1、231 生物質(zhì)、生物質(zhì)能的概念生物質(zhì)：自然界中有生命的，可以生長的各種有機物質(zhì)，包括動物、植物和微生物。生物質(zhì)能：由太陽能轉(zhuǎn)化而來的以化學(xué)能形式儲存在生物質(zhì)中的能量。2 生物質(zhì)的種類和資源種類1）農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源：農(nóng)作物（包括能源植物）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、農(nóng)業(yè)加工業(yè)廢棄物等2）林業(yè)生物質(zhì)資源：森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程中所提供的生物質(zhì)資源3）畜禽糞便：畜禽排泄物的統(tǒng)稱4）生活污水和工業(yè)有機廢水：農(nóng)村和城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成5）城市固體有機廢棄物：主要由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾等固體有機廢棄物組成，成份復(fù)雜。資源特點1） 資源分布十分廣泛，遠比石油豐富，可以不斷再生。2） 城

2、市內(nèi)燃機車輛使用從生物質(zhì)資源提取或生產(chǎn)出的乙醇、液態(tài)氫時，有利于保護環(huán)境。3） 開發(fā)生物質(zhì)能源，可以促進經(jīng)濟發(fā)展，提高就業(yè)機會，具有經(jīng)濟與社會的雙重效益。4） 在貧瘠的或者被侵蝕的土地上種植能源作物或者植被，可以改善土壤、生態(tài)環(huán)境，提高土壤利用度。3 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)有哪些類型？1） 直接燃燒技術(shù)：最普通的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)，即燃料中可燃成份和氧化劑（一般是空氣中的氧氣）發(fā)生氧化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過程，在反應(yīng)過程中強烈析出熱量，并使燃燒產(chǎn)物的溫度升高。2） 生物轉(zhuǎn)換技術(shù)：用微生物發(fā)酵方法將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為燃料物質(zhì)的技術(shù)，通常生產(chǎn)的液體燃料為乙醇，氣體燃料為沼氣，并伴有二氧化碳產(chǎn)生。3）熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)：

3、在加熱條件下，用熱化學(xué)手段將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成燃料物質(zhì)的技術(shù)。常用的方法有氣化法、熱裂解法和高壓液化法。4）其他轉(zhuǎn)換技術(shù)：生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)，生物柴油，生物質(zhì)制氫。第二章 生物質(zhì)能資源與能源植物1 生物質(zhì)能資源有何特點 (1)可再生 (2)普遍、易取(3)可儲存和運輸(4)揮發(fā)組分高，炭活性高，易燃(5)環(huán)保(6)是能量密度較低的低品位能源.2 生物質(zhì)化學(xué)組成的主要成分有哪些？(1)纖維素 (2)半纖維素 (3)木質(zhì)素(4)淀粉(5)蛋白質(zhì) (6)其他有機成分(有機物)(7)其他無機成分(無機物) 3 生物質(zhì)的元素分析成分有哪些？ C H O N S P K 灰分等4 生物質(zhì)組成成分的工業(yè)分析成分

4、有那些？ 水分 揮發(fā)分 灰分 固定碳 5 生物質(zhì)的物理特性和熱性質(zhì)主要包括： 1、粒度，形狀和粒度分布 2、密度和堆積密度 3、摩擦和流動特性角4、比熱容 5、導(dǎo)熱性6 能源植物： 能源植物通常包括速生薪炭林，含糖或淀粉植物，能榨油或產(chǎn)油的植物，可供厭氧發(fā)酵用的藻類和其他植物等。能源植物中的化學(xué)能是來源于太陽能取之不盡，用之不絕。能源植物含硫量低，作為能源消費時，不會產(chǎn)生大量的S02等污染氣體，可明顯減少酸雨發(fā)生的可能，并且釋放的C02又可以被生長的能源植物重新吸收，實現(xiàn)CO2的零排放。按植物中所含主要生物質(zhì)的化學(xué)類別來分類，主要包括： (1)糖類能源植物 主要生產(chǎn)糖類原料，可直接用于發(fā)酵法生

5、產(chǎn)燃料乙醇，如甘蔗、甜高粱、甜菜等。 (2)淀粉類能源植物 主要生產(chǎn)淀粉類原料，經(jīng)水解后可用于發(fā)酵法生產(chǎn)燃料乙醇，如木薯、玉米、甘薯等。 (3)纖維素類等能源植物 經(jīng)水解后可用于發(fā)酵法生產(chǎn)燃料乙醇，也可利用其他技術(shù)獲得氣體、液體或固體燃料，如速生林木和芒草等。 (4)油料能源植物 提取油脂后生產(chǎn)生物柴油，如油菜、向日葵、棕櫚、花生等。 (5)烴類能源植物 提取含烴汁液，可產(chǎn)生接近石油成分的燃料，如續(xù)隨子、綠玉樹、銀膠菊、西谷椰子和西蒙得木等。第三章 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)1 生物質(zhì)的元素分析成分有哪些？生物質(zhì)的組成成分如何表示？元素分析成分有碳、氫、氧、氮、硫、磷、鉀和灰分等表示方法有應(yīng)用基、分析

6、基、干燥基和工業(yè)分析法之分。應(yīng)用基：按實際進入爐灶的燃料取樣分析計算所得到組成成分的質(zhì)量分數(shù)，表示是在該成份符號右上角加“y”，如Cy，由于自由水變化幅度很大，該表示法僅在具體做測試計算時使用，不便作為手冊、資料上的數(shù)據(jù)查用。分析基：以風干燃料為基準，分析化驗計算后所得的各元素組成成分的百分數(shù)值，這是一般資料上給出的數(shù)據(jù)，分析基以成分右上角加“f”表示，如Cf干燥基：干燥基是以完全干燥的燃料為基準進行測定計算的，它是在元素右上角加“g”表示，如Cg工業(yè)分析法：也稱近似分析法，它不是測定各元素含量而是測定燃料的水分（W），灰分（A），揮發(fā)分（V），固定碳（C）的含量，以表示燃料的主要燃燒特性指標

7、。2 高位發(fā)熱值與低位發(fā)熱值的區(qū)別？高位熱值：將一定重量的生物質(zhì)試樣，放在一個密閉容器（通稱氧彈）中，在有過剩氧氣存在的條件下使其完全燃燒，用水吸收放出的熱量，然后由水溫的升高計算出該生物質(zhì)的發(fā)熱量。它是生物質(zhì)燃料完全燃燒釋放出的全部熱量，包括燃燒時的顯熱和所含水分的汽化潛熱。低位熱值：把在大氣狀況下完全燃燒單位重量的生物質(zhì)所得到的熱量稱為低位熱值。它等于從高位熱值中減去水蒸汽的汽化潛熱后的熱量，也就是燃料實際放出的熱量。兩者的區(qū)別在于，高位熱值包含了水分的汽化潛熱，而低位熱值不包含，兩者換算關(guān)系為： QDW=QGW-25(9H+W) DW：低位熱值，GW：高位熱值，H、W：氫氧元素組成，%3

