生物質(zhì)能源復(fù)習(xí)要點(diǎn)歸納

生物質(zhì)能工程復(fù)習(xí)提綱1、什么是生物質(zhì)能源？2、什么是新能源？3、什么是可再生能源？4、什么是常規(guī)能源？5、生物質(zhì)能是可再生的。雖然生物質(zhì)能是人類應(yīng)用很久的一種古老的能源，但在能源分類中將其劃為新能源。6、生物質(zhì)：廣義上講，生物質(zhì)是各種生命體產(chǎn)生或構(gòu)成生命體的有機(jī)質(zhì)的總稱；7、生物質(zhì)所蘊(yùn)含的能量稱為生物質(zhì)能。8、百度百科：生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能（Biomass Energy ），就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。9、10、生物質(zhì)原料類型（1）按分布分：水生 和 陸生 生物，及其代謝產(chǎn)物；（2）按原料化學(xué)性質(zhì)分：糖類、淀粉、纖維素、脂類、烴類；（3）按原料來源分：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、薪柴、農(nóng)林加工廢棄物、人畜糞污、工業(yè)有機(jī)廢棄物、能源植物。11、生物質(zhì)資源的特點(diǎn)（1）環(huán)境污染??；（灰分、N、S含量低，C閉合循環(huán)。）（2）生物質(zhì)能蘊(yùn)藏量巨大、分布廣；（3）可再生；（4）能量密度低；（5）重量輕、體積大，運(yùn)輸不便；（6）易受風(fēng)雨雪火等外界因素影響，貯存不便；12、生物質(zhì)的化學(xué)組成糖類和淀粉主要由葡萄糖單糖或多糖組成。農(nóng)作物秸稈的主要化學(xué)元素組成：C：4046%；H：56%；O：4350%；N：0.61.1%S：0.10.2%；灰分：35%；P：1.52.5%；K：1120%；薪柴的化學(xué)元素組成：C：49.5%；H：6.5%；O：43%；N：1%；灰分：1% 此外，生物質(zhì)中還含有一定量的水分以及Si、Ca、Fe、Al等礦物元素。13、生物質(zhì)燃料的熱值高位熱值：1kg生物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量；氣化潛熱：水分在燃燒過程中變?yōu)檎羝ㄈ剂现蠬燃燒時(shí)也生成水蒸汽），吸收的熱量；低位熱值：高位熱值氣化潛熱計(jì)算生物質(zhì)發(fā)熱量，一般取低位熱值。14、農(nóng)作物資源估算是在農(nóng)作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，以草谷比計(jì)算。15、薪柴資源量估算（1）森林才伐木和木材加工剩余物，可用作燃料量按原木產(chǎn)量1/3估算；（2）薪炭林、用材林、防護(hù)林、灌木林等按林地面積統(tǒng)計(jì)放柴量；（3）四旁樹（田、路、村、河）的剪枝，按樹木株數(shù)統(tǒng)計(jì)；16、人畜糞便資源 以人口數(shù)、畜禽存欄數(shù)、年平均排泄量為基礎(chǔ)進(jìn)行估算；并考慮成幼系數(shù)17、纖維素類生物質(zhì)資源纖維素類生物質(zhì)資源主要由：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素 構(gòu)成；植物細(xì)胞壁中的纖維素和木質(zhì)素通過共價(jià)鍵連接成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，纖維素束鑲嵌在其中。18、農(nóng)作物秸稈秸稈焚燒：效率低、環(huán)境污染、浪費(fèi)資源、影響交通；19、禽畜糞污我國主要禽畜糞污源為豬、牛、雞等規(guī)?；B(yǎng)殖。2000年全國畜禽糞便可獲得資源實(shí)物量為3.2億噸。河北、山東、河南、四川等地資源量最多。近年來，畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐步向規(guī)?；?、集約化發(fā)展。全國60%以上的養(yǎng)殖場糞污未經(jīng)處理直接排放，造成水體、土壤、空氣等嚴(yán)重污染，畜禽養(yǎng)殖糞污污染已成為我國第一大污染源！養(yǎng)殖糞污一般用作肥料，僅西藏、青海、寧夏、內(nèi)蒙古等地將其風(fēng)干，作為燃料使用。采用“厭氧+好氧”技術(shù)進(jìn)行處理，是目前糞污處理的發(fā)展方向。20、城市有機(jī)垃圾2001年我國生活垃圾清運(yùn)量1.18億噸，按年增長10%左右計(jì)算，至2010年，將達(dá)到2.3億噸。城市生活垃圾的處理途徑：堆肥、填埋、焚燒、厭氧發(fā)酵、發(fā)電、養(yǎng)蚯蚓。21、工業(yè)有機(jī)廢棄物分為工業(yè)有機(jī)固廢和有機(jī)廢水兩類。