]. 中外能源，2013，18(8)：27－32.Tian Yuanyu, Qiao Yingyun. Biomass gasification technology challenges and technical options[J]. Sino-Global Energy, 2013, 18(8): 27－32. (in Chinese with English abstract)

[23] 曾国揆，余东波. 生物质气化多联产技术应用研究[J]. 节能与环保，2014(5)：66－68.

[24] 高春雨，李铁林，王亚静. 中国秸秆气化集中供气工程发展现状×存在问题×对策[J]. 安徽农业科学，2010，38(4)：2181－2183. Gao Chunyu, Li Tielin, Wang Yajing. Current situation, existing problems and countermeasures of straw gasification and gas centralized supply in China[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010, 38(4): 2181－2183. (in Chinese with English abstract)

[25] 李定凯，孙立，崔远勃. 秸秆气化集中供气系统技术评价[J]. 农业工程学报，1999，1(1)：170－174. Li Dingkai, Sun Li, Cui Yuanbo. Technical assessment on rural cooking gas supply system for straw gasif ication technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 1999, 1(1): 170－174. (in Chinese with English abstract)

[26] 古启隆，杜秋香. STQ-1型生物质炭气油联产系统评价分析[J]. 可再生能源，2005，121(3)：47－50. Gu Qilong, Du Qiuxiang. Evaluation & analysis on STD-1 biomass for charcoal, gas & oil joint production system[J]. Renewable Energy, 2005, 121(3): 47－50. (in Chinese with English abstract)

[27] 陈永生，曹光乔，张宗毅. 村级秸秆气化集中供气工程的技术、经济性评价[J]. 农业开发研究，2007，10(6)：11－15.

[28] 中科华碳（北京）信息技术研究院&易碳家期刊. 碳排放交易[EB/OL]. [2016-03-29] http://www.tanpaifang.com/ tanhangqing/.

Utilization model and its efficiency analysis of biochar-gas-oil polygeneration by straw pyrolysis

Huo Lili, Zhao Lixin※, Yao Zonglu, Meng Haibo, Cong Hongbin

(100125)

There are about 7 tons of straw produced in China each year, about half of them have not been used effectively. Straw pyrolysis polygeneration technology changed wastes and straw into biochar, which can not only provide clean energy, improve the energy structure, but also fix carbon and realize carbon reapplication, so it has good application potential. Three kinds of process characteristics of internal heating type moving bed of biomass carbon gas cogeneration technology, and external heating type moving bed pyrolysis carbon gas cogeneration technology, external heating type moving bed pyrolysis carbon gas generation technology were analyzed, the suitability of three technologies were evaluated. Three processes have their own technological advantages. With internal heating type pyrolysis carbon gas production technology, the calorific value of gas is slightly lower, which is 3-6 MJ/kg; but investment cost is low, because its equipment is relatively simple and almost no external energy consumption, which effectively reduced the cost of equipment and fuel consumption. So it is suitable for hundreds of thousands of households to thousands of natural villages. The pyrolysis gas production technology mode of the primary pyrolysis gas after secondary pyrolysis, its heating rate is twice as high as that of the internal heating type, and its energy conversion rate is 40% to 60%; This mode can be directly used to provide cooking through the gas pipeline directly to the village community to focus on gas supply. Although the equipment cost and energy consumption of external heating and secondary pyrolysis are increased, the problem of difficult to deal with the by-products such as tar is solved, ensured the environmental benefits of the application of technical engineering. That is suitable for the rural community centralized gas supply of over 1000 households; The pyrolysis gas, carbon and oil three-state products of the external heating pyrolysis multi-generation technology are effectively collected. As a terminal product, the efficiency of energy conversion is high, maximizing the use of the pyrolysis process of all the energy. The gas calorific value is higher than that of the process one and lower than process two, which can be used for cooking more than 10 000 households, industrial park gas supply or power generation, etc. Therefore, it is suitable for large-scale pyrolysis carbon gas production technology model. The annual utilization of 2000, 5000 and 10000 t straw raw materials for three models as an example, the cost of three different models of straw consumption per ton of straw were 362, 569, 536 yuan/t, income were 449, 704, 678 yuan/t, net profit were 87, 135 and 141 yuan/t, sales were about 20% profit margin, the greenhouse gas carbon emission trading income is 7.8, 13.1, 10.8 yuan/t, the greenhouse gas emissions of carbon dioxide emissions of 0.48, 0.82, 0.67 t, carbon emissions trading price was 16 yuan/t, respectively, an increase was 8.2%, 8.8%, 7.1% of the net profit, good economic and environmental benefits, respectively.

straw; pyrolysis; gas; biochar; application mode

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.031

TK6S216.2

A

1002-6819(2017)-03-0227-06

2016-04-18

2016-12-30

国家科技支撑计划“自然村生产生活循环技术系统构建和集成示范”（2015BAL04B03），中国科协“青年人才托举工程”（2015-2017年度）

霍丽丽，女，内蒙古，高级工程师，博士，主要从事生物质能源开发利用研究。北京农业部规划设计研究院，100125。 Email：huolili666@126.com

赵立欣，女，研究员，主要从事农村能源、生物质资源开发利用研究。北京农业部规划设计研究院，100125。 Email：zhaolixin5092@163.com

霍丽丽，赵立欣，姚宗路，孟海波，丛宏斌.秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析[J]. 农业工程学报，2017，33(3)：227－232. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.031 http://www.tcsae.org

Huo Lili, Zhao Lixin, Yao Zonglu, Meng Haibo, Cong Hongbin.Utilization model and its efficiency analysis of biochar-gas-oil polygeneration by straw pyrolysis [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(3): 227－232. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.031 http://www.tcsae.org