1、關于生物質能1第一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2內容提要生物質能生物質能的生產(chǎn)與再生產(chǎn)沼氣技術生物質固硫型煤技術生物質熱解與直接液化技術生物質氣化技術生物燃料生物質能開發(fā)利用技術展望第二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月36.1 生物質能6.1.1 生物質的組成與結構1）光合作用 光反應：H2O在光合葉綠素的作用下，生成氫 暗反應：又叫卡爾文循環(huán)，CO2、H2以及ATP生成葡萄糖2）植物細胞的結構 細胞壁 植物細胞- 原生質體（膜系統(tǒng)、細胞核、細胞質及細胞器） 后含物（淀粉、脂類和蛋白質）3）生物質的分類 林業(yè)資源 農(nóng)業(yè)資源 生活污水和工業(yè)有機廢水 城市固體廢物 家禽糞便

2、第三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月46.1 生物質能6.1.2 生物質能的轉化利用技術第四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月56.1 生物質能6.1.3 生命周期分析法綠色植物的生命周期（種植、生長、收獲、運輸、儲存、預處理、利用和廢物處理），其中許多過程需要消耗一定的常規(guī)能源，因此綠色植物的二氧化碳排放量并非為零?；茉磁c生物質能排放量的對比能源CO2/g/(kW.h)SO2/g/(kW.h)NOx/g/(kW.h)能源作物（目前）17-270.07-0.161.1-2.5能源作物（未來）15-180.06-0.080.35-0.51煤炭（最佳）95511.84.3石油

3、81814.24.0天然氣430-0.5第五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月66.2 生物質能資源的生產(chǎn)與再生產(chǎn)6.2.1 生物質資源生產(chǎn)的周期性1）植物生活周期 慢-快-慢2）季節(jié)周期性 以草本植物為例：一年生植物；兩年生植物；多年生植物3）晝夜周期性 晝夜生長速度不一樣。 植物體內存在一種不依賴于環(huán)境刺激的近似晝夜節(jié)奏的計時系統(tǒng)，稱為生物鐘，具有內生性、對溫度不敏感性和計時性等。6.2.2 工業(yè)有機廢水1）化學需氧量COD 水中能被化學氧化劑氧化的物質在規(guī)定條件下進行化學氧化反應過程所消耗的氧的數(shù)量，表示工業(yè)有機廢水中有機物的濃度。2）生化需氧量BOD 水樣中微生物分解有機物的過

4、程中所消耗的水中的溶解氧量。2）幾種典型的工業(yè)有機廢水 制漿造紙業(yè)廢水 制革業(yè)廢水 啤酒廢水 肉類加工業(yè)廢水第六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月76.2 生物質能資源的生產(chǎn)與再生產(chǎn)6.2.3 城市固體廢棄物1）按化學性質分類 有機固體廢棄物 無機固體廢棄物2）按照燃燒的難易程度 不燃固體廢物 難燃固體廢物 易燃固體廢物3）固體廢物對環(huán)境的影響 侵占土地：堆放萬噸廢物占地畝 污染土壤： 污染水源： 污染大氣：第七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月86.3 沼氣技術6.3.1 沼氣發(fā)酵原理1）沼氣 沼氣是有機物在厭氧條件下經(jīng)微生物分解發(fā)酵而生成的一種可燃性氣體。主要為甲烷和二氧化

5、碳2）沼氣發(fā)酵的微生物學原理 第八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月96.3 沼氣技術6.3.1 沼氣發(fā)酵原理2）沼氣發(fā)酵的微生物學原理 a. 發(fā)酵性細菌：將可溶性的糖、氨基酸和脂酸吸收進入細胞后，經(jīng)go發(fā)酵作用將其轉化為乙酸、丙酸、丁酸脂肪和醇類、同時產(chǎn)生一定量的氫和二氧化碳。 b. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：將發(fā)酵性細菌產(chǎn)生的有機酸和醇類分解成乙酸、氫和二氧化碳。CH3CH2COOH+2H2O-CH3COOH+CO2+3H2 CH3CH2CH2COOH+2H22CH3COOH+2H2 CH3CH2OH+2H2O-CH3COOH+2H2 CH3CHOHCOOH(乳酸)+H2O-CH3COOH+C