8、固體燃料的燃燒按燃燒特征常分為哪幾類？1） 表面燃燒：燃燒反應(yīng)在燃料表面進行，通常發(fā)生在幾乎不含揮發(fā)分的燃料中，如木炭表 面的燃燒。2） 分解燃燒：當燃料的熱解溫度較低是，熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分析出后，與氧進行氣相燃燒反 應(yīng)。生物質(zhì)的燃燒過程屬于分解燃燒。3） 蒸發(fā)燃燒：主要發(fā)生在熔點較低的固體燃料。燃料在燃燒前首先熔融為液態(tài)，然后再進行蒸發(fā)和燃燒（相當于液態(tài)燃料）。4 生物質(zhì)的燃燒包括哪幾個過程？1）預(yù)熱與干燥：柴草送入爐膛后，當本身溫度升高到100左右時，所含水分首先被蒸發(fā)出來變成干柴，該過程會吸收燃燒過程中釋放的熱量從而降低燃燒室的溫度，減緩燃燒過程。該過程的時間長短和吸熱多少由柴草的干濕程度

9、決定。2）揮發(fā)分析出燃燒及木炭形成：隨溫度繼續(xù)增高（180左右），開始轉(zhuǎn)入析出揮發(fā)分階段。此時大量揮發(fā)分以氣體形式大量放出，并迅速與爐膛的氧氣混合，當溫度升高到240以上，這些可燃氣體被點燃，并在燃料表面燃燒，發(fā)出明亮火焰。此時燃燒產(chǎn)生的熱量就會迫使燃料內(nèi)部的揮發(fā)分不斷析出燃燒直至殆盡。3）木炭燃燒：當揮發(fā)物燃燒快終了時，木炭便開始燃燒，此時爐膛里的氧氣可以直接擴散到木炭表面并與之反應(yīng)，使木炭燃燒。4）燃盡：木炭燃燒過程中，不斷產(chǎn)生灰分，這些灰分包裹著剩余的木炭，使木炭的燃燒速度減慢，爐膛的溫度降低，此時，適當抖動，加強通風，使灰分脫落，余碳才能充分燃盡。柴草燃燒最終剩下的是灰燼。5 燃燒的三

10、要素是什么？影響燃燒速度的主要因素有哪些？一定的溫度：溫度是良好燃燒的首要條件，溫度的高低對生物質(zhì)的干燥、揮發(fā)分析出和點火燃燒有著直接影響。溫度高，干燥和揮發(fā)分析出順利，達到著火燃燒的時間也比較短，點火容易。燃燒反應(yīng)將愈激烈。合適的空氣量及與燃料良好的混合：由于燃料所含的元素組成成分不同，燃料所需要的空氣量也不同。通過計算可得到理論通氣量，實際供氣量由于爐膛結(jié)構(gòu)等原因，要比理論供氣量稍大一些，過多過少都不利于燃燒。時間和空間：燃料燃燒需要一定的時間，一是化學(xué)反應(yīng)時間，二是空氣和燃料或燃氣的混合時間。前者時間很短，不起主導(dǎo)作用；后者是氧氣擴散的時間，若無保證就會產(chǎn)生不完全燃燒，造成浪費。主要因素

11、溫度：通過對化學(xué)反應(yīng)速度的影響而起作用的。溫度越高，反應(yīng)速度越快。氣流擴散速度：氣流擴散速度由氧氣濃度決定，根據(jù)溫度和氣流擴散速度對燃燒影響程度的不同，可將燃燒劃分為動力燃燒區(qū)，擴散燃燒區(qū)和過度燃燒區(qū)三種不同的區(qū)域。第四章 生物質(zhì)壓縮成型技術(shù) 思考題1 壓縮成型材料成型物內(nèi)部的黏合力類型和黏合方式分成哪5類？1） 固體顆粒橋接或架橋2） 非自由移動粘合劑作用的粘合力3） 自由移動液體的表面張力和毛細壓力4） 粒子間的分子吸引力（范德華力）或靜電引力5） 固體顆粒間的填充或嵌合2 簡述生物質(zhì)壓縮成型過程的黏結(jié)作用。在相同的壓縮條件下，不同生物質(zhì)成型塊的物理品質(zhì)卻出現(xiàn)較大差異，這與生物質(zhì)原料本身的

12、生物特性有一定關(guān)系。在構(gòu)成生物質(zhì)的各種成分中，木質(zhì)素普遍認為是生物質(zhì)固有的最好的內(nèi)在粘結(jié)劑，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物， 100開始軟化，160形成熔融膠體，因此，木素含量高的農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物適合熱壓成型。生物質(zhì)體內(nèi)的水分作為一種必不可少的自由基，流動于生物質(zhì)團粒間，在壓力作用下，與果膠質(zhì)或糖類混合形成膠體，起粘結(jié)作用，因此過于干燥的生物質(zhì)材料通常情況下難以壓縮成型。生物質(zhì)中的半纖維素由多聚糖組成，在一定時間的儲藏和水解作用下可以轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素，也可達到粘結(jié)劑的作用。生物質(zhì)中的纖維素，半纖維素和木質(zhì)素在不同的溫度下，均能受熱分解轉(zhuǎn)化為液態(tài)、固態(tài)和部分氣態(tài)產(chǎn)物，利用熱解反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)

13、熱解油（或焦油）作為壓縮成型的粘結(jié)劑，有利于提高粒子間的粘聚作用，并提高成型燃料的品質(zhì)和熱值。3 壓縮過程的影響因素有哪些？1） 壓塊（壓捆）的松弛密度：壓塊（壓捆）出模后最終穩(wěn)定的密度為松弛密度。松弛密度比模內(nèi)壓縮密度小。壓塊的松弛密度受秸稈物理特性和成型工藝有關(guān)的諸多因素影響。成型物出模后瞬間會有膨脹（彈性變形），然后有一段較長時間應(yīng)力松弛，密度減小到應(yīng)力松弛結(jié)束。2） 成型所需壓力：主要目的有：使物料原來的物相結(jié)構(gòu)破壞，組成新的物相結(jié)構(gòu)。加固分子間凝聚力，使物料密實，強度增加。為物料在膜內(nèi)成型及推進提供動力。一個壓縮循環(huán)由慣性階段（秸稈壓縮處于松散狀態(tài)）和彈性階段（壓縮塊開始含有粘聚體）

14、兩個階段組成。通過一個壓縮循環(huán)，植物莖桿和葉子粒子交錯，嵌合在一起。在最大壓力給定時，秸稈在模內(nèi)壓縮時的密度隨模子的直徑減小而呈指數(shù)降低。3） 成型模具的幾何特征：當模內(nèi)壓縮密度預(yù)定時，隨模子直徑增加，壓縮所需的必能呈指數(shù)級下降。有效體積模量的變化、孔隙度指數(shù)的變化、模壁摩擦力的相對影響都與模子直徑變化有關(guān)；當模子直徑減小時，這些因素的變化都將導(dǎo)致比能隨之減小。4） 填料量：模子的填料量決定了壓縮秸稈的初始密度，增大模子尺寸可以提高填料量。當模子尺寸恒定，填料量超過4：1范圍后，最大壓力一旦達到一特定值，模內(nèi)物料的壓縮密度就不再受填料量的影響。5） 壓縮方式：秸稈壓縮所采用的加載方式對壓縮物料

