生物質(zhì)能及新材料知識點

1、生物質(zhì)能及新材料知識點什么是生物質(zhì)能生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，光合作用利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水，將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為碳水化合物和氧氣。xCO2 + yH2O Cx(H2O)y + xO2定義1：生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物中的一種能量形式。定義2：以生物質(zhì)為載體、通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能形式。是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。英文名稱：biomass energy, bioenergy 植物光合作用光合作用與呼吸作用的比較光合作用 呼吸作用 釋放能量儲藏能量吸收二氧化碳,釋放氧氣吸收氧氣,釋放二氧化碳在有光

2、的地方才能進行有光、無光都能進行有葉綠體的細胞所有生活細胞合成有機物分解有機物 綠色植物制造的有機物除了自己利用外，還有什么作用呢？ 綠色植物制造的有機物還通過食物鏈，進入其他生物體內(nèi)，參與構(gòu)建其他生物體，并為其他生物體的生命活動提供能量。 組成纖維素半纖維素木質(zhì)素淀粉蛋白質(zhì)脂質(zhì)生物 質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物木材及森林工業(yè)廢棄物禽畜糞便城鎮(zhèn)生活垃圾能源作物我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)占50%以上 我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)40%作為飼料、肥料和工業(yè)原料我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便

3、生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)60%可用于能源用途，約2.1億噸標(biāo)煤主要為燃料，40%的森林剩余物未利用，約0.3億噸標(biāo)煤少部分作為肥料，大部分成為農(nóng)村的主要污染源，約0.6億噸標(biāo)煤我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)60%可用于能源用途，約2.1億噸標(biāo)煤主要為燃料，40%的森林剩余物未利用，約0.3億噸標(biāo)煤至少可以獲得0.8億噸標(biāo)煤的能源至少有80%約0.7億噸標(biāo)煤的資源量我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)主要發(fā)展能源用途的甘蔗、甜高粱、木薯、芒草等高能品種，通過

4、轉(zhuǎn)基因的方法可獲得光合效率很高的能源作物品 種我國生物質(zhì)能農(nóng)作物秸稈薪柴禽畜糞便生活垃圾工業(yè)有機廢渣和廢水目前利用未來能源農(nóng)業(yè)能源林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題，森工產(chǎn)業(yè)的關(guān)閉和天然林的停止采伐農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物和農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物，如農(nóng)作物收獲時殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中剩余的稻殼等。四大特點：數(shù)量大、品質(zhì)差、價格低、危害多。稻殼8：稻米加工過程中數(shù)量最大的副產(chǎn)品，約占稻谷重量的20%以上。稻殼可燃物達70%以上，熱值為12560-14650kJ/kg.玉米芯8：將玉米穗剝?nèi)ビ衩琢５妮S穗，約占玉米穗重量的75-85%。我國玉米主要產(chǎn)區(qū)是遼寧、吉林、黑龍江、河北、山東

5、和四川等地，平均熱值為14400kJ/kg.花生殼：花生初加工的剩余物，不同種類花生的花生殼含量是不同的，一般情況下占總重量的35%。平均熱值是19200kJ/kg.甘蔗渣：蔗糖加工業(yè)的主要廢棄物之一，甘蔗渣與蔗糖的比例為1:1.平均熱值為8039kJ/kg木材及森林工業(yè)廢棄物森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，主要包括薪材、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材，殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。禽畜糞便規(guī)?；B(yǎng)殖通常指年存欄500頭以上的養(yǎng)豬場、3萬只以上的養(yǎng)雞場和100頭以上的養(yǎng)牛場等達到規(guī)定規(guī)模的禽養(yǎng)