6、O2+H2 c. 耗氫乙酸菌：既能利用水和CO2生成乙酸，也能分解糖產(chǎn)生乙酸。 2CO2+4H2-CH3COOH+2H2O C6H12O63CH3COOH d. 產(chǎn)甲烷菌: 需厭氧條件下，PH5.5的中性范圍內產(chǎn)生。 4H2+CO2-CH4+2H2O 4HCOOH-CH4+3CO2+2H2O 4CH3OH-CH4+3CO2+2H2O CH3COOH-CH4+CO2一般的產(chǎn)甲烷菌生長速度慢，最快的需要小時。第九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月106.3 沼氣技術6.3.1 沼氣發(fā)酵原理3）沼氣發(fā)酵條件 a. BOD5/COD初步評價有機物的可生物降解性。 b. 溫度 250C以下為低溫

7、，25-45 0C為中溫，46-60 0C為高溫發(fā)酵。 c. PH值和堿度 6.87.4之間最適宜 d. C/N比。 原料中有機碳素和氮素含量的比例關系。 厭氧發(fā)酵的啟動階段不超過30：1。6.3.2 沼氣利用設施和設備1）沼氣炊事灶具2）沼氣燈具 由燃燒器、燈罩、玻璃罩、電子脈沖點火器及支架底座等組成。第十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月116.3 沼氣技術6.3.3 沼氣的綜合利用1）沼氣二氧化碳施肥 燃燒沼氣產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳對農(nóng)作物具有增產(chǎn)作用，平均可增加幅度30%。2）沼氣供熱孵雞3）沼氣加溫養(yǎng)蠶第十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月126.4 生物質固硫型煤

8、技術6.4.1 生物質固硫型煤生產(chǎn)工藝第十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月136.4 生物質固硫型煤技術6.4.2 生物質固硫型煤燃燒特性1）點火性能 可燃基揮發(fā)分比原煤高，進入爐膛后，生物質首先燃燒，使型煤短時間達到著火點，生物質燃料燃燒后體積收縮，使型煤產(chǎn)生很多孔道及空襲，形成多孔形球體。2）燃燒機理 靜態(tài)滲透式擴散燃燒 燃燒由表面及不斷深入到內部，不會發(fā)生熱解析炭冒煙現(xiàn)象。3）固硫特性 生物質比煤先燃燒，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫劑CaO顆粒內部不易發(fā)生燒結，可使空襲率增加，增大SO2和O2向CaO顆粒內的擴散作用，提高鈣的利用率。 可在較低的Ca/S下，使固硫率達

9、到50%以上。第十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月146.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.1 生物質熱化學轉換生物質與煤具有相似性，最初來源于煤化工第十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月156.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.2 生物質熱解技術1）生物質熱解工藝的類型 燒炭：少量空氣進行熱分解制取木炭的方法。 干餾（低溫干餾500-580 0C，中溫干餾660-750 0C，高溫干餾900-1100 0C）：隔絕空氣的環(huán)境加熱，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木餾油和木炭等產(chǎn)品。 快速熱解：在缺氧的情況下快速加熱，然后迅速將其冷卻為液態(tài)生物原油的熱解方法。盡可能獲得

10、更多的液體產(chǎn)物。6.5.3 生物質熱解過程與原理1）生物質熱解過程和產(chǎn)物過程-a. 干燥階段：120-150 0C，水分蒸發(fā)。 b. 預炭化階段：150-275 0C，木材化學組成發(fā)生變化，不穩(wěn)定組分分解為CO2、CO和少量醋酸。 c. 炭化階段：275-450 0C，木材急劇熱分解，產(chǎn)生大量產(chǎn)物，發(fā)出大量的反應熱。 d. 煅燒階段：450-500 0C，進行木炭的煅燒，排除殘留在木炭中的揮發(fā)物質，提高木炭中固定碳含量。產(chǎn)物-固體：木炭 液體：粗木醋酸，包括200種以上有機物，酸類、醇類、醛類、酯類、酚類、芳香化合物、雜環(huán)化合物及胺類等。 氣體：CO2、CO、CH4、C2H4 和H2 第十五張

11、，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月166.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.3 生物質熱解過程與原理2）生物質熱解的原理包括分子鍵斷裂，異構化和小分子聚合等反應。3）影響生物質熱解的因素 a.熱解的最終溫度：木炭產(chǎn)量隨溫度升高逐漸降低 木醋酸組成在270-400 0C變化較大，4000C變化不顯著。 b. 升溫速率：加熱速率加快，木炭產(chǎn)量下降，焦油產(chǎn)量增加，最大可達80%的生物原油產(chǎn)率 c. 壓力：在1.33Pa的真空下熱解，不釋放熱量，3.15MPa熱解，放大量的熱。 d. 含水率：含水率過高，熱解所需時間較長。較干的木材熱解會放熱較快，降低木炭產(chǎn)量 e. 木炭的形態(tài)：沿纖維方向的熱