主要來自木材加工、造紙、制糖、糧食加工等，包括木屑、樹皮、蔗渣、谷殼等。22、糖類原料資源主要用來生產(chǎn)燃料乙醇研究及應(yīng)用最多的為甘蔗。（巴西，美國）我國甘蔗主要分布在 云南、廣西、廣東，占全國產(chǎn)量90%以上。甜高粱、甜菜、糖蜜廢水也是重要資源。23、植物的化學(xué)能來源于太陽能取之不盡、用之不竭，環(huán)?？稍偕?。24、能源植物的內(nèi)容廣義上講：光和效率高、生物量大，直接用于提供能源為目的的植物。通常包括：速生薪炭林、含糖或淀粉類植物、產(chǎn)油植物，可供發(fā)酵或產(chǎn)油的藻類及其他植物等。25、按植物中主要物質(zhì)化學(xué)類別分：（1）糖類能源植物；（2）淀粉類能源植物；（3）纖維素類能源植物；（4）油料能源植物；（5）烴類能源植物；（續(xù)隨子、綠玉樹等）26、光合作用光合作用的初產(chǎn)物為葡萄糖，生物質(zhì)是初產(chǎn)物及其各類衍生物的總稱，包括：糖類、淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、脂肪等；（1）光合作用機(jī)理6CO2+3H2O+太陽能 C6H6O5+O2 n（C6H6O5 ）（生物質(zhì)）（2）生物質(zhì)能原理用則是其逆過程：n（C6H6O5 ）（生物質(zhì)） CO2+H2O+能量（3）光合效率最終凈光能利用效率不到5%！27、能源植物的品種改良技術(shù)（1）雜交育種；（2）物力誘變育種； 離子注入誘變；太空育種；物力高壓育種；（3）化學(xué)誘變育種；（4）細(xì)胞工程；（5）基因工程；28、重要能源植物（1）甜高粱；（2）能源甘蔗、能源玉米；（3）油料植物草本油料：大豆、油菜、花生、棉籽、向日葵、芝麻；木本：油棕櫚、黃連木、油桐、麻風(fēng)樹（小桐子）、桉樹、光皮樹、油茶、橄欖等；產(chǎn)油藻類。（4）石油植物桉樹、大戟科喬木、蘇木科油楠屬、霍霍巴、馬尾松、苦配巴、香槐、黃鼠草等；（5）草本植物芒屬作物。（芒草、皇竹草等）29、薪炭林（1）薪炭林的類型a、短輪期平茬采薪型（純薪型）；35年一個(gè)輪伐周期；b、柴薪型；用材樹（1/5）與薪柴樹（4/5）混種；c、薪草型；林業(yè)與畜牧業(yè)相結(jié)合；d、薪材經(jīng)濟(jì)型；生產(chǎn)燃料同時(shí)兼收果、核、種子、葉等；如山杏，沙棘 等；e、頭木育新型；路、河、溝、塘邊種植萌生力強(qiáng)的喬木，每45年砍伐一次，獲薪柴及木材；如桉樹、刺槐、鐵刀木 等；（2）發(fā)展薪炭林的途徑a、人工營造；b、封山育林；c、改造殘次林；d、退耕還林；30、生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)：（1）含碳量較少；（2）含氫量稍多；（3）含氧量多； （4）密度小。31、生物質(zhì)燃料的燃燒過程 強(qiáng)烈的放熱化學(xué)反應(yīng)； 燃料、熱量和空氣供給； 連鎖反應(yīng)過程。生物質(zhì)的燃燒過程可以分作：預(yù)熱與干燥、揮發(fā)分析出燃燒及木炭形成、木炭（固定碳）燃燒等階段；C的燃燒，根據(jù)O2量的不同，會(huì)產(chǎn)生下列2種反應(yīng)： C+ O2=CO2+408.86kJ 2C+ O2=2CO+246.45kJ當(dāng)溫度較高（超過700）時(shí)，生成的CO向外擴(kuò)散，遇O2再燃燒： 2CO+ O2=2CO2+570.87kJ水煤氣（生物質(zhì)氣化）反應(yīng)：C+2H2O=CO2+2H2 C+2H2O=CO+H2 C+2H2=CH432、產(chǎn)生火焰的燃燒分為兩個(gè)階段：揮發(fā)分析出燃燒和固定碳燃燒，前者約占燃燒時(shí)間10%，后者占90%；生物質(zhì)燃料在燃燒過程種的特點(diǎn)：（1）溫度較低時(shí)揮發(fā)分分解即非?；钴S，空氣供應(yīng)不足易造成黑煙或黃煙；（2）焦炭燃燒時(shí)，強(qiáng)通風(fēng)會(huì)造成黑絮，降低燃燒效率；（3）焦炭燃燒受到灰分包裹，易有殘?zhí)歼z留。（4）燃燒過程空氣供給量變化較大，在爐灶中不易解決。高密度的壓縮成型生物質(zhì)燃料，由于其壓縮密實(shí)，限制了揮發(fā)分逸出速度，加之空氣流通有一定的通道而且比較均勻，燃燒過程較為穩(wěn)定，可以改善燃燒狀態(tài)。33、炕連灶的綜合熱效率舊式柴灶的熱效率一般只有12%左右；炕連灶的綜合熱效率一般為45%左右。34、省柴灶與節(jié)柴爐（1）省柴灶a、設(shè)有灶箅與灰室；b、設(shè)有可關(guān)的灶門；c、燃料離鍋底近，吊火高度?。?216cm）；d、有攔火圈與回?zé)煹?；e、增加灶體保溫措施。（2）節(jié)柴爐通過增加二次進(jìn)風(fēng)道，增設(shè)附爐膛等措施，爐子效率。35、舊式炕的改進(jìn) 一是改變炕洞的形式，讓煙氣在炕洞中迂回流動(dòng)； 二是盡可能減少支撐炕面的炕洞中磚的數(shù)量。