15、的松弛特性是有影響的，也就是說對物料的最終密度值是有影響的。加載速度、施加的最大壓力及其保壓時間是與壓縮方式有關(guān)的重要參數(shù)。6） 物料的破碎程度：一般，秸稈在模內(nèi)壓縮成型前，需要切斷或粉碎。秸稈切斷長度對壓縮能無明顯影響，但卻能影響成型塊的持久性。7） 物料含水率：秸稈壓縮成型中，合適的水分對成型效果影響顯著，過高或過低都將不利于秸稈壓縮成型。當壓力不變且含水率在一定范圍時，隨著含水率升高，壓縮密度可達最大值。而松弛密度一定時，隨著含水率提高，所需壓力變大，最大壓力值正好對應(yīng)著含水率的上限。壓塊的松弛密度隨含水量的升高以指數(shù)級下降。8） 成型溫度：對于高密度壓縮成型，溫度是一個重要因素。物料加

16、熱到木素軟化溫度或熔融溫度，可增強秸稈的粘結(jié)作用，提高成型物的耐久性和松弛密度。溫度還可以引起永久的粘塑性形變，增強物料的塑性和流動性，是粒子更易嵌合。提高溫度可以減小壓力和能量，縮短保壓時間。4 生物質(zhì)壓縮成型的工藝有哪些？1） 常溫常壓壓縮成型工藝：纖維類原料在常溫下，浸泡數(shù)日水解處理后，纖維變得柔軟、濕潤皺裂并部分降解，其壓縮成型特性明顯改善，易于壓縮成型。同樣，利用簡單的杠桿和模具，將部分降解后的農(nóng)林廢棄物中的水分擠出，即可形成低密度的成型燃料塊。2） 熱壓成型工藝：這是國內(nèi)外普遍采用的成型工藝，其工藝流程為：原料粉碎干燥擠壓成型冷卻包裝等幾個環(huán)節(jié)。該工藝的主要特點是物料在模具內(nèi)被擠壓

17、的同時，需對模具進行外部加熱，將熱量傳遞給物料，使物料受熱而提高溫度。3） 預(yù)熱成型工藝：與上述熱壓成型工藝不同，該工藝采用在原料進入成型機壓縮之前，對其進行了與熱處理，即將原料加熱到一定溫度，使木素軟化起粘結(jié)作用，并且在后續(xù)壓縮過程中減少原料與模具的摩擦作用，降低成型壓力，從而提高成型部件的使用壽命，降低能耗。4） 碳化成型工藝：首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后加入一定量的粘結(jié)劑壓縮成型。生物質(zhì)原料高溫熱裂解成炭，并釋放出揮發(fā)分，因而其壓縮性能得到改善，成型部件的機械磨損和壓縮能耗明顯降低。但炭化原料壓縮成型后力學(xué)強度較差，一般都要添加一定量的粘結(jié)劑。 第五章 生物質(zhì)炭化活化技術(shù) 思考題

18、第一節(jié)：木材熱解及其產(chǎn)物的形成過程1.簡述木材干餾四個階段的溫度范圍與特征。干燥階段：溫度在150以內(nèi)，吸收外部熱量完成。木材受熱發(fā)生水分的蒸發(fā)干燥，得到餾出液是水，氣體產(chǎn)物是空氣及少量的二氧化碳，此階段木材的化學(xué)組成基本不變。預(yù)碳化階段：溫度在150275，吸收外界熱量。受熱引起其不穩(wěn)定組分發(fā)生顯著熱分解，餾出液除了水還有少量的醋酸、甲醛等有機物，不凝性氣體除了二氧化碳，可燃性一氧化碳、甲烷增加，此階段木材化學(xué)組成發(fā)生明顯變化，結(jié)束時木材變成褐色。碳化階段：溫度在275450，木材激烈地熱分解，生成大量分解產(chǎn)物并放出反應(yīng)熱。木材干餾的主要產(chǎn)物幾乎在此階段生成，餾出液中醋酸、甲醛、木焦油含量大

19、增，氣體產(chǎn)物中一氧化碳、甲烷、氫氣比例上升，本階段結(jié)束，木炭已經(jīng)生成。煅燒階段：溫度達到400450，吸收外界熱量。木材干餾已經(jīng)基本完成，進一步加熱提高溫度，對干餾釜內(nèi)固體殘留物煅燒，降低揮發(fā)分含量，提高固定碳含量增加木炭強度，本階段餾出液和不凝性氣體產(chǎn)量已經(jīng)很少。2.木材熱解時，CH3COOH、CH3OH、醛類、水分等熱解產(chǎn)物是如何形成的。3.按存在形態(tài)分，木材熱解的產(chǎn)物有哪些？各有什么主要用途、木材熱分解可以得到固態(tài)產(chǎn)物木炭、液態(tài)產(chǎn)物木醋液和氣態(tài)產(chǎn)物木煤氣。4.木材的三大組分熱解的溫度范圍，最激烈的熱解溫度，熱解特征如何？纖維素熱分解：從240開始，于400左右結(jié)束，在300375熱分解反

20、應(yīng)最激烈。纖維素熱分解可分為四階段，一、發(fā)生纖維素吸收的水分的干燥蒸發(fā)二、纖維素大分子葡萄糖基脫水反應(yīng) 三、熱裂解階段，除了甙鍵斷裂還伴隨脫水、熱裂解、歧化反應(yīng) 四、聚合和芳構(gòu)化，上述初級降解產(chǎn)物發(fā)生碳碳鍵和碳氧鍵斷裂釋放出一氧化碳，殘留的碳碳鍵芳構(gòu)化最終形成木炭，左旋葡萄糖酐縮聚形成左旋葡萄糖進一步形成液態(tài)混合物木焦油。半纖維素熱分解：從145開始，于225325反應(yīng)最激烈。半纖維素在三種組要成分中裂解溫度是最低的，對熱的穩(wěn)定性最差，與纖維素一樣，先后經(jīng)脫水、甙鍵斷裂、熱裂解、縮聚和芳構(gòu)化過程，產(chǎn)物與纖維素類似。木質(zhì)素熱分解：在250500之間熱裂解，310420裂解反應(yīng)最激烈。當木質(zhì)素被加

21、熱到250時，開始放出二氧化碳和一氧化碳之類含氧氣體，溫度升高到310反應(yīng)變得激烈，開始放熱，生成大量蒸氣氣體產(chǎn)物，可凝性氣體有醋酸、甲醛、木焦油等，不凝性氣體有甲烷等烴類物質(zhì)出現(xiàn)，超過420蒸氣產(chǎn)物數(shù)量減少，反應(yīng)基本完成。第二節(jié)：木材熱解條件對熱解過程的影響1.炭化的最終溫度、升溫速度和木材含水率等對熱解的影響如何？木材干餾的最終溫度是影響干餾產(chǎn)物的組成和性質(zhì)的決定性因素，隨著最終溫度的升高，首先生成反應(yīng)水及酸類物質(zhì)，而其他各種有機物及木焦油在較高溫度下逐漸形成，隨著最終溫度升高，木炭得率及揮發(fā)分含量減少，其固定碳含量及微孔容積增加。隨著干餾升溫速度提高，木焦油得率顯著增加，木炭得率明顯減少

