生物質(zhì)能源工程

1、第一章緒論1、生物質(zhì)（biomass）的概念：自然界中有生命的、可以生長的各種有機(jī)物質(zhì)，以及由這些生命體所派生、排泄和代謝出來的各種有機(jī)物質(zhì)。2、植物生物質(zhì)的元素組成：主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大組分構(gòu)成。植物生物質(zhì)主要由C、H、O、N、S這5種元素組成。(它們的含量約為：碳50%、氫6%、氧43%、氮1%)3、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的定義：纖維素是由D-吡喃式葡萄糖基通過1, 4-苷鍵聯(lián)結(jié)而成的均一的線狀高分子化合物。半纖維素是由兩種或兩種以上單糖基（葡萄糖基、木糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基等）組成的非均一聚糖，并且分子中往往帶有數(shù)量不等的支鏈。木質(zhì)素是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元（即

2、C6-C3單元）通過醚鍵、碳-碳鍵連接而成的具有三維空間結(jié)構(gòu)的芳香族高分子化合物。 4、生物質(zhì)中水分的種類 游離水：在植物生物質(zhì)的細(xì)胞腔或孔隙中的水分，一般為多層吸附水或毛細(xì)管水。結(jié)合水：在植物生物質(zhì)中與纖維素的羥基形成氫鍵結(jié)合的水。熱解水：生物質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)在熱解過程中生成的水。5、生物質(zhì)的灰分：生物質(zhì)的灰分是生物質(zhì)中所有可燃物質(zhì)完全燃燒以及生物質(zhì)中的礦物質(zhì)在一定溫度下發(fā)生一系列分解、化合等反應(yīng)后剩下的殘?jiān)?，主要由CaO、K2O、Na2O、MgO、SiO2、Fe2O3、P2O3等組成。6、生物質(zhì)揮發(fā)分：生物質(zhì)在隔絕空氣的條件下加熱到一定溫度，并在該溫度下停留一定時間，其有機(jī)物質(zhì)受熱分解析出的氣

3、態(tài)產(chǎn)物，即為揮發(fā)分，包括飽和的和不飽和的芳香族碳?xì)浠衔铮约吧镔|(zhì)中結(jié)晶水分解后蒸發(fā)的水蒸汽等。析出揮發(fā)分后余下的固體殘余物稱為焦碳或半焦。7、生物質(zhì)中的固定碳：生物質(zhì)出去“水分”“灰分”“揮發(fā)分”后的殘留物。8、生物質(zhì)能的利用轉(zhuǎn)化技術(shù)：物理化學(xué)法、熱化學(xué)法、生物化學(xué)法。9、生物質(zhì)的特點(diǎn)：1. 資源豐富2. 品種多樣3. 用途廣泛4. 可再生5. 低污染10、 生物質(zhì)能的定義：生物學(xué)角度：生物質(zhì)能是直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的形式固定和儲藏在生物體內(nèi)的能量。能源角度：利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)的一種可再生清潔能源。11、生物質(zhì)能的特點(diǎn)：（1）豐富；（2）潔凈；（3）產(chǎn)量

4、大；（4）可再生（5）易燃，揮發(fā)組分高，炭活性高（6）二氧化碳“零”排放，降低溫室效應(yīng)第二章生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)1、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的概念：在一定溫度和壓力作用下，利用木質(zhì)素充當(dāng)粘合劑，將松散的秸桿、樹枝和木屑等農(nóng)林生物質(zhì)壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀的成型燃料2、生物質(zhì)成型燃料特點(diǎn)：成型燃料具有體積小、密度大、儲運(yùn)方便、使用方便衛(wèi)生、燃燒持續(xù)穩(wěn)定、燃燒效率高、燃燒后灰渣及煙氣中污染物含量小。3、生物質(zhì)壓縮成型的黏結(jié)機(jī)制：（1）固體顆粒橋接或架橋（2）非自由移動黏結(jié)劑作用的黏結(jié)力（3）自由移動液體的表面張力和毛細(xì)壓力（4）粒子間的分子吸引力或靜電引力（5）固體粒子間的充填或嵌合4、生物質(zhì)壓縮成型的顆

5、粒特性：（1）流動性（2）充填性（3）壓縮性5、生物質(zhì)壓縮成型的2個階段：第一階段：在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質(zhì)顆粒中，使原先松散堆積的固體顆粒排列結(jié)構(gòu)開始改變，生物質(zhì)內(nèi)部空隙率減小。第二階段：當(dāng)壓力逐漸增大時，生物質(zhì)大顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細(xì)小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動，粒子開始充填空隙，粒子間更加緊密地接觸而互相嚙合，一部分殘余應(yīng)力儲存于成型塊內(nèi)部，使粒子間結(jié)合更牢固。6、生物質(zhì)壓縮成型的電勢特性、吸附層、擴(kuò)散層：固體顆粒與液體接觸，在固體顆粒表面會發(fā)生電荷的優(yōu)先吸附現(xiàn)象，使固體表面帶電荷，而與固體表面接觸的液體會形成相反電荷的擴(kuò)散層，構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)。吸附層隨固體而運(yùn)動；擴(kuò)