36、架空炕37、節(jié)能地炕 熱效率65%70%。38、鍋爐燃用的生物質(zhì)燃料林業(yè)采伐的枝杈、不能成材的樹木、木材加工和造紙廠廢棄物、稻殼、蔗渣、農(nóng)作物秸稈等。39、燃用生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用（1）奧地利Arbesthal集中供熱系統(tǒng)；（2）巴西的鍋爐燃用生物質(zhì)發(fā)電；（3）美國賓夕法尼亞州Viking木材發(fā)電廠。40、生物質(zhì)成型原料主要有：鋸末、木屑、稻殼、秸稈等纖維素類原料；纖維素類生物質(zhì)包含：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素（占植物體成分2/3以上）。 純纖維素程白色，密度1.51.56g/cm3，比熱0.320.33kJ/（kgK）； 半纖維素，穿插于纖維素和木質(zhì)素之間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，酸性、加熱條件下能發(fā)生水解，產(chǎn)物為單糖； 木質(zhì)素，是一類以苯基丙烷為骨架，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無定形高分子化合物，不同植物木質(zhì)素含量、組成不盡相同。木質(zhì)素不易溶于水及任何有機(jī)溶劑，非晶體，沒有熔點(diǎn)，70110左右軟化，黏合力增加，此；200300 時(shí)軟化程度加劇，施加一定壓力，無需黏結(jié)劑，即可得到與擠壓模具形狀一致的成型燃料。41、生物質(zhì)成型的原理 （1）一般植物在10%左右以下含水率時(shí)，需施加較大的壓力，使其非彈性或黏彈性的纖維分子之間相互纏繞、膠合，進(jìn)而固化成型；（2）對(duì)于木質(zhì)素等黏彈性組分含量較高的原料，若溫度達(dá)到木質(zhì)素的軟化點(diǎn)，則可施加一定的壓力，制備成型燃料； （3）被粉碎的生物質(zhì)粒子，在外力和黏結(jié)劑的作用下，重新組合成具有一定形狀的生物質(zhì)成型塊。42、壓縮成型的工藝類型根據(jù)主要工藝特征的差別，可劃分為濕壓成型、熱壓成型、炭化成型三種基本類型； （1）濕壓成型 濕壓成型燃料塊密度較低，設(shè)備簡單，易操作，但部件磨損較快，烘干費(fèi)用高，且多數(shù)產(chǎn)品燃燒性能較差。（2）熱壓成型熱壓成型機(jī)械主要有：螺旋擠壓成型機(jī)、機(jī)械（液壓）驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)，如圖5-4、圖5-5；（3）炭化成型工藝 首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型；若不使用黏結(jié)劑，成型燃料容易破損、開裂；43、生物質(zhì)成型常用黏結(jié)劑為了使成型塊在運(yùn)輸儲(chǔ)存和使用時(shí)不致破損、開裂，并具有良好的燃燒性能，理想的黏結(jié)劑必須能夠保證成型塊具有足夠的強(qiáng)度和抗潮解性，并且在燃燒時(shí)不產(chǎn)生煙塵和異味，最好黏結(jié)劑本身也可以燃燒。常用的黏結(jié)劑分無機(jī)、有機(jī)和纖維類三種；無機(jī)的包括：水泥、黏土、水玻璃等（灰分增大，熱值降低）；有機(jī)的包括：焦油、瀝青、糖漿（30%）、樹脂、淀粉（4%）等，有異味。 纖維類包括：廢紙漿、水解木纖維等工業(yè)廢棄物。44、生物質(zhì)壓縮成型及炭化工藝類型45、生物質(zhì)壓縮成型工藝流程46、國內(nèi)外常見的成型機(jī)技術(shù)主要包括三大類： 螺旋擠壓技術(shù)、活塞沖壓技術(shù)、壓輥式成型技術(shù)。47、成型生物質(zhì)燃料的物理特性及燃燒性能 （1）密度 提高幾倍乃至幾十倍，至1.11.4t/m3，形狀規(guī)則，便于儲(chǔ)存運(yùn)輸（2）熱值：1630020900kJ/kg； （3）強(qiáng)度軸向壓縮最大破壞載荷可達(dá)幾噸至十幾噸，橫向壓縮最大破壞載荷為0.260.98t，與生物質(zhì)原料相比，強(qiáng)度大幅提高。 （4）吸濕性無論哪種生物質(zhì)成型燃料都不能直接和水接觸，否則會(huì)很快膨脹、軟化、松散。（5）燃燒性能 a、成型燃料密度大，從而限制了揮發(fā)物的逸出速度，延長了揮發(fā)物的燃燒時(shí)間； b、成型燃料質(zhì)地密實(shí)，炭燃燒更加完全充分； c、整個(gè)燃燒過程O2的供應(yīng)趨于平衡，燃燒效率高，過程穩(wěn)定；48、影響生物質(zhì)成型燃料制備的主要因素 （1）原料含水率 過高則加熱時(shí)產(chǎn)生大量水蒸氣，造成表面開裂，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生爆鳴；太低時(shí)因水分對(duì)木質(zhì)素具有軟化、塑化的作用，則生物質(zhì)難以成型。 