12、導率比纖維垂直方向的熱導率大。 f. 反應的氣氛：采用過熱蒸汽處理，可得到酸率8%。 第十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月176.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.4 生物質快速熱解技術1）生物質快速熱解 生物質在缺氧的狀態(tài)下，在極短的時間（0.5-5s）加熱到500-540 0C，然后其產(chǎn)物迅速冷凝的熱解過程。2）快速熱解工藝 第十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月186.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.5 生物原油的燃料特性及應用1）相對密度 液體燃料在20 0C下的密度與4 0C水的密度之比，生物燃油為1.2，柴油為0.85，熱值相當于40%相同質量的燃油。2

13、）熱穩(wěn)定性 加熱到100 0C以上時，會析出占原有質量50%的木炭。 因此需要加氫裂解或水蒸氣裂解3）應用 替代燃油在固定場所應用 提取化工原料 6.5.6 生物質直接液化技術生物質在高壓下，直接與氫氣發(fā)生反應，轉化為液體燃料的熱化學反應過程。一般需使用催化劑。熱解與液化的區(qū)別熱化學過程催化劑壓力/MPa主要產(chǎn)物熱解不需要0.1-0.5生物原油液化需要5-20液化油第十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月196.5 生物質熱解與直接液化技術6.5.6生物質直接液化技術工藝：1）一步法催化加氫液化技術 由德國開發(fā)，連續(xù)液化（由反應器、熱分離器和冷卻器組成），生物質顆粒與催化劑和循環(huán)油混合

14、，反應在20MPa氫分壓和380 0C下進行約15 min，進入氣相的液體產(chǎn)品在熱分離器中快速蒸餾，塔底重油用作循環(huán)油，其余液體產(chǎn)物冷卻到室溫后得到沸程60-360 0C的油品，其中99%為正己烷可溶物。2）水中液化 日本開發(fā)，間歇反應器，以He為載氣，反應溫度為250-400 0C，催化劑為堿金屬的碳酸鹽，產(chǎn)油率為50%（采用發(fā)酵殘渣為原料）。Na2CO3+H2+2CO-2HCOONa+CO22C6H10O5+2HCOONa-2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO33）煤與生物質共同液化 可降低煤的液化溫度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物質與煤相互作用機理不明。 液化油的性質： 高黏度

15、、高沸點的酸性物質第十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月206.6 生物質氣化技術6.6.1氣化的基本原理1）氧化層C+O2CO22C+O2-2CO2CO+O2-2CO22H2+O22H2O2）還原層C+H2OCO+H2C+CO22COC+2H2CH4 6.6.2氣化過程的指標1）氣體產(chǎn)率單位質量生物質氣化所得的燃氣體積，m3/kg2）氣化強度氣化爐中每單位截面積每小時氣化生物質質量kg/m2.h 3）氣化效率，又稱冷氣體效率單位質量生物質氣化所得到的燃氣在完全燃燒時所放出的熱量與氣化使用的生物質發(fā)熱量之比，是衡量氣化過程的主要指標。第二十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2

16、16.6 生物質氣化技術6.6.3氣化的分類 無氣化劑 干餾氣化生物質氣化 空氣氣化 氧氣氣化 有氣化劑 水蒸氣氣化 水蒸氣-空氣氣化 氫氣氣化6.6.4氣化的設備 下吸式氣化爐（逆流式氣化爐） 固定床氣化爐 上吸式氣化爐（順流式氣化爐） 橫吸式氣化爐生物質氣化爐 鼓泡床氣化爐 流化床氣化爐 循環(huán)流化床氣化爐 雙床氣化爐 攜帶床氣化爐第二十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月226.6 生物質氣化技術6.6.5生物質燃氣凈化6.6.6生物質燃氣的主要用途 水洗：除塵、除焦、冷卻三種功能 過濾：除塵、除焦 靜電除焦：效率可達90% 催化裂化：將焦油裂解成小分子氣體。1）提供熱量 直接燃燒

17、，燃料適應性廣。2）氣化發(fā)電 3）化工原料 制造甲醇 二甲醚 合成氨等。 第二十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月236.7 生物燃料6.7.1概述6.7.2生物柴油1）定義生物燃料：以生物質為原料生產(chǎn)的液體燃料，如生物柴油、乙醇和二甲醚等。2）生物燃料的優(yōu)勢可持續(xù)發(fā)展減少溫室氣體排放促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展能源安全1）生物柴油 以植物油（油菜、向日葵、大豆、棕櫚油等）為原料，通過化學方法獲得的一種生物燃料。2）化學法生產(chǎn)生物柴油植物油過濾酯化清洗催化劑甲醇/乙醇甘油混合物生物柴油第二十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月246.7 生物燃料6.7.2生物柴油2）化學法生產(chǎn)生物柴油