6、殖場和養(yǎng)殖小區(qū)。禽畜養(yǎng)殖業(yè)是人類動物蛋白、皮革、羽絨等禽畜產(chǎn)品的重要來源。隨著需求的不斷增大，傳統(tǒng)的分戶散養(yǎng)的方式逐漸轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化、規(guī)模化和集約化的生產(chǎn)方式。禽畜糞便以及殘雜等廢棄物開發(fā)和推廣集約化養(yǎng)殖畜禽糞便的資源化利用技術(shù)，通過收集、轉(zhuǎn)化、干燥、粉碎、脫臭、包涂等工序，將之轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)規(guī)模的高效生物肥料，可有效減少環(huán)境污染，同時提高相當(dāng)數(shù)量的化肥，同時還可以緩解我國高效有機肥料供應(yīng)不足的矛盾。城鎮(zhèn)生活垃圾9主要由居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑垃圾等廢棄物所組成的混合物，成分比較復(fù)雜，其構(gòu)成主要受居民生活水平、能源結(jié)構(gòu)、城市建設(shè)、綠化面積以及季節(jié)變化的影響。城鎮(zhèn)生活垃圾垃圾構(gòu)成的特點：

7、一，垃圾中有機物含量接近1/3甚至更高；二，食品類廢棄物是有機物的主要組成部分；三，已降級有機物含量高。生活污水主要有城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、涮洗排水、洗衣排水、廚房排水等。工業(yè)有機廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水，其中都富含有機物。能源作物指以提供制取燃料原料或提供燃料油為目的的栽培植物總稱。能源作物作原料制取的燃料油有很多優(yōu)點：燃燒后比化石能源對環(huán)境污染少，是一種低硫燃料，而且不增加二氧化碳排放量；比核能使用安全；比風(fēng)能、地?zé)崾褂脧V泛；可進行降解等。因而被稱為綠色能源。種類：一，以制酒精為目的的一年生或多年生

8、作物，如玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；二是以生產(chǎn)燃料油（如生物柴油、烴類物質(zhì)）為目的的植物，如油菜、綠玉樹等；三是用于直接燃燒的植物，比如專門提供薪材的薪炭林；四是可供厭氧發(fā)酵的藻類或其他植物培育方法：除利用常規(guī)技術(shù)外，還應(yīng)大力采用生物技術(shù)。生物技術(shù)栽培轉(zhuǎn)基因4能源作物是把作物作為生物反應(yīng)器，充分利用植物的生物合成能力，大規(guī)模生產(chǎn)廉價能源原料。薪炭林提高產(chǎn)量高而生產(chǎn)期短的生物質(zhì)能源，是大多數(shù)發(fā)展中國家的重要能源，也是我國森林發(fā)展的一個戰(zhàn)略林種，發(fā)展薪炭林是改變我國目前薪柴過量使用，滿足農(nóng)村能源需求的重要措施，并且對保護其他林種，維護和改善生態(tài)環(huán)境和大氣自然環(huán)境也有很大作用。生物質(zhì)能的特點生

9、物質(zhì)能具有許多優(yōu)點：1、生物質(zhì)資源的大量性和普遍性，轉(zhuǎn)化方式多種多樣：每年植物光合作用固定的碳21011t，含能量達31021J，相當(dāng)于全世界每年耗能量的10倍。2、生物質(zhì)能是一種理想的可再生資源3、生物質(zhì)能是一種清潔的低碳燃料：其含硫和含氮量都很低，同時灰分含量也很小4. 生物質(zhì)利用過程中二氧化碳零排放缺點1.小規(guī)模利用2. 植物僅能將極少量的太陽能轉(zhuǎn)換成有機物3. 單位土地面積的有機物能量偏低，生物質(zhì)單位質(zhì)量熱值較低4. 缺乏適合栽種植物的土地5. 有機物的水分偏多，影響了生物質(zhì)的燃燒和熱裂解特性6. 分布比較分散，收集運輸和預(yù)處理成本較高生物質(zhì)能開發(fā)利用的意義1，經(jīng)濟意義：我國的生物資源

10、非常豐富，我國生物質(zhì)能資源潛力折合7億噸標(biāo)煤左右，而目前年實際使用量為2.2億噸標(biāo)煤左右。2，生態(tài)環(huán)境意義：生物質(zhì)是一種清潔的低碳燃料，其含硫和含氮量均較低，同時灰分份額也很小。還有二氧化碳零排放的特點。3，社會意義：解決“三農(nóng)”問題、保護環(huán)境與改善生態(tài)、緩解能源瓶頸、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，都需要生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)物理轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化可以轉(zhuǎn)化為二次能源，分別為熱能或電力，固體燃料，液體燃料和氣體燃料等。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)燃燒干化學(xué)轉(zhuǎn)換液化轉(zhuǎn)換電力高壓蒸汽熱裂解油、氣、炭氣化低-中熱值加氫氣化甲烷、乙烷、炭化學(xué)降解油酒精發(fā)酵乙醇厭氧消化甲烷三種方式：生