22、，對其他產(chǎn)物得率也有一定影響，但升溫速度太快會導(dǎo)致木材開裂，強度下降，影響木炭的質(zhì)量。木材的含水率影響木材干餾過程的時間和能源的消耗，并對產(chǎn)品有一定影響，木材含水率大時，增加干燥階段的時間和能源消耗，導(dǎo)致木醋液中水分含量增加，有機物濃度下降，不利于進一步加工利用，木材含水率太小，炭化階段的放熱反應(yīng)激烈，熱分解速度太快，會導(dǎo)致主要產(chǎn)品木炭開裂、質(zhì)量下降。2.木材附加H3PO4.ZnCl2熱解時，產(chǎn)物得率等與一般熱解有何不同？第三節(jié)：木材熱解工藝1.木材和果殼炭化的原理？2.木材熱解、木材干餾、燒炭。木材氣化的定義。木材熱解：木材熱解是在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，將木材（如薪炭材、森林采伐和

23、加工剩余物以及其他植物原料）加熱使其分解并制成各種熱解產(chǎn)品的方法。木材干餾：在隔絕空氣的條件下，讓木材在干餾釜中熱分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚劑、松焦油、木炭及木煤氣等化工產(chǎn)品的方法。燒炭：木材炭化，俗稱燒炭，是在限制地供給少量空氣的條件下，使木材在炭化裝置中進行熱分解，以制取木炭的操作。木材氣化：在高溫下，利用氣化劑使木材之類植物原料或其他含碳固體材料，轉(zhuǎn)變成可燃性其他的熱化學(xué)過程。3.木材氣化時有哪些主要反應(yīng)？木材氣化時炭化過程有何特點？空氣氣化反應(yīng)：水蒸氣氣化反應(yīng):空氣和水蒸氣氣化反應(yīng)：第四節(jié)：活性炭的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.活性炭的堆積密度、顆粒密度、真密度的含義？如何測定？充填密度

24、：又叫堆積密度、公升重或松密度，是以規(guī)定條件下試樣的充填體積為基準表示的密度。活性炭試樣的充填體積用量筒法測量。顆粒密度：顆粒密度又叫塊密度、汞置換密度，是以規(guī)定條件下試樣的顆粒體積為基準表示的密度?；钚蕴吭嚇宇w粒體積用汞置換法測量。真密度：真密度又叫絕對密度，是以規(guī)定條件下試樣的無孔真實體積為基準表示的密度?；钚蕴康臒o孔真實體積用氦氣置換法測量。2.什么是活性炭的比孔容積？孔隙率？它們與密度的關(guān)系如何？如何計算？比孔容積：1g活性炭所含有的顆粒內(nèi)部空隙的總體積稱作比孔容積，簡稱比孔容，比孔容積大的活性炭空隙結(jié)構(gòu)發(fā)達。比孔容積可以由顆粒密度和真密度計算Vg=1孔隙率：表示活性炭顆粒內(nèi)部空隙體積

25、占顆粒體積的比率，孔隙率大的活性炭空隙結(jié)構(gòu)發(fā)達。可按下式計算：3.活性炭的孔隙如何分類？各有何作用？大孔：大孔中進行的是多分子層吸附，但其比表面積不大，吸附量有限，大孔還具有吸附質(zhì)經(jīng)過它而進入其內(nèi)部的過渡孔、微孔的通道作用，而且活性炭用作催化劑載體時，較大的空隙作為催化劑附著部位較為重要。過渡孔：在氣相吸附中，當吸附質(zhì)氣體分壓較高時，過渡孔通過毛細凝聚作用吸附并將吸附質(zhì)凝聚成液體狀態(tài)，在液相吸附中，特別是吸附焦糖色之類大分子物質(zhì)時，過渡孔具有重要作用，液相吸附中常用過渡孔發(fā)達的活性炭，與大孔類似，過渡孔也具有吸附質(zhì)通過它而進入內(nèi)部微孔的通道作用。微孔：微小的孔徑?jīng)Q定了活性炭對濃度極低的吸附質(zhì)仍

26、具有較好的吸附能力，微孔是吸附的主要場所，在吸附分壓較低的氣相吸附中尤為重要，微孔孔徑大小與吸附質(zhì)分子大小相當，導(dǎo)致吸附質(zhì)分子無法再微孔中發(fā)生毛細凝聚，而是通過溶劑填充進行吸附。4.活性炭的元素組成？表面氧化物分類及特征？活性炭有有機官能團？組成：碳、兩類非碳元素，包括一類與碳化學(xué)結(jié)合元素，主要是氧和氫，還有少量氯，另一類是無機物質(zhì)灰分。表面氧化物：酸性表面氧化物能與堿發(fā)生中和反應(yīng)，能力之間存在差異；堿性表面氧化物能夠使活性炭吸附酸，并在特定的溶劑如甲苯才能進行部分脫附?；钚蕴坑袡C官能團：酸性官能團，苯甲酸、苯酚；堿性官能團，r吡喃酮式；中性官能團，5.活性炭的基本微晶結(jié)構(gòu)有哪兩種類型？富蘭克

27、林結(jié)構(gòu)模型，分為易石墨化性碳、難石墨化性碳。賴利結(jié)構(gòu)模型，鄰四苯撐的立體結(jié)構(gòu)6.活性炭吸附的類型？各型吸附的作用力是什么？兩種類型的吸附有何差異？活性炭吸附類型：液相吸附、氣相吸附。吸附作用力：分子間引力和化學(xué)鍵力，根據(jù)作用力性質(zhì)，將吸附作用分物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附和化學(xué)吸附的差異：當吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力是分子間引力為物理吸附，是可逆性吸附，脫附后吸附劑活性炭表面恢復(fù)原來狀態(tài)，吸附質(zhì)性質(zhì)不發(fā)生變化；當吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是化學(xué)鍵力時發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)為化學(xué)吸附，是不可逆吸附，脫附后，活性炭表面狀態(tài)不能恢復(fù)，吸附質(zhì)化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。7.活性炭吸附時，積分吸附熱和微分吸附熱的定義？如

28、何用方程QRT2求微分吸附熱？積分吸附熱：吸附劑吸附吸附質(zhì)的數(shù)量從零開始到某一定值為止所放出熱量總和微分吸附熱：微分吸附熱又叫等量吸附熱，表示吸附劑吸附微量吸附質(zhì)的瞬間所放出的熱量求微分吸附熱：通常先測定相近溫度下23條吸附等溫線，再通過方程求值。覆蓋度 可用平衡吸附量V與飽和吸附量Vm比值表示，當計算某一覆蓋度下的微分吸附熱時，首先從該覆蓋度做一水平線與兩條吸附等溫線T2、T1相交，讀出兩個交點處吸附質(zhì)壓力P2、P1，代入上式可計算出。8.BET理論的內(nèi)容是什么？如何用BET方程式計算吸附劑的比表面積？BET理論內(nèi)容：吸附劑表面吸附了一層吸附質(zhì)分子以后，由于吸附質(zhì)分子之間存在著范德華力而繼續(xù)

29、進行吸附，結(jié)果在吸附劑表面形成了吸附質(zhì)分子的多分子層。吸附劑分子吸附的第一層吸附質(zhì)分子依靠的是吸附劑與吸附質(zhì)之間的吸附力，而第二層以后依靠吸附質(zhì)分子間的范德華力吸附，因此，第一層與以后各層吸附熱不同，而第二層以后各層吸附熱彼此都相同，接近于吸附質(zhì)的液化熱。計算吸附劑比表面積：9.活性炭吸附劑有哪些特征？影響活性炭在氣相、液相中吸附的主要因素有哪些？活性炭吸附劑特征：1、非極性與疏水性2、微孔發(fā)達、比表面積大、吸附能力大3、具有催化性質(zhì)4、性質(zhì)穩(wěn)定可以再生影響活性炭氣相吸附因素：1、吸附體系的溫度 2、吸附質(zhì)的沸點和臨界溫度 3、吸附質(zhì)的壓力 4、吸附質(zhì)分子的大小 5、多種氣體吸附質(zhì)共存影響活性