6、散層不隨固體運(yùn)動而運(yùn)動，當(dāng)液體流動時它是一個可流動層。擴(kuò)散雙電層的正電荷等于固體表面的負(fù)電荷。7、生物質(zhì)壓縮成型的化學(xué)成分變化：（1）木質(zhì)素100時開始軟化， 160時開始熔融，形成膠體物質(zhì)。在壓縮成型過程中，木質(zhì)素在溫度和壓力的共同作用下發(fā)揮黏結(jié)劑功能，黏附和聚合生物質(zhì)顆粒，提高成型物的結(jié)合強(qiáng)度和耐久性。（2）半纖維素由復(fù)合聚糖組成，起黏結(jié)劑的作用。（3）水在壓力作用下，與果膠質(zhì)或糖類混合形成膠體，起黏結(jié)劑作用。降低木質(zhì)素玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使生物質(zhì)能在更低溫度下壓縮成型。（3）有機(jī)抽出物成分樹脂、蠟、腐殖質(zhì)等也是黏結(jié)劑，但對溫度和壓力比較敏感。在適宜的溫度和壓力下，在壓縮成型過程中也能發(fā)揮有效

7、的黏結(jié)作用。（4）纖維素由纖維素分子形成微纖絲，在成型塊中類似于混凝土中的“鋼筋”作用，成為提高成型塊強(qiáng)度的“骨架”。8、生物質(zhì)壓縮成型的影響因素：1. 生物質(zhì)原料種類2. 生物質(zhì)原料含水率3. 生物質(zhì)原料粒度4. 成型壓力5. 成型溫度9、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)種類：1. 常溫壓縮成型2. 熱壓成型3. 炭化成型11、生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)的一般工藝流程：生物質(zhì)原料的收集、粉碎、干燥、壓縮成型、成型燃料切斷、冷卻和除煙塵待主要環(huán)節(jié)。1）生物質(zhì)原料收集：（1）加工廠的服務(wù)半徑 （2）農(nóng)戶供給加工廠原料的形式 （3）秸桿等原料在田間經(jīng)風(fēng)吹、日曬、自然風(fēng)干的程度 2）生物質(zhì)原料粉碎：對于顆粒成型燃料，一般

8、需要將90%的原料粉碎至直徑2mm以下。 3）生物質(zhì)原料干燥：通過干燥使原料的含水率符合成型要求的范圍內(nèi)。與熱壓成型機(jī)配套使用的干燥機(jī)有回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機(jī)、立式氣流干燥機(jī)二種： 4）壓縮成型：生物質(zhì)壓縮成型一般分為螺桿擠壓式、活塞擠壓式（或沖壓式）和壓輥成型機(jī)等。 5）成型燃料的切斷：棒狀成型燃料的切斷有二種方式： （1）設(shè)計(jì)一個旋轉(zhuǎn)刀片切斷機(jī)，將運(yùn)到冷卻傳送帶上的生物質(zhì)棒狀燃料切割成整 齊勻稱的長度，其斷面平整光滑。 （2）讓擠出的棒狀燃料觸碰到平滑而傾斜的阻礙物，靠彎曲應(yīng)力使其斷裂，其長度均稱，但斷面不光滑。 6）成型過程的冷卻與除煙塵： 7） 典型生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)流程：12生物質(zhì)壓縮成型

9、設(shè)備種類：螺桿擠壓式、活塞擠壓式（或沖壓式）和壓輥成型機(jī)等。13.生物質(zhì)成型燃料的物理特性：（1）形狀和密度 松弛密度：生物質(zhì)成型燃料出模后，由于彈性變形和應(yīng)力松弛，其壓縮密度逐漸減小，一定時間后密度趨于穩(wěn)定，此時成型燃料的密度又稱為松弛密度生物質(zhì)成型燃料的耐久性反應(yīng)了成型塊的黏結(jié)性能，它是由成型塊的壓縮條件和松弛密度決定的。耐久性作為表示成型塊品質(zhì)的一個重要特性，主要體現(xiàn)在成型塊的不同使用性能和儲藏性能方面。耐久性可細(xì)分為抗變形性、抗跌碎性、抗?jié)L碎性、抗?jié)B水性、抗吸濕性。14、生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性：生物質(zhì)成型燃料是經(jīng)過高壓形成的燃料，其密度遠(yuǎn)大于原生生物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和組織特性決定了揮發(fā)分的

