生物質(zhì)的熱化學轉(zhuǎn)換

生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)換和生物化學轉(zhuǎn)換12021/5/9熱化學轉(zhuǎn)換直接燃燒生物化學轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能的利用22021/5/9生物質(zhì)的熱化學轉(zhuǎn)換生物質(zhì)的熱化學轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學物質(zhì)的技術。32021/5/9生物質(zhì)氣化技術與直接燃燒的區(qū)別在原理上，氣化和燃燒都是有機物與氧發(fā)生反應。其區(qū)別在于，燃燒過程中氧氣是足量或者過量的，燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水等不可再燃的煙氣，并放出大量的反應熱，即燃燒主要是將生物質(zhì)的化學能轉(zhuǎn)化為熱能。而生物質(zhì)氣化是在一定的條件下，只提供有限氧的情況下使生物質(zhì)發(fā)生不完全燃燒，生成一氧化碳、氫氣和低分子烴類等可燃氣體，即氣化是將化學能的載體由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。相比燃燒，氣化反應中放出的熱量小得多，氣化獲得的可燃氣體再燃燒可進一步釋放出其具有的化學能。42021/5/9生物質(zhì)氣化的歷史生物質(zhì)氣化技術首次商業(yè)化應用可追溯1833年，當時是以木炭作為原料，經(jīng)過氣化器生產(chǎn)可燃氣，驅(qū)動內(nèi)燃機應用于早期的汽車和農(nóng)業(yè)灌溉機械。第二次世界大戰(zhàn)期間，生物質(zhì)氣化技術的應用達到了高峰，當時大約有100萬輛以木材或木炭為原料提供能量的車輛運行于世界各地。我國在20世紀50年代，由于面臨著能源匱乏的困難，也采用氣化的方法為汽車提供能量。20世紀70年代，能源危機的出現(xiàn)，重新喚起了人們對生物質(zhì)氣化技術的興趣。以各種農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物為原料的氣化裝置生產(chǎn)可燃氣，可以作為熱源，或用于發(fā)電，或生產(chǎn)化工產(chǎn)品（如甲醇、二甲醚及氨等）。52021/5/9種類62021/5/9生物質(zhì)氣化爐生物質(zhì)氣化爐是氣化反應的主要設備。生物質(zhì)氣化技術的基本應用方式主要有以下四個方面：供熱、供氣、發(fā)電和化學品合成。生物質(zhì)氣化供熱是指生物質(zhì)經(jīng)過氣化爐氣化后，生成的生物質(zhì)燃氣送各入下一級燃燒器中燃燒，為終端用戶提供熱能。此類系統(tǒng)相對簡單，熱利用率較高。氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。72021/5/9原理不同生物質(zhì)的反應過程也有差異，常見氣化爐反應可分為氧化層、還原層、裂解層和干燥層。1、氧化反應生物質(zhì)在氧化層中的主要反應為氧化反應，氣化劑由爐柵的下部導入，經(jīng)灰渣層吸熱后進入氧化層，在這里通過高溫的碳發(fā)生燃燒反應，生成大量的二氧化碳，同時放出熱量，溫度可達1000~1300攝氏度，在氧化層進行的燃燒均為放熱反應，這部分反應熱為還原層的還原反應，物料的咧解及干燥提供了熱源。2、還原反應。在氧化層中生成的二氧化碳和碳與水蒸氣發(fā)生還原反應。3、裂解反應區(qū)。氧化區(qū)及還原區(qū)生成的熱氣體在上行過程中經(jīng)裂解區(qū)，將生物質(zhì)加熱，使在裂解區(qū)的生物質(zhì)進行裂解反應。4、干燥區(qū)。經(jīng)氧化層、還原層及裂解反應區(qū)的氣體產(chǎn)物上升至該區(qū)，加熱生物質(zhì)原料，使原料中的水分蒸發(fā)，吸收熱量，并降低產(chǎn)生溫度，生物質(zhì)氣化爐的出口溫度一般為100~300℃氧化區(qū)及還原區(qū)總稱氣化區(qū)，氣化反應主要在這里進行。裂解區(qū)和干燥區(qū)總稱為燃料準備區(qū)。82021/5/992021/5/9生物質(zhì)氣化集中供氣生物質(zhì)氣化集中供氣技術是指氣化爐生產(chǎn)的生物質(zhì)燃氣，通過相應的配套設備，為居民提供炊事用氣。其基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶至數(shù)百戶，設置氣化站，鋪設管網(wǎng)，通過管網(wǎng)輸送和分配生物質(zhì)燃氣到用戶家中。102021/5/9112021/5/9生物質(zhì)氣化發(fā)電生物質(zhì)氣化發(fā)電技術又稱生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，簡單地說，就是將各種低熱值固體生物質(zhì)能源資源（如農(nóng)林業(yè)廢棄物、生活有機垃圾等）通過氣化轉(zhuǎn)換為生物質(zhì)燃氣，經(jīng)凈化、降溫后進入燃氣發(fā)電機組發(fā)電的技術。