11、物質(zhì)直接燃燒生物質(zhì)和煤混合燃燒生物質(zhì)氣化燃燒干化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)生物質(zhì)氣化是通過化學(xué)方法將固體的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為氣體燃料?；驹硎窃诓怀浞盅趸ㄈ紵┑那闆r下，含碳物質(zhì)與外部添加的二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO和H2為主要成分的可燃氣體，即煤氣。裂解是在無氧或缺氧條件下，利用高溫使生物質(zhì)大分子中化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，釋放出有機揮發(fā)分的過程。產(chǎn)品：半焦、生物油和燃氣在不同的工藝條件下的收率和品質(zhì)會發(fā)生較大的變化。該項技術(shù)是當(dāng)前世界生物質(zhì)能研究開發(fā)的前沿技術(shù)。我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向兆瓦級生物質(zhì)氣化發(fā)電淀粉質(zhì)原料乙醇燃料生成甜高粱及其秸稈制取乙醇熟料生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用生物質(zhì)的利用生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)沼氣5酒精

12、熱解氣化沼氣有機物質(zhì)（糞便、雜草、作物、秸稈、污泥、廢水、垃圾等）在適宜的溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下經(jīng)微生物分解發(fā)酵而生成的一種可燃性氣體。主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），此外還有少量的氫（H2）、氮（N2）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）和氨（NH3)等。通常情況下，甲烷含量50-70%，二氧化碳30-40%，其他氣體很少。由于沼氣是微生物消化分解生物有機質(zhì)生成的，所以也稱為生物氣。甲烷是一種無色、無味、無毒的氣體，比空氣輕一半，是一種優(yōu)質(zhì)燃料。一般沼氣因為含有少量的硫化氫，在燃燒前帶有臭雞蛋味或爛蒜氣味。沼氣燃燒時放出大量熱量，因此具有很強的應(yīng)用和發(fā)展前景。國際沼氣發(fā)

13、展現(xiàn)狀歐洲美國英國瑞典丹麥德國我國沼氣技術(shù)兩個趨勢規(guī)?；凸I(yè)化方向發(fā)展農(nóng)村能源生態(tài)工程技術(shù)與模式發(fā)展生活型沼氣生態(tài)工程模式環(huán)保型沼氣生態(tài)工程模式生產(chǎn)型沼氣生態(tài)工程模式應(yīng)用方面小型用戶沼氣大中型沼氣工程可供炊事和照明的燃料，可以提供高效有機肥處理工農(nóng)業(yè)高濃度有機廢水，所產(chǎn)沼氣供應(yīng)附近居民，分撒處理城鎮(zhèn)居民的生活污水，處理后的排放水可達到地方標(biāo)準(zhǔn)。小型戶用沼氣底層出料水壓式沼氣池曲流布料式沼氣池分離浮罩式沼氣池強旋流液攪拌沼氣池大中型工程厭氧接觸發(fā)酵池厭氧生物濾池上流式厭氧污泥床中溫目前國際上較先進的裝置酒精學(xué)名乙醇，是有碳、氫、氧三元素組成的有機化合物，結(jié)構(gòu)是C2H5OH。生產(chǎn)方法有化學(xué)合成法

14、和生物發(fā)酵法?；瘜W(xué)合成法產(chǎn)品含雜質(zhì)較多，應(yīng)用受到限制。生產(chǎn)上主要采用生物發(fā)酵法。制造酒精的原料可以是淀粉質(zhì)原料、糖蜜原料、纖維原料和亞硫酸造紙廢液。乙醇發(fā)酵工藝有間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵。酒精是一種清潔能源，少量使用可代替四乙基鉛和ETBE（乙基叔丁基醚）做汽油的防爆劑。大量使用則可與汽油混合制造汽油醇做汽車燃料，可以減少對大氣的污染，還可增加汽油辛烷值，提高燃料利用率。生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用生物質(zhì)的利用生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)沼氣酒精熱解6氣化熱解目前世界上生物質(zhì)能研究開發(fā)的前沿技術(shù)之一。該技術(shù)能以連續(xù)工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將以木屑等廢棄物為主的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方