10、逸出速率和傳熱速率都大大降低。點(diǎn)火溫度升高，點(diǎn)火性能變差，但比型煤的點(diǎn)火性能要好，仍為生物質(zhì)的點(diǎn)火特性。燃燒速度適中，揮發(fā)分燃燒所需要的氧與外界擴(kuò)散的氧匹配較好，燃燒穩(wěn)定、完全，減小了能量及熱損失。生物質(zhì)成型燃料由于密度大、燃燒熱效率高，燃燒時更接近于固體燃料的燃燒方式“顆粒燃燒模式”，其性能優(yōu)于薪材和秸桿，具有中值煤的特性。第三章生物質(zhì)熱裂解技術(shù)1、生物質(zhì)熱裂解的概念：生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給條件下利用熱量切斷生物質(zhì)大分子中碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，最終生成生物油、可燃?xì)怏w和木炭的過程。2、生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)機(jī)理：（1）從生物質(zhì)組成成分分析 生物質(zhì)主要由纖維

11、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抽提物組成。半纖維素分解溫度： 225350 纖維素分解溫度：325375 木質(zhì)素分解溫度： 250500 半纖維素和纖維素?zé)崃呀庵饕a(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，木質(zhì)素主要分解為炭。（2）從物質(zhì)、能量的傳遞分析首先，熱量被傳遞到顆粒表面，并由表面?zhèn)鬟f到顆粒內(nèi)部，熱裂解過程由外至內(nèi)逐層進(jìn)行。生物質(zhì)顆粒被加熱的部分迅速分解生成炭和揮發(fā)分。其中，揮發(fā)分由可凝性氣體和不凝性氣體組成，可凝性氣體經(jīng)快速冷凝得到生物油。即一次裂解反應(yīng)生成生物質(zhì)炭、一次生物油、不凝性氣體。在多孔生物質(zhì)顆粒內(nèi)部，揮發(fā)分還將進(jìn)一步裂解，形成不凝性氣體和熱穩(wěn)定的二次生物油。同時

12、，當(dāng)揮發(fā)分離開生物質(zhì)顆粒時，還將穿越周圍的氣相組分，進(jìn)一步裂解，稱為二次裂解反應(yīng)，生成二次生物油和不凝性氣體。與慢速熱裂解相比，快速熱裂解的傳熱過程發(fā)生在極短的原料停留時間內(nèi)，強(qiáng)烈的熱效應(yīng)使原料迅速地裂解，不再出現(xiàn)中間產(chǎn)物，直接產(chǎn)生熱裂解產(chǎn)物。另外，熱裂解產(chǎn)物的迅速淬冷使其來不及降解成小分子的不凝性氣體，從而最大限度地增加了液態(tài)生物油的產(chǎn)量。（3）從反應(yīng)進(jìn)程分析（1）干燥階段（120150 ）（2）預(yù)熱裂解階段（150275 ）（3）固體分解階段（275475 ）（4）煅燒階段（450500 ）3、生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)動力學(xué)：求活化能和頻率因子 具體看PPT4、生物質(zhì)熱裂解過程影響因素：1. 溫度

13、2. 固體和氣相滯留期3. 生物質(zhì)原料特性4. 壓力5. 升溫速率5、生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)的工藝流程：物料的干燥、粉碎、熱裂解、產(chǎn)物炭和灰的分離、氣態(tài)生物油的冷卻、生物油的收集6、典型生物質(zhì)熱裂解液化裝置的結(jié)構(gòu)：7、生物油的組成：生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)物主要由生物油、不凝性氣體和木炭組成。生物油是含氧量極高的復(fù)雜有機(jī)混合物，幾乎包括所有種類的含氧有機(jī)化合物，如醚、酯、醛、酮、酚、醇、有機(jī)酸等。每種生物油中，苯酚、蒽、萘、菲、有機(jī)酸的含量較大。8、生物油的典型特性：9、生物油的精制：（1）生物油加氫處理（2）沸石催化轉(zhuǎn)化（3）生物油乳化（4）生物油催化裂解（5）生物油水蒸汽催化重整（6）生物油的酯化（7

14、）生物油的分子蒸餾（8）生物油的氣化第四章生物質(zhì)氣化技術(shù)1、生物質(zhì)氣化：以生物質(zhì)為原料，以氧氣（游離氧、結(jié)合氧）、空氣、水蒸汽、水蒸汽/氧氣混合氣、氫氣為氣化劑，在高溫不完全燃燒條件下，使生物中相對分子量較高的有機(jī)碳?xì)浠衔锇l(fā)生鏈裂解并與氣化劑發(fā)生復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生相對分子質(zhì)量較輕的一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃?xì)怏w的過程。2、氣化與燃燒的區(qū)別：氣化過程：提供充足的空氣或氧氣，原料充分燃燒；目的是直接獲取熱量；燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水等不可再燃燒的煙氣。 燃燒過程：只提供熱化學(xué)反應(yīng)所需的那部分氧氣；盡可能將能量保留在反應(yīng)后得到的可燃?xì)怏w中；氣化產(chǎn)物為一氧化碳、氫氣和甲烷等低分子烴類可燃?xì)怏w。3、