30、炭液相吸附因素：1、吸附質(zhì)的溶解度 2、溶劑的種類和性質(zhì) 3、吸附質(zhì)的種類和性質(zhì) 4、多種吸附質(zhì)共存的混合溶液 5、吸附質(zhì)的電離作用和溶液的PH值10.用開爾文方程式ln=cos討論活性炭吸附蒸汽時是先從小孔再到大孔隙吸附的？第五節(jié)：氣體活化法生產(chǎn)活性炭1.在氣體活化過程中，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)是如何形成的？氣體活化過程中，活化劑對原料炭化作用孔隙結(jié)構(gòu)形成主要體現(xiàn)在：1、清除堵塞在原料炭空隙中的焦油非組織碳，使原料在炭化過程中使已形成的孔隙開放、暢通。2、氣體活化劑有選擇的與原料炭表面上的碳原子發(fā)生活化反應(yīng)，結(jié)果形成新的孔隙。 3、氣體活化劑與原料炭原有孔隙內(nèi)表面上的碳原子發(fā)生活化反應(yīng)的結(jié)果使孔徑

31、變大2.氣體活化劑有哪些種類？各種氣體活化劑在活化過程中的反應(yīng)？有什么特點？水蒸氣活化反應(yīng)：水蒸氣作為活化劑在750950下進行，在高溫下水蒸氣與碳發(fā)生反應(yīng)，吸收熱量C+H2OCO +H2 130KJ/mol煙道氣活化反應(yīng)：煙道氣作為活化劑，其組成二氧化碳和水蒸氣都參與活化反應(yīng)，在800950下進行，吸熱反應(yīng)C+CO22CO -170KJ/mol空氣活化反應(yīng)：空氣作為活化劑，起活化作用的是氧氣，反應(yīng)放熱C+O2CO2+392KJ/mol 3.氣體活化法生產(chǎn)活性炭有哪些原料、工藝、設(shè)備？原料：氣體活化生產(chǎn)活性炭有不定型顆?；钚蕴?，常用原料有椰子殼、杏核殼、核桃殼、橄欖殼以及煤；粉末狀活性炭，常用

32、原料有松木炭、樺木炭；成型顆?；钚蕴砍Ｓ迷现饕敲海袝r木炭屑或木炭。工藝：不定型顆?；钚蕴抗に嚥僮鳎簜淞匣罨罨系暮筇幚恚╝除砂b破碎、篩選c酸、水洗 d干燥e篩分及包裝）粉末狀活性炭工藝操作：備料活化活化料的后處理(a除砂及粉碎b酸、水洗c干燥及包裝)成型顆?；钚蕴抗に嚥僮鳎涸掀扑榧胺鬯槟蠛铣尚透稍锛疤炕罨Y分和包裝設(shè)備：不定型活性炭設(shè)備主要是斯列普爐又名鞍式爐；粉末狀活性炭設(shè)備主要是多管爐；成型顆?；钚蕴吭O(shè)備主要是斯列普爐或回轉(zhuǎn)爐4.生產(chǎn)成型顆粒炭常用的粘結(jié)劑有哪些？對它們有哪些要求？常用粘接劑有煤焦油、木焦油和煤瀝青等。要求：對煤粉或木炭粉應(yīng)具有良好的滲透性、侵潤性及粘接性，灰

33、分含量少，與煤粉或木炭粉的混合物應(yīng)具有良好的可塑性，成型物的機械強度大等。5.多管爐、鞍式爐、回轉(zhuǎn)爐各適用于什么場合？各種爐在正常操作時爐內(nèi)為正壓還是負壓？壓力為什么不能過大或過?。繝t內(nèi)物料與活化劑的相對流向如何？爐內(nèi)物料的受熱方式？正常操作時是否需外加熱量？為什么？多管爐、鞍式爐在生產(chǎn)中對原料有哪些要求？多管爐適用于生產(chǎn)粉末狀活性炭。鞍式爐對原料的要求：具有足夠的重量和強度，以保證能依靠自身的重量在活化道中向下移動；為了防止活化道堵塞及均勻的活化，原料碳的大小應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，灰分在活化過正中不能融化。鞍式爐適用于生產(chǎn)不定型活性炭或者成型顆?；钚蕴??；剞D(zhuǎn)爐適用于生產(chǎn)定型顆粒活性炭。6.氣體活化

34、法生產(chǎn)成型顆粒炭的工藝步驟有哪些？各起什么作用？成型顆?；钚蕴抗に嚥僮鳎涸掀扑榧胺鬯槟蠛铣尚透稍锛疤炕罨Y分和包裝破碎及粉碎，粉碎后粉末粒度變細有助于提高成型物的強度捏合，利用捏合機的攪拌擠壓作用，把按照一定比例配合的粘接劑與煤粉或木炭粉充分混合均勻，最終形成具有可塑性物料供成型使用成型，捏合后的物料經(jīng)成型機擠壓成圓柱狀炭條7.多管爐、鞍式爐、回轉(zhuǎn)爐各有什么優(yōu)缺點？多管爐優(yōu)缺點：優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單，容易建造，投資少，操作簡便，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，正常運行時不需要外加燃料適用于中小型工廠；缺點，水蒸氣過熱溫度低，活化能力較差，物料間接受熱，活化程度不太均勻，活化管易損壞，維修比較頻繁。鞍式爐優(yōu)缺點：有

35、點是活化效果好、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、得率高，正常運行時不需要外加燃料，機械化程度高，生產(chǎn)能力大，使用壽命時間長，作業(yè)環(huán)境好；缺點是鞍式爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多種不同規(guī)格的異性耐火磚，建爐技術(shù)要求高，投資大，對電、水蒸氣不間斷連續(xù)供電能力要求高。回轉(zhuǎn)爐優(yōu)缺點：優(yōu)點，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作方便，易于調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，適用于中小型活性炭廠；缺點，填充系數(shù)低，占地面積大，爐膛溫度較難測定，活化過程要消耗燃料。第六節(jié)：化學(xué)活化法生產(chǎn)活性炭1.ZnCl2在木屑制炭過程中活化起哪些作用？ 答：（1）氯化鋅的潤漲作用：木屑等植物纖維原料中含有大量的纖維素及半纖維素，在室溫下用氯化鋅水溶液浸漬時，它們便發(fā)生潤漲；隨著溫度的升

36、高和水分的蒸發(fā)，高溫度下高濃度的氯化鋅水溶液能進一步使它們分散，直至轉(zhuǎn)變成膠體狀態(tài)。（2）氯化鋅的催化脫水作用：在150攝氏度以上的溫度下，氯化鋅對含碳原料中的氫和氧有催化脫水作用，使它們更多的以水分子的形態(tài)從原料中脫除，使原料中的碳更多的保留在固體殘留物炭之中；（3）氯化鋅的骨架造孔作用：氯化鋅為縮合生成的新生態(tài)的炭提供了可以依附的骨架，使它們在其表面逐漸聚集成特殊的微晶質(zhì)碳的架構(gòu)，氯化鋅骨架溶解后，就形成了孔隙結(jié)構(gòu)。 2. ZnCl2法生產(chǎn)活性炭過程中有哪些主要因素影響活性炭的質(zhì)量，各因素是怎樣影響的？答：（1）鋅屑比：活化料中氯化鋅所占有的體積，近似的等于產(chǎn)品活性炭的孔隙容積，通常是通過