15、便的代用液體燃料（生物油），不僅可以直接用于現(xiàn)有鍋爐和燃氣透平等設(shè)備的燃燒，而且可通過進一步改性加工使液體的品質(zhì)接近柴油或汽油等常規(guī)動力燃料的品質(zhì)，還可從中提取具有商業(yè)價值的化工產(chǎn)品。相比于常規(guī)的化石燃料，生物油含硫、氮等有害成分及其微小，可視為綠色燃料。什么是熱解？通常是指在無氧環(huán)境下，生物質(zhì)被加熱升溫引起分子分解產(chǎn)生焦炭、可冷凝液體和氣體產(chǎn)物的過程。根據(jù)反應(yīng)溫度和加熱速率的不同，可分為慢速、常規(guī)、快速或閃速幾種。慢速工藝具有幾千年的歷史，是一種以生產(chǎn)木炭為目的的炭化過程，低溫和長期的慢速裂解可以得到30 %的焦炭產(chǎn)量；低于600 的中低溫度及中等反應(yīng)速率（0.1-1 /s）的常規(guī)熱裂解可制

16、成相同比例的氣體、液體和固體產(chǎn)品；快速熱裂解大致在10-200 /s的升溫速率，小于5 s的氣相停留時間；閃速熱裂解的反應(yīng)條件更為嚴(yán)格，氣相停留時間小于1 s。很多把閃速也歸到快速里面。氣化生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃氣的過程。產(chǎn)生的氣體，主要有效成分為CO、H2和CH4等，成為生物質(zhì)燃氣。燃燒是氣化的基礎(chǔ)，氣化是部分燃燒或缺氧燃燒。氣化反應(yīng)氧化層還原層裂解層干燥層為下面的反應(yīng)提供熱源沒有氧氣存在總稱為氣化區(qū)，是氣化反應(yīng)的主反應(yīng)區(qū)該區(qū)溫度在400-600，主要產(chǎn)物是炭、

17、揮發(fā)分氣體、焦油和水蒸氣出口溫度在100-300，使原料中的水分蒸發(fā)，吸收熱量燃料準(zhǔn)備區(qū)氣化技術(shù)氣化劑分類不使用氣化介質(zhì)使用氣化介質(zhì)干餾氣化氧氣氣化、空氣氣化、水蒸氣氣化、水蒸氣-氧氣混合氣化、氫氣氣化設(shè)備運行方式固定床流化床旋轉(zhuǎn)床生物質(zhì)氣化應(yīng)用供氣系統(tǒng)供電系統(tǒng)生物質(zhì)氣化供氣技術(shù)：氣化爐產(chǎn)出的生物質(zhì)燃氣，通過相應(yīng)的配套裝備，完全為居民集中供應(yīng)炊事用氣或單獨供氣的技術(shù)。1994年第一次在山東省桓臺縣潘村建成集中供氣系統(tǒng)。生物質(zhì)氣化應(yīng)用供氣系統(tǒng)供電系統(tǒng)生物質(zhì)家用燃氣集中供氣系統(tǒng)戶用生物質(zhì)氣化爐灶技術(shù) 內(nèi)燃機氣化發(fā)電系統(tǒng)燃氣輪機氣化發(fā)電系統(tǒng)整體氣化聯(lián)合循環(huán)整體氣化熱空氣循環(huán)集中供氣系統(tǒng)以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶至數(shù)百戶，設(shè)置氣化站，敷設(shè)管網(wǎng)，輸送和分配生物質(zhì)燃氣到用戶的家中。目前已成功氣化玉米芯、玉米秸、棉柴和麥秸。戶用生物質(zhì)氣化爐灶技術(shù)適合在發(fā)展中國家為農(nóng)戶提供炊事燃氣。系統(tǒng)產(chǎn)氣過程：物