15、固定床下吸式氣化爐、固定床上吸式氣化爐、單流化床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐：工作過程、優(yōu)缺點(diǎn)：固定床下吸式氣化爐的工作過程生物質(zhì)原料從頂部加入，然后依靠重力逐漸由頂部移動到底部；空氣從上部進(jìn)入，向下經(jīng)過各反應(yīng)層，燃?xì)庥煞磻?yīng)層下部吸出；灰渣從底部排出。由于原料移動方向與氣體流動方向相同，所以也叫順流式氣化。剛進(jìn)入氣化爐的原料遇到下方上升的熱氣流，首先脫除水分；下移過程中當(dāng)溫度升高到200250左右時發(fā)生熱解并析出揮發(fā)分；揮發(fā)分隨之與空氣一起向下流動，當(dāng)進(jìn)入氧化區(qū)時，揮發(fā)分和一部分生物質(zhì)焦炭與空氣中的氧氣發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，并使?fàn)t內(nèi)局部溫度迅速升至1000以上；在氧氣耗盡后的還原區(qū)，剩余焦炭與氣體中

16、的二氧化碳和水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)而生成一氧化碳、氫氣和甲烷等可燃?xì)怏w；最后，這些混合氣體由氣化爐下部引出爐外。固定床下吸式氣化爐的優(yōu)點(diǎn)固定床下吸式氣化的最大優(yōu)點(diǎn)是氣化氣體中的焦油含量比固定床上吸式低許多，因?yàn)閾]發(fā)分中的焦油在氧化層和還原層得到了一定程度的氧化和裂解，因此，這種氣化技術(shù)比較適宜應(yīng)用于需要使用潔凈燃?xì)獾膱龊?。固定床下吸式氣化一般均采用安裝在氣化機(jī)組下游的羅茨風(fēng)機(jī)或真空泵將空氣吸進(jìn)氣化爐，氣化爐內(nèi)的工作環(huán)境為微負(fù)壓，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是加料口不需要嚴(yán)格的密封即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，這對于秸稈一類的生物質(zhì)非常重要，因?yàn)檫@類生物質(zhì)的堆密度很小，因此要設(shè)計(jì)一個能容納一定時間料量的爐膛相當(dāng)困難，即便能夠做

17、到，也很難保證氣化能夠穩(wěn)定運(yùn)行。但微負(fù)壓工作環(huán)境同樣也會導(dǎo)致爐膛下部連續(xù)出灰的困難，若不增加專門的連續(xù)出灰裝置，則只能將爐膛底部做得足夠大來存放灰渣，運(yùn)行時每隔一段時間停機(jī)清除一次灰渣。固定床下吸式氣化爐的缺點(diǎn)固定床下吸式氣化的最大缺點(diǎn)是爐排處于高溫區(qū)，容易粘連熔融的灰渣，壽命難以保證。固定床上吸式氣化爐的工作過程生物質(zhì)原料從頂部加入，然后依靠重力逐漸由頂部移動到底部；空氣從下部進(jìn)入，向上經(jīng)過各反應(yīng)層，燃?xì)鈴纳喜颗懦?，灰渣從底部排出。由于原料移動方向與氣體流動方向相反，所以也叫逆流式氣化。剛進(jìn)入氣化爐的原料遇到下方上升的熱氣流，首先脫除水分；當(dāng) 溫度升高到200250左右時發(fā)生熱解反應(yīng)，析出揮

18、發(fā)分；揮發(fā)分和一部分生物質(zhì)焦炭與空氣中的氧氣發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，使?fàn)t內(nèi)廚部溫度迅速升至l000以上；剩余高溫?zé)霟岬慕固吭倥c氣體中的二氧化碳和水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)而生成一氧化碳、氫氣和甲烷等可燃?xì)怏w；最后，這些氣體與熱解層析出的揮發(fā)分混合，由氣化爐上部引出爐外。固定床上吸式氣化爐的優(yōu)點(diǎn)氣化效率較高，因?yàn)闊峤鈱雍透稍飳映浞掷昧诉€原反應(yīng)后的氣體余熱；燃?xì)鉄嶂递^高，因?yàn)闅饣瘹庵苯踊烊肓苏嬗休^高 熱值的揮發(fā)分；爐排受到進(jìn)風(fēng)的冷卻，不易損壞。固定床上吸式氣化爐的缺點(diǎn)固定床上吸式氣化的最大缺點(diǎn)是由于氣化生成氣直接混入了揮發(fā)分中的焦油而使氣體中的焦油含量較高，這對于氣體的使用是一個很大的問題，因?yàn)榻褂屠淠髸?/p>

19、沉積在管道、閥門、儀表和灶具上，嚴(yán)重時可破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。單流化床氣化爐的工作過程單流化床氣化爐是最基本也是最簡單的一種流化床氣化爐。如圖所示，單流化床氣化爐只有一個流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器一般可分為上下兩段，下部為氣固密相段，上部為氣固稀相段。氣化劑從底部經(jīng)由氣體分布板進(jìn)入流化床反應(yīng)器，生物質(zhì)原料從分布板上方進(jìn)入流化床反應(yīng)器。生物質(zhì)原料與氣化劑一邊向上作混合運(yùn)動、一邊發(fā)生干燥、熱解、氧化和還原等反應(yīng)，這些反應(yīng)主要發(fā)生在密相段，反應(yīng)溫度一般控制在800左右。稀相段的作用主要是降低氣體流速，使沒有轉(zhuǎn)化完全的生物質(zhì)焦炭不致被氣流迅速帶出反應(yīng)器而繼續(xù)留在稀相段發(fā)生氣化反應(yīng)。單流化床氣化爐的優(yōu)點(diǎn)由于生物