18、對于含有游離脂肪酸、聚合物及分解物等雜質的高酸值油質進行酯化前，需進行預處理。兩種方法：a. 物理精煉 將油脂-水化或磷酸處理-脫出磷脂及膠質-預熱脫水、脫氣加入過量蒸汽-蒸出游離酸b. 甲酯預酯化 油脂脫磷脂及膠質脫水加入乙醇+酸性催化劑-游離酸聲稱甲酯3）生物柴油的燃料特性生物柴油與常規(guī)柴油的特性比較主要燃料特性生物柴油常規(guī)柴油主要燃料特性生物柴油常規(guī)柴油相對密度0.880.83十六烷值5649動力粘度40 0C/mm2/s4-62-4燃燒功效（柴油=100%）/%104100閉口閃點/0C10060S（質量分數(shù)）/%0.0010.2第二十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月256

19、.7 生物燃料6.7.3生物燃料乙醇1）乙醇的制備方法 a. 化學合成法 乙烯水合法（硫酸水合法、直接水合法），乙醛加氫法 b. 發(fā)酵法 利用微生物的發(fā)酵作用將糖份活淀粉轉化為乙醇的方法。 世界60%乙醇由甜菜發(fā)酵而成，7%化學合成，33%其他原料，1998年統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2）無水乙醇的制備 a. 吸水劑脫水法 CaO+H2OCa(OH)2 CaO+2CH3COOH(CH3COO)2Ca+H2O 副反應 b. 分子篩法 水分可被沸石分子篩吸附（吸附的3/4為水，1/4為乙醇） c. 共沸脫水法 向乙醇水溶液中加入苯或戊烷、環(huán)己烷等，形成三元共沸物。 d. 真空蒸餾法 真空條件下，乙醇-水的共沸物向

20、乙醇濃度增大的方向發(fā)展。 e. 蒸餾-膜脫水法 將蒸餾的酒精通過高分子膜塔制得無水乙醇。 第二十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月266.7 生物燃料6.7.3生物燃料乙醇2）無水乙醇的制備 f. 加鹽脫水法 向乙醇中加入CaCl2或KCl等，改變其平衡狀態(tài)，使共沸點消失。 g. 有機物吸附脫水法 應用多糖物質，淀粉、玉米粉、纖維渣等作吸附脫水劑 h. 離子交換脫水法 用離子交換樹脂作為吸附劑6.7.3甲醇1）甲醇性質 又稱木醇或木精，有毒，飲入5-10 ml即雙目失明，大量則至死。在汽油中可以摻入25%，提高辛烷值甲醇的燃料特性性質數(shù)值性質數(shù)值相對密度（20 0C）0.80餾程/0

21、C65辛烷值100熱值/（kJ/kg）19647閃點11汽化潛熱/（kJ/kg）1105第二十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月276.7 生物燃料6.7.3甲醇2）甲醇生產(chǎn)工藝 生物質-合成氣的制造-合成氣凈化-甲醇合成-甲醇精餾兩類催化劑：ZnO-Cr2O3為基礎的改良氧化物系統(tǒng)催化劑，反應壓力34MPa, 溫度 320-380 0C，轉化率12-15%。CuO-ZnO/Al2O3的二代催化劑，反應壓力2-5 MPa，溫度250-260 0C。3）甲醇轉化制汽油 由美國Mobile公司開發(fā) ZSM-5分子篩為催化劑，使甲醇脫水、低聚和異構化轉化為汽油，可得到含量40%，辛烷值為9

22、5的無氮、無硫汽油。 CH3OH+H2OCH3OCH3-脂肪烴、環(huán)烷烴、芳香烴4）甲醇的應用 汽油添加劑、燃料電池、化工原料6.7.4二甲醚1）二甲醚性質 CH3OCH3，低毒，具有麻醉作用，第二十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月286.7 生物燃料6.7.4二甲醚1）二甲醚性質 CH3OCH3，低毒，具有麻醉作用，是汽油柴油的有力競爭者。2）生產(chǎn)工藝甲醇脫水法 b. 合成氣合成二甲醚的燃料特性性質數(shù)值性質數(shù)值相對密度/（kg/L）0.75爆炸極限/%3.4-27十六烷值55低位發(fā)熱量/（MJ/kg）28.9第二十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月296.8 生物質能開發(fā)利用技術展望6.