原料含水率對(duì)成型的影響，一般在612%。 （2）成型溫度 溫度對(duì)不同物料成型的影響，木屑240260，秸稈220260 ；（3）原料種類 （4）原料粒度粒徑越小，形變?cè)酱?，越有利于壓縮，通常要求原料粒徑小于5mm（5）成型壓力與模具尺寸49、乙醇的理化性質(zhì) 做燃料是稱為燃料乙醇，分子式：C2H5OH，CH2CH3OH，偏酸； 無色，透明，易流動(dòng)，具有獨(dú)特醇香，辛辣，刺激性強(qiáng)，易揮發(fā)，易燃燒，可與水互溶，爆炸極限3.5%18%（體積分?jǐn)?shù)）； 相對(duì)密度0.79，沸點(diǎn)78.3，凝固點(diǎn)-130 ，燃點(diǎn)424 ，高位熱值26780kJ/kg； 根據(jù)濃度和雜質(zhì)含量高低，可分為4種類型： 1、高純度乙醇，濃度96.2%，中性，無雜質(zhì)，國防、電子、試劑； 2、精餾乙醇，濃度95.5%，雜質(zhì)少，國防、化工； 3、醫(yī)藥乙醇，濃度95%，雜質(zhì)少，醫(yī)藥及酒類生產(chǎn)； 4、工業(yè)乙醇，濃度達(dá)到95%，無其他要求，燃料，稀釋劑；50、乙醇的用途 1、化學(xué)工業(yè)：重要的化工品原料，用來制造合成橡膠、冰醋酸、乙醚、有機(jī)酸、酯類等； 2、國防工業(yè)：參與制造炸藥、雷汞； 3、農(nóng)業(yè)：用于制造農(nóng)藥； 4、醫(yī)藥工業(yè)：醫(yī)療消毒、藥劑生產(chǎn)； 5、溶劑工業(yè)：常用的有機(jī)溶劑，廣泛用于香料、燃料、樹脂、油漆等生產(chǎn)； 6、食品工業(yè)：配制、加工多種飲料酒； 7、燃料工業(yè)：工業(yè)鍋爐燃料；作為汽油添加劑，或部分替代汽油，供發(fā)動(dòng)機(jī)使用；51、乙醇生產(chǎn)的主要方法 乙醇生產(chǎn)的方法可概括為兩大類：發(fā)酵法和化學(xué)合成法；燃料乙醇生產(chǎn)以發(fā)酵法為主；（1）發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇 發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇：利用微生物，主要是酵母菌，在無氧條件下將糖類、淀粉類或纖維素類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇的過程。 根據(jù)發(fā)酵原料不同，發(fā)酵法又可分為：淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇、糖質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇、纖維素類原料生產(chǎn)乙醇、工業(yè)廢液生產(chǎn)乙醇； 纖維素 淀粉（多糖） 糖類 乙醇（2）化學(xué)合成法生產(chǎn)乙醇 用石油裂解產(chǎn)生乙烯合成，有乙烯直接水合法、硫酸吸附法和乙炔法； CH2=CH2+H2O C2H5OH52、用于乙醇生產(chǎn)的主要原料 （1）淀粉質(zhì)原料 甘薯（又名地瓜、紅薯）、木薯、玉米（）、馬鈴薯（土豆）、大麥（）、小麥（）、大米（）、高粱（）； （2）糖質(zhì)原料 甘蔗、甜菜、糖蜜； （3）纖維素類原料 所有植物，是地球上最有潛力的燃料乙醇（生物質(zhì)能）資源； （4）其他原料 紙漿廢液、淀粉渣、食品工業(yè)副產(chǎn)物（果皮、蔗渣等）。53、乙醇發(fā)酵的生化反應(yīng)過程 1、水解反應(yīng) （1）淀粉原料的水解反應(yīng)（C6H10O5）n -1，4-寡聚葡萄糖 nC6H12O6（葡萄糖） （2）纖維素類原料的水解反應(yīng)（C6H10O5）n（纖維素） -1，4-寡聚葡萄糖 nC6H12O6（葡萄糖）（C5H8O4）m（半纖維素） mC6H12O6（木糖） 2、糖酵解 乙醇發(fā)酵過程實(shí)質(zhì)上是酵母等乙醇發(fā)酵微生物在無氧條件下利用其特定酶系統(tǒng)所催化的一系列有機(jī)質(zhì)分解代謝的生化反應(yīng)過程。反應(yīng)底物可以是糖類、有機(jī)酸或氨基酸，其中最重要的是糖類，包括五碳糖和六碳糖。 由葡萄糖降解為丙酮酸的過程稱為糖酵解，包括四種途徑：EMP途徑、HMP途徑、ED途徑和磷酸解酮酶途徑，其中EMP途徑最重要，一般乙醇生產(chǎn)所用的酵母菌都以此途徑發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。54、乙醇發(fā)酵的微生物學(xué)基礎(chǔ) 1、菌種的概念 在發(fā)酵工業(yè)中，菌種的概念就是能夠在控制條件下，按工藝設(shè)計(jì)的速率和產(chǎn)量，轉(zhuǎn)化或生產(chǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的某種微生物。 