20、質(zhì)物料粒度較細(xì)和 劇烈的氣固混合流動，床層內(nèi)傳熱、傳質(zhì)效果較好，因而氣化效率和氣化強(qiáng)度都比 較高；由于流態(tài)化的操作范圍較寬，故流化床氣化能力可在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào) 節(jié)，而氣化效果和氣化效率不會明顯降低；由于床層溫度不是很高且比較均勻， 因而灰分熔融結(jié)渣的可能性大大減弱。單流化床氣化爐的缺點(diǎn)由于氣體出口溫度較高，故產(chǎn)出氣體的顯熱損失較大；由于流化速度較高、物料顆粒又細(xì)，故產(chǎn)出氣體中的固體帶出物較多；流化床要求床內(nèi)物料、壓降和溫度等分布均勻，故而啟動和控 制較為復(fù)雜；對于鼓泡床氣化，最好在床層內(nèi)添加一些熱容量比較大的惰性熱載體，否則氣化效率和氣化強(qiáng)度都難以令人滿意。循環(huán)流化床氣化爐的工作過程右圖為循

21、環(huán)流化床氣化爐的工作原理圖。它與單流化床氣化爐的主要區(qū)別是生成氣中的固體顆粒在經(jīng)過了旋風(fēng)分離器或?yàn)V袋分離器后，通過料腳再返回到流化床，繼續(xù)進(jìn)行氣化反應(yīng)。循環(huán)流化床氣化爐以空氣為氣化劑時的操作特性見下表。循環(huán)流化床氣化爐的優(yōu)點(diǎn)由于操作氣速可以明顯提高而不必?fù)?dān)心碳的轉(zhuǎn)化率，故氣化效率尤其是氣化強(qiáng)度可以得到進(jìn)一步提高；可以適用更小的物料粒徑，在大部分情況下可以不加流化熱載體，運(yùn)行較為簡單。循環(huán)流化床氣化爐的缺點(diǎn)循環(huán)流化床的缺點(diǎn)主要是回流系統(tǒng)控制較難，料腳容易發(fā)生下料困難，且在炭回流較少的情況下容易變成低速攜帶床。4、生物質(zhì)氣化基本原理：生物質(zhì)氣化是在一定熱力學(xué)條件下，將組成生物質(zhì)的碳水化合物轉(zhuǎn)化為一

22、氧化碳、氫氣和低分子烴類等組成的可燃?xì)獾倪^程。（1）物料干燥（2）熱解反應(yīng)（3）氧化反應(yīng)（4）還原反應(yīng)5、生物質(zhì)氣化反應(yīng)動力學(xué)：1） 熱解過程：氣體產(chǎn)量與氣相滯留時間呈近似指數(shù)關(guān)系，即計(jì)算固體生物質(zhì)氣化動力學(xué)的表達(dá)式： 2） 燃燒過程：3）還原過程：6、生物質(zhì)氣化反應(yīng)平衡分析：（1）反應(yīng) C + CO2 CO（2）反應(yīng) CO + H2O CO2 + H2（3）反應(yīng) C + 2H2 CH4（4）反應(yīng) 2CO + 2H2 CH4 + CO27、生物質(zhì)氣化反應(yīng)影響因素：8、生物質(zhì)氣化評價參數(shù)：氣體產(chǎn)率、氣體熱值、氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率、氣化強(qiáng)度、氣體組分9、生物質(zhì)氣化燃?xì)庵薪褂偷奶攸c(diǎn)及其危害： 焦油占可

23、燃?xì)饽芰康?%10%，在低溫下難以與可燃?xì)庖坏辣蝗紵?，因此大部分焦油的能量被浪費(fèi)掉； 焦油在低溫下冷凝成黏稠狀液體，容易和水、炭粒等結(jié)合在一起，堵塞輸氣管道，卡住閥門和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，腐蝕金屬； 焦油難以完全燃燒，并產(chǎn)生炭黑等顆粒，對燃?xì)饫迷O(shè)備如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等損害相當(dāng)嚴(yán)重； 焦油及其燃燒產(chǎn)生的氣體對人體有害。10、生物質(zhì)氣化燃?xì)饨褂腿コ椒ǎ海?）噴淋法去除焦油和灰塵（2）鼓泡水浴法去除焦油和灰塵（3）干式過濾法去除焦油和灰塵11、催化裂解去除焦油方法：焦油催化裂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小分子氣體（如H2、CO、CO2、CH4等）的過程。焦油裂解后