37、控制鋅屑比的大小來調(diào)節(jié)產(chǎn)品活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)；（2）原料的種類和性質(zhì)：原料的種類和含水率會影響氯化鋅溶液對木屑的滲透能力和速度，從而對活化過程產(chǎn)生影響；（3）活化溫度和時間：隨著活化溫度的升高，活化反應(yīng)速度加快，活化過程需要的時間少。3. ZnCl2法生產(chǎn)粉狀炭有工序？各工序的作用？可采取哪些環(huán)保措施？答：流程圖P465。各工序的作用：（1）工藝木屑的準備：經(jīng)過篩選及干燥處理的木屑為工藝木屑，其粒度應(yīng)在640目，含水率符合工藝要求。（2）工藝氯化鋅溶液的配制：由工業(yè)氯化鋅、水及工業(yè)鹽酸配制成具有特定濃度和PH值的氯化鋅水溶液。（3）捏和或浸漬：通過捏合機的擠壓和剪切力，使工藝木屑和工藝氯化鋅水溶

38、液攪拌均勻，并加速溶液向木屑顆粒內(nèi)部滲透。（4）炭活化：捏合后的鋅屑料進入相應(yīng)的炭活化裝置完成炭活化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成活化料。（5）漂洗：降低活化料中鐵及其他雜質(zhì)含量，提高純度，讓產(chǎn)品活性炭的鐵鹽、氯化物、灰分及PH值等指標，達到質(zhì)量標準的規(guī)定。環(huán)保措施：（1）使用密閉性能好，能夠集中排除廢煙氣的炭活化爐，并制定合理的工藝條件，防止廢煙氣外泄。4.什么是鋅屑比、料液比？怎樣控制鋅屑比？答：鋅屑比是氯化鋅法生產(chǎn)活性炭配料時所使用的無水氯化鋅與絕干原料木屑的重量比。生產(chǎn)上鋅屑比的大小是通過改變配料時氯化鋅溶液的濃度及與原料木屑的相對用量比例來調(diào)節(jié)的。5. ZnCl2法生產(chǎn)活性炭的優(yōu)缺點？該法對原料有要求

39、？答：優(yōu)點：原料的利用率高，制成的活性炭產(chǎn)品過渡孔發(fā)達，對焦糖之類的大分子物質(zhì)的吸附能力好，液相吸附速度快，適用于液相吸附。缺點：對設(shè)備的耐腐蝕性能要求很高，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢氣必須妥善處理，以防止對環(huán)境造成污染。6. ZnCl2法生產(chǎn)活性炭時，降低“鋅耗”的產(chǎn)關(guān)鍵是什么？長期回收的ZnCl2溶液為什么出現(xiàn)“假波美”現(xiàn)象？如何處理？答：7.H3PO4活化法時，產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素有哪些？與ZnCl2法比較，H3PO4法有何優(yōu)點？答：影響因素：磷酸與絕干木屑的用量比、活化溫度。優(yōu)點：活性炭的得率較高，炭活化的溫度較低，活化料漂洗時不需要加鹽酸，炭活化產(chǎn)生的廢煙氣對環(huán)境的危害程度大大減輕，生產(chǎn)

40、糖液脫色用活性炭效果較好。第七節(jié)：活性炭的應(yīng)用與再生1.活性炭應(yīng)用在哪些方面？你認為在我國活性炭在方面的應(yīng)用前景看好？答：應(yīng)用：精制氣體、氣相回收及捕集、分離氣體、液相脫色精制、液相捕集或回收、液相分離、做催化劑及其載體、醫(yī)療、電極材料。2.什么是活性炭的再生？再生的原理、方法有哪些？再生效果如何評價？答：將使用后達到吸附飽和狀態(tài)失去吸附能力的活性炭，用物理的、化學(xué)的或生物化學(xué)的方法，把所吸附的物質(zhì)除去，使活性炭恢復(fù)吸附能力的操作叫做活性炭的再生。再生的原理：吸附時，吸附劑活性炭、吸附質(zhì)及媒體三者之間受親和力的作用，在一定條件下達到平衡狀態(tài)，即吸附飽和狀態(tài)。此時，要將活性炭上的吸附質(zhì)脫離出來。

41、方法：減壓再生、加熱脫附、反應(yīng)再生、溶劑再生及置換再生、化學(xué)氧化分解再生、微生物再生、焙燒再活化再生。 第六章 生物質(zhì)氣化技術(shù) 思考題1 氣化技術(shù)的概念與分類？各種氣化技術(shù)的含義和優(yōu)缺點氣化：將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。生物質(zhì)氣化就是利用空氣中的氧氣或含氧物質(zhì)作氣化劑，將固體燃料中的碳氧化成可燃氣體的過程。分類按氣化劑：干餾氣化、空氣氣化、氧氣氣化、氫氣氣化、水蒸汽氣化、復(fù)合式氣化按運行設(shè)備： 固定床：上吸式 流化床：單流化床 旋轉(zhuǎn)床 下吸式 循環(huán)流化床 橫吸式 雙流化床 開心式 攜帶床優(yōu)點缺點干餾氣化中熱值氣體，用途廣泛，可做燃氣，也可作為化工合成氣原料。需要提供外部熱源以使

42、干餾反應(yīng)得以持續(xù)進行?？諝鈿饣瘹饣瘎┤菀撰@得，不需外部熱源，簡單經(jīng)濟，容易實現(xiàn)氮氣稀釋了可燃組分的含量，熱值較低，使用時輸送效率低氧氣氣化中熱值氣體，反應(yīng)溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)器容積小，熱效率提高，可做燃氣，也可作為化工合成氣原料。找不到氫氣氣化使用氫氣同熾熱的碳和水蒸汽反應(yīng)生成大量甲烷的過程，生成氣體熱值高反應(yīng)條件苛刻，需要高溫高壓和氫氣源，安全問題，應(yīng)用不廣泛水蒸汽氣化中熱值氣體，氫氣和烷烴含量較高，可做燃氣，也可作為化工合成氣原料。一般要與氧氣和富氧空氣氣化聯(lián)合采用，否則水蒸汽無法提供足夠的熱量。復(fù)合式氣化自供熱系統(tǒng)，不需要外供熱源，減少了外供氧氣消耗量，氫氣和碳氫化合物生成量更大。中

43、熱值氣體，可做燃氣，也可作為化工合成氣原料。找不到固定床制造方便，成本低，運動部件少，熱效率高，操作簡單氣化過程難以控制，物料在爐內(nèi)容易搭橋形成空腔，股氣化強度和單機氣化能力相對較低流化床傳熱，傳質(zhì)效率高，原料適應(yīng)性廣，可大規(guī)模應(yīng)用氣體出口溫度高，顯熱損失大，氣體中固體帶出物多，啟動和控制較為復(fù)雜，對于鼓泡床氣化，不使用惰性熱載體會導(dǎo)致氣化效率和氣化強度低旋轉(zhuǎn)床可有效防止搭橋空腔，熱效率較高操作難度大，成本高，襯里易磨損，密封困難，反應(yīng)條件苛刻2 簡述生物質(zhì)氣化的基本原理 物料干燥：生物質(zhì)物料和氣化劑（空氣）由頂部進入氣化爐，氣化爐的最上層為干燥區(qū)，含有水分的物料在這里同下面的熱源進行熱交換，