與沼氣發(fā)酵不同，乙醇生產(chǎn)工藝過程中所采用的微生物菌種是純培養(yǎng)菌種，也就是說水解和發(fā)酵兩階段所使用的微生物都屬于單一菌種。 乙醇工業(yè)常用的微生物主要有二種：一種是生產(chǎn)水解酶（淀粉酶或纖維素酶）的微生物，一般為霉菌；另一種是乙醇發(fā)酵菌種，降解糖類生成乙醇，一般是酵母菌或細(xì)菌。 2、淀粉酶生產(chǎn) 淀粉原料乙醇生產(chǎn)采用的糖化劑主要是淀粉酶，是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)，俗稱“曲”；“曲”又分為“麩曲”和“液體曲”。 生產(chǎn)淀粉酶微生物稱糖化菌，一般為曲霉菌。主要有米曲霉、黃曲霉、烏沙米曲霉、甘薯曲霉、黑曲霉等；曲霉是好氧菌。3、纖維素酶生產(chǎn) 大部分細(xì)菌不能分解晶體結(jié)構(gòu)的纖維素，但有些霉菌（如木霉），能分泌水解纖維素所需的全部酶，研究和應(yīng)用最多的是里氏綠色木霉。 纖維素酶生產(chǎn)是高度需氧的過程。 為防止微生物污染，接種發(fā)酵錢應(yīng)對(duì)發(fā)酵罐和輔助設(shè)備進(jìn)行滅菌消毒，典型的消毒條件為121蒸汽處理120min。（巴氏滅菌法） 牛奶：62-65，保持30min；75-90，保溫15-16s。 4、乙醇發(fā)酵菌 能進(jìn)行乙醇發(fā)酵的微生物種類很多，包括酵母菌、霉菌和細(xì)菌，其中最常用的是酵母菌。 酵母菌是一種兼性厭氧微生物，單細(xì)胞，以出芽繁殖為主，細(xì)胞形態(tài)有圓形、橢圓形或卵形。 乙醇發(fā)酵的一個(gè)重要問題就是選育具有優(yōu)良性能的酵母。 酵母生長適宜溫度2835 ，pH5.05.5 55、乙醇發(fā)酵的工藝類型 按發(fā)酵過程物料存在狀態(tài)，發(fā)酵法可分為固體發(fā)酵法、半固體發(fā)酵法和液體發(fā)酵法；根據(jù)發(fā)酵醪液注入發(fā)酵罐方式不同，可分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。目前，固體發(fā)酵和半固體發(fā)酵在我國主要用于白酒生產(chǎn)，燃料乙醇現(xiàn)代大生產(chǎn)中多采用液體發(fā)酵。56、淀粉質(zhì)原料的乙醇生產(chǎn) 基本工藝： 56、原料粉碎 破壞植物組織，使淀粉從植物細(xì)胞中釋出。 干粉碎 和 濕粉碎。粉碎機(jī)械。57、蒸煮糊化 1、原理及作用 淀粉是一種親水膠體，與水接觸，水就由滲透膜而進(jìn)入到淀粉顆粒里面，淀粉顆粒因吸水而膨脹，體積擴(kuò)大，重量增加，若將吸水后的淀粉加熱到6080 ，其體積會(huì)隨溫度的升高而膨脹到50100倍，此時(shí)分子間聯(lián)系削弱，淀粉顆粒分開，工藝上稱之為淀粉糊化。 將淀粉質(zhì)原料在吸水后進(jìn)行高溫高壓蒸煮，目的是使植物組織和細(xì)胞徹底破裂，原料內(nèi)的淀粉顆粒因吸水膨脹而破壞，使淀粉顆粒變成溶解狀態(tài)的糊液，易于受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可發(fā)酵的糖。 另外，經(jīng)過高壓蒸煮，對(duì)微生物和雜菌也起到殺滅作用。 2、蒸煮糊化條件：150，壓力300600kPa，時(shí)間60120min，其能量消耗站乙醇生產(chǎn)總能耗的2030%。 3、 蒸煮工藝：間歇蒸煮工藝、連續(xù)蒸煮工藝 P230、P231. 圖7-10、圖7-11.58、糖化工藝 蒸煮醪不能直接被酵母菌利用發(fā)酵生成乙醇，必須進(jìn)行糖化，即將蒸煮醪中的淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性的糖。 糖化過程所用的催化劑稱為糖化劑（曲）。我國多采用曲霉作為糖化劑，歐洲各國則多采用麥芽作為糖化劑。曲分為麩曲和液體曲。此外還有采用酶制劑（如：淀粉酶）做糖化劑。 糖化工藝：蒸煮醪加水稀釋，加入糖化劑（曲，麩57%，液1520%），60 ，2030min。59、乙醇發(fā)酵酒精酵母 1、原理： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 乙醇發(fā)酵產(chǎn)物主要是C2H5OH和CO2，但同時(shí)也伴隨著產(chǎn)生40多種發(fā)酵副產(chǎn)物，主要是醇、醛、酸、酯4大類。60、乙醇發(fā)酵過程 （1）前期發(fā)酵 酵母菌繁殖增長期，溫度一般不超過30 ，延續(xù)時(shí)間10h左右。 （2）主發(fā)酵期 酵母細(xì)胞大量形成，穩(wěn)定生長，溫度最好3034 ，這是乙醇酵母最適宜生長溫度，延續(xù)時(shí)間12h左右。（3）后發(fā)酵期 醪液中糖分被消耗殆盡，溫度一般3032 ，延續(xù)時(shí)間按40h左右。 