122021/5/9發(fā)電方式生物質(zhì)氣化發(fā)電可通過三種途徑實現(xiàn)：生物質(zhì)氣化產(chǎn)生燃氣作為燃料直接進入燃氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽，再驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電；也可將凈化后的燃氣送給燃氣輪機燃燒發(fā)電；還可以將凈化后的燃氣送入內(nèi)燃機直接發(fā)電。在發(fā)電和投資規(guī)模上，它們分別對應于大規(guī)模、中等規(guī)模和小規(guī)模的發(fā)電。在商業(yè)上最為成功的生物質(zhì)氣化內(nèi)燃發(fā)電技術，由于具有裝機容量小、布置靈活、投資少、結(jié)構(gòu)緊湊、技術可靠、運行費用低廉、經(jīng)濟效益顯著、操作維護簡單和對燃氣質(zhì)量要求較低等特點，而得到廣泛的推廣與應用。132021/5/9生物質(zhì)氣化發(fā)電技術是生物質(zhì)清潔能源利用的一種重要方式，幾乎不排放任何有害氣體。在我國很多地區(qū)普遍存在缺電和電價高的問題，近幾年這一狀況更加嚴重，生物質(zhì)發(fā)電可以在很大程度上解決能源短缺和礦物燃料燃燒發(fā)電的環(huán)境污染問題。近年來，生物質(zhì)氣化發(fā)電的設備和技術日趨完善，無論是大規(guī)模還是小規(guī)模均有實際運行的裝置。142021/5/9生物質(zhì)熱解生物質(zhì)熱解（又稱熱裂解或裂解）是指在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，利用熱能切斷生物質(zhì)大分子中的化學鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)的過程。根據(jù)熱解條件和產(chǎn)物的不同，生物質(zhì)熱解工藝可以分為以下幾種類型：燒炭。將薪炭放置在炭窯或燒炭爐中，通入少量空氣進行熱分解制取木炭的方法，一個操作期一般需要幾天。干餾。將木材原料在干餾釜中隔絕空氣加熱，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木餾油和木炭等產(chǎn)品的方法。熱解液化。把林業(yè)廢料及農(nóng)副產(chǎn)品在缺氧的情況下中溫（500~650℃）快速加熱，然后迅速降溫使其冷卻為液態(tài)生物原油的方法。152021/5/9162021/5/9生物質(zhì)直接液化生物質(zhì)直接液化是在較高壓力下的熱化學轉(zhuǎn)化過程，溫度一般低于快速熱解，熱體產(chǎn)物的高位熱值可達25~30MJ/kg，明顯高于快速熱解液化，但因其技術成本高目前還難以商業(yè)化。172021/5/9生物質(zhì)的生物化學轉(zhuǎn)換生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化是依靠微生物或酶的作用，對生物質(zhì)進行生物轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出如乙醇、氫、甲烷等液體或者氣體燃料的技術。主要針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工過程的生物質(zhì)，如農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、生活污水、工業(yè)有機廢水和其他有機廢棄物等。生物質(zhì)的生物化學轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣。乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。182021/5/9生物質(zhì)水解發(fā)酵

發(fā)酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖維素（多縮己糖）的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料,經(jīng)過水解（水解——使某一化合物裂解成兩個或多個較簡單化合物的化學過程）、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進一步轉(zhuǎn)化為乙醇。192021/5/9發(fā)酵原理酒精的發(fā)酵過程中，酵母菌進行的是屬于厭氧型發(fā)酵，進行著無氧呼吸，發(fā)生了復雜的生化反應。從發(fā)酵工藝來講，既有發(fā)酵醪中的淀粉、糊精被糖化酶作用，水解生成糖類物質(zhì)的反應；又有發(fā)酵醪中的蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各種氨基酸的反應。這些水解產(chǎn)物，一部分被酵母細胞吸收合成菌體，另一部分則發(fā)酵生成了酒精和二氧化碳。202021/5/9沼