44、使原料中的水分蒸發(fā)出去，溫度大約為50150。 熱解反應(yīng)：來自干燥區(qū)的物料、水蒸氣和氣化劑進入熱解區(qū)后繼續(xù)獲得氧化區(qū)傳遞過來的熱量，當溫度達到或超過某一溫度（最低約160），生物質(zhì)將發(fā)生熱解而析出揮發(fā)分，產(chǎn)物較為復(fù)雜。 氧化反應(yīng)：熱解產(chǎn)物連同氣化劑和水蒸氣繼續(xù)下移，溫度繼續(xù)升高，當溫度達到熱解氣體的最低著火點時（約250300），可燃揮發(fā)分氣體首先被點燃，來自熱解區(qū)的焦炭也隨之燃燒，放出大量熱量。最高溫度可達10001200，為其他區(qū)域提供熱量。 還原反應(yīng)：還原區(qū)已沒有氧氣，二氧化碳和高溫水蒸氣在這里和未完全氧化的熾熱的碳發(fā)生還原反應(yīng)，生成一氧化碳和氫氣，由于還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度降

45、為約600900。3 如何研究生物質(zhì)氣化的反應(yīng)動力學(xué)？4影響生物質(zhì)氣化的影響因素有哪些？如何影響？生物質(zhì)氣化影響因素很多，如生物質(zhì)種類及其預(yù)處理、生物質(zhì)進料與氣化劑供給速率、反應(yīng)器內(nèi)溫度和壓力等。在以空氣為氣化劑的自供熱氣化系統(tǒng)中，當量比ER是最重要的一個影響因素，他不僅直接決定了生物質(zhì)進料速率與氣化劑供給速率之間的匹配關(guān)系，而且還間接決定了氣化反應(yīng)器的溫度壓力、氣化氣體的熱值和氣體組分。 ER=AR/SRAR：氣化時實際供給的空氣量與生物質(zhì)量之比，簡稱實際燃燒比，其值取決于運行參數(shù)；SR：所供生物質(zhì)完全燃燒最低所需的空氣量與生物質(zhì)量之比，簡稱化學(xué)當量比，其值取決于生物質(zhì)的燃燒特性。ER越大，

46、燃燒反應(yīng)進行得越多，反應(yīng)器內(nèi)溫度越高，因而越有利于氣化反應(yīng)的進行；另一方面，二氧化碳和氮氣的含量也隨之增加，氣化氣體熱值隨之降低。所以ER的確定需要綜合考慮各種因素，根據(jù)經(jīng)驗，ER取值范圍一般在0.20.45 了解生物質(zhì)氣化的物料和能量衡算。質(zhì)量衡算輸入質(zhì)量Min：生物質(zhì)攜帶質(zhì)量、氣化劑攜帶質(zhì)量輸出質(zhì)量Mout：氣體攜帶質(zhì)量、焦油攜帶質(zhì)量、水溶性物質(zhì)攜帶質(zhì)量、灰渣攜帶質(zhì)量輸入輸出質(zhì)量之差M= Min - Mout 能量衡算輸入能量Qin：生物質(zhì)攜帶能量、氣化劑攜帶能量、氣化工程中的工藝能耗輸出能量Qout：氣體攜帶能量、焦油和水溶無攜帶能量、灰渣攜帶能量、系統(tǒng)向外界散熱輸入輸出能量之差Q= Q

47、in - Qout6生物質(zhì)氣化燃氣中的焦油有哪些特點和危害？如何去除？特點：成份復(fù)雜，大部分是苯的衍生物。主要成分不少于20種，其中含量大于5%的一般是苯、甲苯、萘、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。焦油含量隨反應(yīng)溫度升高而減少。產(chǎn)生焦油的數(shù)量與反應(yīng)溫度、加熱速率和氣化過程的滯留期有關(guān)。通常反應(yīng)溫度500550時焦油產(chǎn)量最高。延長氣化氣體在高溫區(qū)的滯留時間，有利于焦油充分裂解而減少。危害： 焦油占燃氣能量的5%10%，低溫下難以與可燃氣一道被燃燒利用，因此大部分焦油的能量被浪費掉。 焦油在低溫下冷凝成粘稠狀液體，易與水、炭粒等結(jié)合，堵塞輸氣管道，卡住閥門和風機轉(zhuǎn)子，腐蝕金屬。 難以完全燃燒，并產(chǎn)生炭黑等

48、顆粒，對燃氣利用設(shè)備如內(nèi)燃機、燃氣輪機等損害嚴重。 焦油及其燃燒產(chǎn)生的氣體對人體有害。去除方法 噴淋法除焦油和灰塵：為了提高去除效果，可在容器中裝入玉米芯填充物能起過濾作用，玉米芯需定期更換，要防止噴淋水的二次污染。 鼓泡水浴法除焦油和灰塵：燃氣氣體被導(dǎo)入液罐后以鼓泡的方式溢出液面。在水中加入一定量的NaOH，能提高去除效果。 干式過濾除焦油和灰塵：方式較多，如在容器中填放粉碎的玉米芯、木屑、谷殼或炭粒，讓燃氣從中穿過等。用過的過濾材料一定要燒掉（可作氣化原料），以防環(huán)境污染。 催化裂解法除焦油：用催化裂解法降低燃氣中焦油的含量，是最有效、最先進的方法，在中、大型氣化裝置逐漸被采用。焦油裂化催

49、解是在高溫和存在或不存在催化劑的條件下，將大分子的焦油裂解成各種各種氣體小分子氣體的過程。焦油裂解后的氣體產(chǎn)物與燃氣成份相似，可直接燃用。7 生物質(zhì)氣化氣體有哪些特性？有哪些應(yīng)用？特性 氣體成分：生物質(zhì)氣化生成氣的成分和熱值與氣化原料和工藝密切相關(guān)，可燃成分主要是一氧化碳和氫氣，還有少量甲烷和其他烴類氣體。 相對分子質(zhì)量;氣體密度;氣體熱值;華白指數(shù)：是一個熱負荷指標，它從燃氣性質(zhì)的角度全面反映了燃氣向燃燒器提供熱量的能力，是保證已有燃燒器在燃氣性質(zhì)發(fā)生變化時仍能正常使用的重要指標;化學(xué)當量比：每標準立方米燃氣完全燃燒所需的最少空氣量稱為化學(xué)當量比。著火極限：燃氣在可燃混合物中能正常著火的最小