實(shí)際生產(chǎn)過程中以上三個(gè)階段并沒有明顯的界限，并且隨著糖化劑種類、酵母菌性能、接種量、發(fā)酵溫度等諸多因素的影響，均有實(shí)際變化。61、乙醇提取與精制 1、原理 發(fā)酵后醪液稱為熟醪，其主要成分是乙醇和水，同時(shí)包括40多種雜質(zhì)。乙醇的沸點(diǎn)78.3 ，水的沸點(diǎn)100 ，因此可利用蒸餾的方法將二者分離。 2、設(shè)備 蒸餾塔。 3、無水乙醇的生產(chǎn)方法 普通蒸餾的酒精，不能作為汽油替代燃料，必須脫水至酒精含量99.5%以上（無水乙醇），并加入改性劑才能作為燃料乙醇。 （1）化學(xué)反應(yīng)脫水；加入生石灰（CaO）、無水氯化鈣（CaCl2）、濃硫酸逆流吸附等； （2）分子分離脫水；A4型分子篩、半透膜 等；62、生物質(zhì)氣化的意義 優(yōu)點(diǎn)：改變生物質(zhì)資源的存在相態(tài)；方便運(yùn)輸和利用；環(huán)保；改善農(nóng)村衛(wèi)生及環(huán)境狀況，提高農(nóng)民生活水平； 問題：安全；熱值低；政策及管理；63、生物質(zhì)氣化的原理4個(gè)反應(yīng)區(qū)：（以上吸式生物質(zhì)氣化爐為例）生物質(zhì)原料從上部加入，氣化劑（空氣）從底部吹入，氣化爐中參與反應(yīng)的原料自上而下分成干燥區(qū)，熱分解區(qū)（裂解區(qū)），還原區(qū)和氧化區(qū)。 （1）氧化反應(yīng)空氣由氣化爐底部進(jìn)入，在經(jīng)過灰渣層時(shí)被加熱，繼而進(jìn)入氧化區(qū)，與熾熱的炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成CO2，放出熱量。由于是限氧燃燒，氧氣的供給不充分，因而不完全燃燒反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，生成CO，同時(shí)放熱。氧化區(qū)溫度可達(dá)1000-1200。（2）還原反應(yīng)該區(qū)已沒有氧氣存在，在氧化反應(yīng)中生成的CO2在這里同炭及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成CO和H2。由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度相應(yīng)降低，約為700900。還原區(qū)的主要產(chǎn)物為CO、CO2和H2，這些熱氣體同在氧化區(qū)生成的部分熱氣體進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則落入氧化區(qū)。（3）裂解反應(yīng)在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的熱氣體，在上行過程中經(jīng)過裂解層，將生物質(zhì)原料加熱，發(fā)生裂解反應(yīng)，其中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。由于裂解需要大量熱，在裂解區(qū)溫度已降到400600。在裂解反應(yīng)中還有少量烴類物質(zhì)的產(chǎn)生。裂解區(qū)的主要產(chǎn)物為C、H2、H2O、CO、 CO2、CH4、焦油及其他烴類物質(zhì)等，這些熱氣體繼續(xù)上升，進(jìn)入到干燥區(qū)，而炭則進(jìn)入下面的還原區(qū)。 （4）干燥反應(yīng)最上層為干燥區(qū)，從上面加入的物料直接進(jìn)入到干燥區(qū)，物料在這里同下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)生成的熱氣體產(chǎn)物進(jìn)行換熱，使原料中的水分蒸發(fā)出去，該層溫度為 100300。干燥層的產(chǎn)物為干物料和水蒸氣，水蒸氣隨著下面的三個(gè)反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)熱排出氣化爐，而干物料則落入裂解區(qū)。上吸式固定床氣化爐原理圖如下：2C+O22CO64、生物質(zhì)氣化技術(shù)的分類65、生物質(zhì)氣化氣的基本組成及特點(diǎn) 秸稈燃?xì)庵械闹饕煞钟幸谎趸迹–O）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）、水分（H2O）烴類物質(zhì)及硫化氫等。 特點(diǎn)：氮?dú)夂扛摺嶂递^低、燃燒所需的理論空氣量較少、爆炸極限高。 熱值一般在42007560KJ/m3之間，屬低熱值可燃?xì)狻?6、生物質(zhì)氣化的主要技術(shù)指標(biāo)（1）產(chǎn)氣率：單位質(zhì)量生物質(zhì)氣化所得的燃?xì)怏w積。（2）氣化強(qiáng)度：氣化爐中單位橫截面積每小時(shí)氣化生物質(zhì)原料的量，或氣化爐中單位容積每小時(shí)氣化生物質(zhì)原料的量。