24、的氣體產(chǎn)物與燃?xì)獬煞窒嗨?，可直接燃用。在不使用催化劑的條件下要實(shí)現(xiàn)焦油的完全裂解，需要很高的反應(yīng)溫度（如10001200），若在裂解過程中引入催化劑，則裂解溫度可大大降低（如750900）。水蒸氣在焦油裂解過程中也有重要作用，它和焦油中某些成分反應(yīng)生成CO、H2及CH4等，既可減少炭黑的形成，又提高了燃?xì)獾馁|(zhì)量。例如在裂解過程中萘與水蒸氣可以發(fā)生下列反應(yīng)：12、氣體熱值：單位體積的氣體燃料完全燃燒時所放出的熱量稱為氣體燃料的熱值、華白指數(shù)是一個熱負(fù)荷指標(biāo)，它從燃?xì)庑再|(zhì)的角度全面反映了燃?xì)庀蛉紵魈峁崃康哪芰Γ潜ＷC已有燃燒器在燃?xì)庑再|(zhì)發(fā)生變化時仍能正常使用的重要指標(biāo)、熱負(fù)荷：燃料在燃燒器中（

25、如燃?xì)饩摺⑷細(xì)鉄崴?、燃?xì)馊∨癄t、火箭發(fā)動機(jī)燃燒室）燃燒時單位時間內(nèi)所釋放的熱量、化學(xué)當(dāng)量比：每標(biāo)準(zhǔn)立方米燃?xì)馔耆紵璧淖钌倏諝饬糠Q為化學(xué)當(dāng)量比、著火極限：燃?xì)庠诳扇蓟旌衔镏心軌蛘Ｖ鸬淖钚『妥畲鬂舛确謩e稱為著火濃度下限和著火濃度上限第五章生物質(zhì)液化技術(shù)（直接液化技術(shù)）1、熱解液化、直接液化、間接液化的區(qū)別：（1）熱解液化熱解液化是在缺氧狀態(tài)下，打破大分子物質(zhì)的分子鏈后小分子物質(zhì)迅速冷凝的過程。（2）直接液化直接液化是以水或其他有機(jī)溶劑為介質(zhì)，把生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。（3）間接液化間接液化就是把生物質(zhì)氣化后，再進(jìn)一步合成液體產(chǎn)品，或者采用水解法把生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為

26、多糖，然后再利用生物質(zhì)技術(shù)發(fā)酵成乙醇?，F(xiàn)階段，此種方法產(chǎn)油率低、設(shè)備龐大、投資大、副產(chǎn)物多，應(yīng)用不多。2、生物質(zhì)高壓直接液化影響因素：1. 生物質(zhì)原料種類2. 溶劑3. 催化劑4. 反應(yīng)溫度5. 反應(yīng)時間6. 反應(yīng)壓力和液化氣氛3、生物質(zhì)油的應(yīng)用：（1）生物油燃燒（2）生物油制氫（3）生物油氣化（4）富鈣生物油（5）生物油制取膠黏劑（6）生物油制取化學(xué)品第六章生物質(zhì)柴油技術(shù)1、生物質(zhì)柴油的定義：廣義：所有用生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的替代燃料。狹義：生物柴油（biodiesel）是指以動植物油脂、微生物油脂和各種廢棄油脂等為原料，與短鏈醇（即低碳醇，如甲醇、乙醇）經(jīng)過轉(zhuǎn)酯化（酯交換）反應(yīng)（transes

27、terification reaction）制備獲得的一種長鏈脂肪酸單烷基酯（fatty acid esters）2、生物質(zhì)柴油的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)（1）具有優(yōu)良的環(huán)保性能。生物柴油含硫量低，從而使二氧化硫和硫化物的排放量降低；生物柴油中不含芳香族烴類，對人體的損害低于普通柴油；生物柴油含氧量高，燃燒時排煙少，一氧化碳排放量低；生物柴油的生物降解性高。（2）具有較好的發(fā)動機(jī)低溫啟動性能。無添加劑時冷濾點(diǎn)達(dá)-20。（3）具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用 壽命延長。（4）具有較好的安全性能。閃點(diǎn)高，儲存、運(yùn)輸和使用都比較安全，不屬于 危險(xiǎn)品。（5）具有良好的燃燒性能。生物柴油

28、的十六烷值高達(dá)52.9，著火性能好，滯 燃期短、未燃碳?xì)浜土呀馓細(xì)渖?，一氧化碳排放量低。燃燒殘留物呈?酸性，使催化劑和發(fā)動機(jī)機(jī)油的使用壽命延長。（6）具有可再生性能。（7）無需改動柴油機(jī)，可直接添加使用，同時無需添設(shè)加油設(shè)備、儲存設(shè)備 及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。（8）生物柴油以一定比例與石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗、提高機(jī)動性 能，并降低尾氣污染。（9）含水率較高，最大可達(dá)45%。水分有利于降低油的黏度，提高穩(wěn)定性， 但降低了油的熱值。缺點(diǎn)：（1）熱值較低。生物柴油含水率較高，最大可達(dá)45%。雖然水分有利于降低 油的黏度，提高穩(wěn)定性，但降低了油的熱值。（2）具有弱酸性。生物柴油pH值較低，儲存