50、和最大濃度分別稱為著火濃度下限和著火濃度上限。著火極限也稱為爆炸極限。應(yīng)用 生物質(zhì)氣化供熱：生物質(zhì)經(jīng)過氣化爐氣化后，生成的燃氣送入下一級燃燒器中燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣在燃氣爐內(nèi)與被加熱介質(zhì)進行熱交換，被加熱介質(zhì)通過循環(huán)裝置送往用熱系統(tǒng)釋放熱量后回到燃氣爐內(nèi)再次加熱，從而可連續(xù)為終端用戶提供取暖或烘干用的熱能。 生物質(zhì)氣化集中供氣：它是以自然村為單位的小型燃氣發(fā)生和供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將以各種秸稈為主的生物質(zhì)原料氣化轉(zhuǎn)換成可燃氣，然后通過管網(wǎng)輸送農(nóng)村居民家中用作炊事燃料。整個系統(tǒng)由燃氣發(fā)生、燃氣輸配和燃氣使用三個系統(tǒng)組成。 生物質(zhì)氣化發(fā)電：基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣，然后再利用可燃氣來推動燃氣發(fā)電

51、設(shè)備進行發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電過程包括三個方面：一是生物質(zhì)氣化，把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化出來的燃氣都帶有一定的雜質(zhì)，需經(jīng)過凈化系統(tǒng)去除雜質(zhì)，以保證設(shè)備正常運行；三是燃氣發(fā)電，利用燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電。8 你認為生物質(zhì)氣化的前景如何？哪些原料適于氣化？第七章 生物質(zhì)熱裂解機理及工藝 思考題1 概念生物質(zhì)熱解：是在無氧或者是缺氧條件下，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子的化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)的過程。生物質(zhì)熱解液化：是在中溫（500-650），高加熱速率（104-105/s）和極短氣體停留時間（小于2S）的條件下，將生物質(zhì)直接熱解，產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻，可使中間液態(tài)產(chǎn)物分子在進一

52、步斷裂生成氣體之前冷凝，從而得到高產(chǎn)量的生物質(zhì)液體油。熱分析：是在通過測定物質(zhì)加熱或冷卻過程中的物理性質(zhì)（主要是重量和能量）的變化來研究物質(zhì)性質(zhì)及其變化，或者對物質(zhì)進行分析鑒別的一種技術(shù)。熱分析主要應(yīng)用在成分分析、物質(zhì)穩(wěn)定性的測定、化學(xué)反應(yīng)的研究、材料質(zhì)量的檢測、材料力學(xué)性質(zhì)的測定和環(huán)境監(jiān)測等方面。熱重法：在程序控制溫度下，測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。主要應(yīng)用在物質(zhì)的成分分析、不同氣氛下物質(zhì)的熱性質(zhì)、物質(zhì)的熱分解過程和熱解機理、水分和揮發(fā)物的分析、氧化還原反應(yīng)、高聚物的熱氧化降解和反應(yīng)動力學(xué)等方面。差熱分析：是一種重要的熱分析方法，是指在程序控溫下，測量物質(zhì)和參比物的溫度差與溫度或者時間

53、的關(guān)系的一種測試技術(shù)。記錄的曲線叫差熱曲線或DTA曲線。差示掃描量熱法：一種熱分析法。在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差的一種技術(shù)。2 試分別從生物質(zhì)組成成分、物質(zhì)和能量傳遞、反應(yīng)進程、線性分子鏈分解四個角度分析生物質(zhì)熱裂解機理。答：從生物質(zhì)組成成分：生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要組成物以及一些可溶于極性或非極性溶劑的提取物組成。生物質(zhì)的三種主要組成物常常被假設(shè)獨立的進行熱分解，半纖維素主要在225-350，纖維素主要在325-375分解，木質(zhì)素在250-500分解。纖維素和半纖維素主要產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而木質(zhì)素主要分解為炭。纖維素是多數(shù)生物質(zhì)最主要的組成物，同時是相對

54、最簡單的生物質(zhì)組成物，因此被廣泛用作生物質(zhì)熱裂解基礎(chǔ)研究的實驗材料。 炭、H20、CO2、CO纖維素 焦油Kilzer提出的纖維素熱分解途徑： 200-280 “脫水纖維素+水 （放熱） 炭+水+CO+CO2等纖維素 經(jīng)一些有序的競爭反應(yīng) 280-340 焦油（主要是左旋葡聚糖）Shafizadeh提出的分解反應(yīng)機理途徑： 氣 焦油生物質(zhì) 焦油 炭 氣 一次反應(yīng) 二次反應(yīng)從物質(zhì)、能力傳遞分析：首先，熱量唄傳遞到顆粒表面，并由表面?zhèn)鞯筋w粒的內(nèi)部。熱裂解過程由外至內(nèi)逐層進行，生物質(zhì)顆粒被加熱的成分迅速分解成木炭和揮發(fā)分。其中，揮發(fā)分由可冷凝氣體和不可冷凝氣體組成，可冷凝氣體經(jīng)過快速冷凝得到生物油。

55、一次裂解反應(yīng)生成了生物質(zhì)炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔生物質(zhì)顆粒內(nèi)部的揮發(fā)分還將進一步裂解，形成不可冷凝氣體和熱穩(wěn)定的二次生物油。同時，當揮發(fā)份氣體離開生物顆粒時，還將穿越周圍的氣相組分，在這里進一步裂化分解，稱為二次裂解反應(yīng)。生物質(zhì)裂解過程最終形成生物油、不可冷凝氣體和生物質(zhì)炭。反應(yīng)器內(nèi)的溫度越高且氣態(tài)產(chǎn)物的停留時間越長，二次裂解反應(yīng)則越嚴重。為了得到高產(chǎn)率的生物油，需快速去除一次熱裂解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，以抑制二次裂解反應(yīng)的發(fā)生。從反應(yīng)進程分析：生物質(zhì)的熱裂解過程分為三個階段。1、脫水階段（室溫-100） 在這一階段生物質(zhì)只是發(fā)生物理變化，主要是失去水分。2、主要熱裂解階段（100-38

56、0） 在這一階段生物質(zhì)在缺氧條件下受熱分解，隨著溫度的不斷提高，各種揮發(fā)物相應(yīng)析出，原料發(fā)生大部分的質(zhì)量損失。3、碳化階段（>380） 在這一階段發(fā)生的分解非常緩慢，產(chǎn)生的質(zhì)量損失比第二階段小得多，該階段通常被認為是C-C鍵和C-H鍵的進一步裂解所造成的。從線性分子鏈分解角度看：線性聚合物隨機分解以N個聚合體表示。蒙特卡洛把聚合物分解看成是由獨立的馬爾可夫鏈分解組成。馬爾可夫（無后效）過程是指在很高的加熱速率下生物質(zhì)閃速熱裂解時，聚合物鏈結(jié)構(gòu)分解是隨機發(fā)生的。在假設(shè)的模型中，用N代表聚合物中的每個單體結(jié)構(gòu)的結(jié)合總個數(shù)。用每個鏈的長度來代表所形成的氣體、固體和液體狀態(tài)，產(chǎn)品存在狀態(tài)用兩個參數(shù)來描述，保持固相狀態(tài)最小的鏈長度（Ns-）和保持氣相裝有的最大鏈長度（Ng+）。而長度在Ng+和Ns-之間的部分為焦油狀態(tài)。 3 如何研究生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)動力學(xué)？答：在眾多的熱裂解特性及反應(yīng)動力學(xué)研究中，熱分析應(yīng)用較廣?；蜻M行生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)動力學(xué)研究試驗：一、準備試驗材料及方法；二、得到實驗結(jié)果；三、建立反應(yīng)動力學(xué)模型；四、計算反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)