（3）氣化效率：又稱冷氣體熱效率，指單位重量生物質(zhì)原料氣化所得到的燃?xì)庠谕耆紵龝r(shí)放出的熱量與氣化使用的生物質(zhì)原料發(fā)熱量之比，是衡量氣化設(shè)備工作效率的主要指標(biāo)。（4）總熱效率：表示所有直接加入到氣化過程中熱量的利用程度，即生成物的總能量于參與氣化的物質(zhì)總能量之比。（5）燃?xì)鉄嶂担喝細(xì)獾臒嶂悼捎脷怏w燃料熱計(jì)測定。67、生物質(zhì)氣化設(shè)備及其分類氣化爐是氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備，常見的生物質(zhì)氣化爐按照原料的工作狀態(tài)可分為固定床和流化床兩大類。詳細(xì)分類如下：68、固定床氣化爐（1）下吸式固定床氣化爐其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比較簡單、工作穩(wěn)定性好、可隨時(shí)開蓋添料、氣體中焦油經(jīng)過高溫喉管區(qū)時(shí)，一部分被裂解為小分子永久性氣體，因此燃?xì)饨褂秃枯^低。其缺點(diǎn)是：抽出氣化氣時(shí)要耗費(fèi)較大的功率，燃?xì)庵谢曳侄?，出爐燃?xì)獾臏囟容^高，需要冷卻。（2）上吸式固定床氣化爐其優(yōu)點(diǎn)是：向下流動(dòng)的原料被向上流動(dòng)的熱氣體烘干、裂解，從而大大提高了爐具的熱效率，并且熱分解層和干燥層對(duì)氣化氣有一定的過濾作用。其缺點(diǎn)是：添料不方便；氣化氣中含焦油較多。 （3）3、平（側(cè)）吸式固定床氣化爐其特點(diǎn)是：氣化劑在爐內(nèi)停留時(shí)間短，出爐燃?xì)獾暮兄T如氣化劑等雜質(zhì)，焦油灰分含量大。爐體中心溫度高，容易造成結(jié)塊，它主要用于木炭氣化。 69、流化床氣化爐流化床氣化爐用于氣化具有一定粒度的固體燃料，當(dāng)氣化劑以一定流速度吹入后，燃料顆粒之間的微細(xì)顆粒之間會(huì)產(chǎn)生分離現(xiàn)象，全部微細(xì)顆粒被吹起而懸浮于氣流之中而不被吹出，物料顆粒和氣化劑充分接觸，在爐內(nèi)呈“沸騰”燃燒狀態(tài)。流化床氣化反應(yīng)速度快，氣化強(qiáng)度高，氣化效率高，適用于大型氣化系統(tǒng)。爐內(nèi)反應(yīng)均勻一致，反應(yīng)溫度為700-850，不能保證焦油的裂解溫度，產(chǎn)出氣中焦油含量較高，凈化設(shè)備投資較多。 （1）鼓泡式流化床氣化爐（Bubbling beg gasifier）最簡單的流化床氣化爐，生物質(zhì)原料在分布板上被直接輸送到熾熱的沙床中分解成炭和揮發(fā)分，氣化劑從底部吹入，生成的氣化燃?xì)庵薪褂秃恳话?-3g/m3，可通過調(diào)節(jié)氣化劑的量控制流化床溫度及產(chǎn)氣率。鼓泡床適用于顆粒較大的生物質(zhì)原料，但存在飛灰和炭粒夾帶嚴(yán)重、運(yùn)行費(fèi)用較大等問題，僅適合于大中型氣化系統(tǒng)（2）循環(huán)流化床氣化爐與鼓泡床相比，流化速度較高，使產(chǎn)出燃?xì)庵泻罅抗腆w顆粒，在燃?xì)獬隹谛柙O(shè)旋風(fēng)分離器或?yàn)V袋分離器。一般生物質(zhì)氣化所需的空氣量僅為完全燃燒時(shí)的20-30%，所以為保持較高流化速度，一方面氣化器相對(duì)截面不能太大，另一方面要求生物質(zhì)顆粒直徑較小。該床是目前商業(yè)化應(yīng)用最多的流化床氣化器。（3）雙流床氣化爐由一級(jí)反應(yīng)器和二級(jí)反應(yīng)器兩部分組成。一級(jí)反應(yīng)器中，生物質(zhì)原料發(fā)生熱分解，生成的可燃?xì)膺M(jìn)入后續(xù)凈化系統(tǒng)，固體炭粒作為原料進(jìn)入第二級(jí)反應(yīng)器中；在第二級(jí)反應(yīng)器中炭粒進(jìn)行氧化燃燒，使床層升溫，經(jīng)過加溫的高溫惰性流化介質(zhì)（沙子），通過腳管回到第一級(jí)反應(yīng)器，保證第一級(jí)反應(yīng)器內(nèi)分解氣化所需熱源和床料濃度。雙流床將燃燒和氣化過程分開進(jìn)行，效率較高。但其中兩床間有足夠穩(wěn)定的物料循環(huán)量以保證有足夠連續(xù)的熱量供給是其技術(shù)關(guān)鍵及難點(diǎn)。70、生物質(zhì)氣化過程的影響因素（1）原料的氣化特性生物質(zhì)原料揮發(fā)分高、固定碳低；（煤20%：60%，生物質(zhì)70%：30%）；生物質(zhì)炭的反應(yīng)性高；較低溫度即可以較快速度氣化反應(yīng)。如815，2MPa，7min生物質(zhì)即可80%氣化，而褐煤幾乎沒有反應(yīng)；生物質(zhì)氣化灰分少（除稻殼外一般小于3%），且灰分不易粘結(jié)；含硫量低（一般小于0.2%）；原料的粒度及粒度分布；（2）氣化過程的操作條件氣化溫度、反應(yīng)壓力、物料特性、催化劑等都是影響氣化過程的主要因素。