29、設(shè)備需耐酸腐蝕材料制造。對柴 油機(jī)及其附件具有一定的腐蝕性。（3）點(diǎn)火性能不好。由于生物柴油閃點(diǎn)高，雖然安全性較高，但也造成點(diǎn)火 性能下降。（4）可再生性具有一定的限制，原料在一定歷史時期可能無法實(shí)現(xiàn)按需供應(yīng)（5）具有“老化”傾向，加熱不宜超過80，宜避光、避免與空氣接觸保存。3、冷濾點(diǎn)：是指在規(guī)定條件下，當(dāng)試油通過過濾器每分鐘不足20ml時的最高溫度（即流動點(diǎn)使用的最低環(huán)境溫度）、閃點(diǎn)（Flash point）：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，液體發(fā)生閃燃的最低溫度叫做閃點(diǎn)、著火點(diǎn)（Fire point）：指氣體、液體和固體可燃物與空氣共存，當(dāng)達(dá)到一定溫度時，與火源接觸即自行燃燒?；鹪匆谱吆?，仍能繼續(xù)燃

30、燒的最低溫度，稱為該物質(zhì)的燃點(diǎn)或著火點(diǎn)、十六烷值（Cetane number）：柴油十六烷值用來表示柴油的發(fā)火性能4、酯交換反應(yīng)原理及影響因素：（1）游離脂肪酸（2）水分（3）醇油比（4）催化劑（5）反應(yīng)時間（6）反應(yīng)溫度（7）攪拌速率5、生物柴油的制備方法：直接混合、微乳液法、熱裂解和酯交換、 超聲波法6、低酸值油脂生產(chǎn)生物柴油工藝：7、高酸值油脂生產(chǎn)生物柴油工藝：高酸值油脂由于含有較多的脂肪酸，不適宜用堿性催化劑，應(yīng)改用酸性催化劑。但用酸性催化劑生產(chǎn)生物柴油，反應(yīng)速度慢，需較高的溫度和較長的時間，且含環(huán)氧酸、共軛酸、羥基丙烯酸不宜用酸性催化劑。其工藝流程圖如下：原料預(yù)處理（脫水、脫臭、凈化

31、）（醇+催化劑+70） 攪拌反應(yīng)（1h） 沉淀分離排雜回收醇過濾成品。8、間歇均相酸堿結(jié)合催化工藝：由于均相酸催化不及堿催化效果好，而且反應(yīng)時間較長，因此，對游離脂肪酸含量不太高（如略高于3%左右）的原料，通常采用兩種可能的技術(shù)方案：一是用堿中和游離酸形成皂后分離，精制后的油脂通過堿催化與醇完成酯交換反應(yīng)；另一是首先在酸性催化條件下游離脂肪酸與醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到脂肪酸酯，待原料中的游離脂肪酸完全轉(zhuǎn)化成脂肪酸酯后再在堿催化作用下完成油脂與醇的酯交換過程。9、連續(xù)法生物柴油生產(chǎn)工藝（魯奇（Lurgi）工藝）：魯奇工藝的特點(diǎn)：原料適應(yīng)性強(qiáng)；過程連續(xù)，常壓，溫度60；雙反應(yīng)器系統(tǒng)，其中獲得專利的甘油

32、錯流結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率最大化；甲醇可回收及循環(huán)利用；封閉循環(huán)水洗系統(tǒng)能減少廢水排放；通過重力沉降實(shí)現(xiàn)相分離。10、甘油的回收精制工藝：脫醇、脫水、脫鹽、脫色。脫醇是為了將粗甘油中未反應(yīng)完全的甲醇或短鏈醇去除，由于短鏈醇的沸點(diǎn)偏低，可通過常壓蒸餾的方法去除；脫水是為了將粗甘油中的水分去除，提高精制后的甘油純度；脫鹽主要是針對酸堿制備生物柴油的副產(chǎn)物甘油而言的，由于在酸堿制備過程中加入了氫氧化鈉或硫酸等作為催化劑，因此需要將形成的皂化物質(zhì)用酸中和生成鹽后，采用離心法去除，以提高甘油純度；脫色是為了讓精制后的甘油具有良好的品相與外觀，常采用活性炭脫色。11、甘油的高值化利用：1. 甘油生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷2

33、. 甘油生產(chǎn)1, 3-丙二醇3. 甘油生產(chǎn)乙二醇4. 甘油生產(chǎn)2, 3-丁二醇5. 甘油生產(chǎn)其它化學(xué)品第七章生物質(zhì)沼氣技術(shù)1、沼氣的定義：沼氣是指有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種以甲烷為主的可燃混合氣體2、沼氣發(fā)酵原理：第一階段，水解和發(fā)酵在這一階段中復(fù)雜有機(jī)物在微生物(發(fā)酵菌)作用下進(jìn)行水解和發(fā)酵。多糖：先水解為單糖，再通過酵解途徑生成丙酮酸，經(jīng)發(fā)酵后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、乙醇、丙酸。蛋白質(zhì)：先水解為氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨。脂類：先轉(zhuǎn)化為脂肪酸和甘油，再轉(zhuǎn)化為脂肪酸和醇類。第二階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸（即酸化階段）在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把除甲酸、乙酸、甲膠、甲醇以外的第