（3）氣化反應(yīng)器的構(gòu)造71、焦油的成分、危害及去除方法生物質(zhì)氣化焦油組成十分復(fù)雜，有100多種物質(zhì)，主要為苯（5%以上含量物質(zhì)有：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚、茚）的衍生物和多環(huán)芳烴（PAHs）危害：降低氣化效率，焦油能量占?xì)饣偰芰康?-15%；堵塞管道；1）噴淋法。在噴淋塔中將水與氣化燃?xì)饨佑|，去除焦油?？稍谌萜髦醒b入玉米芯填充物，起到過濾的作用。此法集除塵、除焦和冷卻3項(xiàng)功能于一體，是中小型氣化系統(tǒng)采用較多的一項(xiàng)技術(shù)。主要缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生含有焦油的廢水，造成能量的浪費(fèi)和二次污染。2）機(jī)械法；離心分離。3）鼓泡水浴法。用稀堿（ NaOH ）溶液，對(duì)于去除燃?xì)獾慕褂陀休^好效果。4）干式過濾法。在容器內(nèi)添放粉碎的玉米芯、木屑、谷殼或炭粒，讓燃?xì)鈴闹写┻^，或讓燃?xì)馔ㄟ^陶瓷過濾芯，具有較好的焦油去除效果，但主要缺點(diǎn)是需要經(jīng)常更換過濾材料，而且部分過濾材料如活性炭成本較高。過濾焦油后，一定要把這些材料用于氣化。5）靜電除焦法。首先在高壓靜電下將生物質(zhì)氣化燃?xì)怆婋x，使焦油小液滴帶上電荷，小液滴聚合在一起形成大液滴，在重力作用下從燃?xì)夥蛛x出來。靜電除焦效率較高，一般可超過90%以上，缺點(diǎn)是能耗高，可操作性不強(qiáng)。6）催化裂解法。與石油催化理解原理類似，利用木炭、白云石、鎳基催化劑等催化劑的作用，在800900發(fā)生熱解反應(yīng)，效率達(dá)99%以上。催化裂解的產(chǎn)物為可燃?xì)怏w，可直接利用，避免了二次污染，是較有發(fā)展前途的技術(shù)。72、生物質(zhì)氣化集中供氣工程工藝流程73、生物質(zhì)氣化發(fā)電的流程生物質(zhì)氣化發(fā)電主要包括三個(gè)步驟：（1）生物質(zhì)原料熱解氣化，穩(wěn)定、高效的供給。（2）氣體凈化。去除灰分、焦炭和焦油 等雜質(zhì)，保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行。（3）燃?xì)獍l(fā)電。74、植物油/動(dòng)物油的用途：食用（直接食用、食品加工）、潤滑、制皂、制造油漆、防腐、密封、醫(yī)用75、生物柴油的概念：指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂，以及動(dòng)物油脂、餐飲廢油等可再生原料通過酯交換工藝制成的甲酯或乙酯燃料，這種燃料可供內(nèi)燃機(jī)使用。 76、植物油可以直接作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，1895年Rudlf Diesel 發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)，1900年巴黎博覽會(huì)第一次展示時(shí)使用花生油作為燃料。但直接以植物油作為燃料，存在黏度高、十六烷值（CN）低、揮發(fā)性差、積炭、結(jié)焦等缺點(diǎn)。77、植物油的理化性質(zhì) （1）植物油脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)植物油的來源是存在于植物生物器內(nèi)的油脂，主要成分是偶碳原子的高級(jí)脂肪酸甘油酯，習(xí)慣上把常溫液態(tài)、脂肪酸鏈上存在不飽和碳鍵的甘油酯稱為油，常溫為固態(tài)、碳鏈為飽和鍵的稱為脂。其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：（2）植物油的燃料特性 a、熱值 按重量計(jì)一般為柴油熱值的87%89%，且隨著脂肪酸鏈長度的增加而增加，隨脂肪酸鏈中雙鍵數(shù)的增加而減少，C、H元素含量越高，熱值越大。 b、十六烷值（CN） 衡量燃料在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒性能好壞的重要指標(biāo) 。 過高則致使燃燒不完全，油耗增加，功率下降，冒黑煙；過低則發(fā)動(dòng)機(jī)易爆震。 高速柴油機(jī)使用一般應(yīng)為4560。植物油CN一般為3540。 c、黏度燃料黏度大，會(huì)造成燃料霧化不良，油氣混合不均勻，燃燒不完全。 植物油的黏度一般比柴油高1020倍以上，蓖麻油為柴油的100倍。 任何對(duì)于油脂改性使其應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其主要目的都是降低植物油/動(dòng)物油的黏度！ d、閃點(diǎn)（燃點(diǎn)）