34、一階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如脂肪酸（丙酸、丁酸）和醇類（乙醇）等水溶性小分子轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。第三階段，產(chǎn)甲烷階段甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺和甲醇、氫氣和二氧化碳等基質(zhì)通過不同的路徑轉(zhuǎn)化為甲烷，其中最主要的基質(zhì)為乙酸、氫氣和二氧化碳。厭氧消化過程有70%左右甲烷來自乙酸的分解，30%左右來源于氫氣和二氧化碳的合成。3、沼氣發(fā)酵微生物之間的相互關(guān)系：（1）不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需的物質(zhì)，產(chǎn)甲烷菌又為不產(chǎn)甲烷菌生長解除反饋抑制（2）不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宣的氧化還原條件（即厭氧環(huán)境）（3）不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)（4）不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌共同維持適宜的發(fā)酵環(huán)境pH值

35、（5）不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌間的協(xié)同與制約關(guān)系4、沼氣發(fā)酵工藝條件：1. 發(fā)酵環(huán)境2. 發(fā)酵物料3. 發(fā)酵過程調(diào)控5、防止沼氣池酸化現(xiàn)象的產(chǎn)生的常用方法： 加大接種物用量，使酸化與甲烷化速度能盡快達(dá)到平衡，一般接種物用量為原料量的1/31/2； 將原料進(jìn)行堆漚，使易于分解產(chǎn)酸的有機(jī)物在好氧條件下分解掉一大部分，同時降低了碳氮比（C/N）； 原料中加入1%2%的石灰水，以中和所產(chǎn)生的有機(jī)酸。6、水壓式沼氣池的工作原理：7、大中型沼氣工程的基本工藝流程：8、水力滯留期：厭氧反應(yīng)器的水力滯留期（HRT）是指一個反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液按體積計(jì)算被全部置換所需要的時間、固體滯留期：固體滯留期（SRT）是指懸浮固

36、體物質(zhì)從反應(yīng)器里被置換的時間、微生物滯留期：微生物滯留期（MRT）是指從微生物細(xì)胞的生成到被置換出反應(yīng)器的時間9、全混合式反應(yīng)器、塞流式反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器、厭氧濾器的結(jié)構(gòu)、原理、工作流程及其優(yōu)缺點(diǎn)：10、沼氣的脫水、脫硫方法： 冷分離法是利用壓力能變化引起溫度變化，使水蒸氣從氣相中冷凝下來的方法。常用的有下述兩種流程。1、節(jié)流膨脹冷脫水法2、加壓后冷卻法：3、固體物理吸水法脫硫： 干法脫硫 濕法脫硫 生物脫硫11、沼氣的儲存方法：大中型沼氣工程一般采用低壓濕式儲氣拒、干式儲氣柜或沼氣儲氣袋儲存沼氣。 浮罩式儲氣柜 干式儲氣柜12、沼氣的利用途徑： 作為民用燃料和用于照明

37、 用于發(fā)電 用作動力燃料 用作化工原料 用作孵化禽類 用作蔬菜種植 用作儲糧防蟲13、沼液沼渣的綜合利用：（1）有機(jī)肥料（2）防治病蟲害（3）飼料填加劑14、沼液沼渣的分離方法: 斜板篩法 轉(zhuǎn)動篩法 擠壓式分離法 沉降式離心分離法5過濾式離心分離法第八章生物質(zhì)乙醇技術(shù)1、乙醇生產(chǎn)方法:（1）微生物發(fā)酵法，就是利用微生物（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。用糖質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇要比用淀粉質(zhì)原料簡單而直接。用淀粉和纖維素制取乙醇需要水解糖化過程，而纖維素的水解要比淀粉難得多。(2)化學(xué)合成法生產(chǎn)乙醇是采用石油裂解產(chǎn)生的乙烯氣體來合成乙醇，有乙烯直接合成法、硫酸吸附法和乙炔法等，其中乙烯直接水合法工藝應(yīng)用較多，它是以磷酸為催化劑，在高溫高壓條件下，將乙烯和水蒸氣直接反應(yīng)生成乙醇。2、乙醇發(fā)酵原理: 生物質(zhì)原料的水解、糖酵解（EMP途徑、HMP途徑、ED途徑、磷酸解酮酶途徑、丙酮酸還原反應(yīng)）3、乙醇發(fā)酵的類型:（1）酵母一型發(fā)酵（2）酵母二型發(fā)酵（3）酵母三型發(fā)酵4、乙醇發(fā)酵過程: 1）發(fā)酵前期2）主發(fā)酵期3）發(fā)酵后期5、發(fā)酵過程中的副產(chǎn)物