新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第5章 生物質(zhì)能利用

5.1生物質(zhì)能的利用基礎(chǔ)目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)能與光合作用密切相關(guān)1）光合作用二氧化碳和水有機(jī)物氧氣色素分子和酶2）生物質(zhì)能的特點(diǎn)可再生性通過(guò)光合作用不間斷再生，使人類重復(fù)使用光合作用所需要的原料和產(chǎn)物都是對(duì)環(huán)境無(wú)污染的物質(zhì)清潔性生物質(zhì)分布廣泛，在客觀上為生物質(zhì)能的利用提供了便利廣泛分布性目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)中最主要的成分是纖維素和半纖維素纖維素

半纖維素1）纖維素和半纖維素水溶性木材中的占比結(jié)構(gòu)難溶于水和有機(jī)溶劑，一定條件下可水解。難溶于水和有機(jī)溶劑，一定條件下可水解。40～50%10～30%難溶于水和有機(jī)溶劑，一定條件下可水解。難溶于水和有機(jī)溶劑，一定條件下可水解。木質(zhì)素是具有復(fù)雜三維空間結(jié)構(gòu)的非晶體高分子。木質(zhì)素中碳元素含量高，所以它具有較高的可利用能量，但由于它包圍在纖維素之外，影響生物質(zhì)的水解，故木質(zhì)素的含量對(duì)原料的化學(xué)提取加工會(huì)產(chǎn)生一定影響。木質(zhì)素隔絕空氣高溫?zé)岱纸饪梢缘玫侥咎?、焦油、木醋酸和氣體產(chǎn)物。纖維素開始強(qiáng)烈熱分解的溫度是280~290℃，而木質(zhì)素的熱分解溫度是350~450℃解可以得到木炭、焦油、木醋酸和氣體產(chǎn)物。2）木質(zhì)素灰分由礦物元素組成，包括K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Cl、P等。不同植物的組成元素有較大不同，總體來(lái)看林木灰分含量較少，草本類、水生類和廢棄物類生物質(zhì)灰分含量較高。3）灰分目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)的分類生物質(zhì)林業(yè)資源農(nóng)業(yè)資源有機(jī)廢水固體廢棄物沼氣林業(yè)資源是指森林生長(zhǎng)和林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供的生物質(zhì)能源，包括林業(yè)主、副產(chǎn)品及其剩余物比如：薪柴林、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、果皮和果核等。1）林業(yè)資源農(nóng)業(yè)資源是指農(nóng)業(yè)作物包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中和農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物如：農(nóng)作物收獲時(shí)殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈（玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中剩余的稻殼、甘蔗渣等2）農(nóng)業(yè)資源工業(yè)有機(jī)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(guò)程中排出的廢水等。生活污水主要由城鎮(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、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。3）有機(jī)廢水、污水城市固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑業(yè)垃圾等固體廢物構(gòu)成，主要用厭氧消化法處理。畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱，它是其他形態(tài)生物質(zhì)（主要是糧食、農(nóng)作物秸稈和牧草等）的轉(zhuǎn)化形式，包括畜禽排出的糞便及其與墊草的混合物。4）城市固體廢物和畜禽糞便沼氣是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的一種可燃?xì)怏w，可供家庭使用和發(fā)電。5）沼氣目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式與我國(guó)其他資源（如水、氣資源）一樣，我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源具有資源豐富、利用潛力大、分布相對(duì)不均勻等特點(diǎn)。資源豐富：我國(guó)可作為能源利用的農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)剩余物和能源作物、生活垃圾與有機(jī)廢棄物等生物質(zhì)資源總量每年約4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。利用潛力大：以秸稈為例，秸稈商品化程度低，相關(guān)企業(yè)規(guī)模小，綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢，秸稈利用技術(shù)仍有較大發(fā)展空間。分布相對(duì)不均勻，省際差異較大：四川、云南、黑龍江、內(nèi)蒙古和西藏等省的生物質(zhì)資源相對(duì)豐富，共占全國(guó)含量的近四成，而上海、北京、天津、海南和寧夏等省份相對(duì)儲(chǔ)量最小，只占全國(guó)含量的2%左右。1）特點(diǎn)林業(yè)資源分布：我國(guó)主要的林區(qū)，如西藏、四川、云南三省就占了全國(guó)林業(yè)資源總量的50.9%，黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林三省則占全國(guó)總量的27.4%，其余依次是陜西、福建、廣西等省。農(nóng)業(yè)資源分布：秸稈是我國(guó)最主要的農(nóng)業(yè)資源，主要集中分布于中部和東北的農(nóng)業(yè)區(qū)以及西南部分省市，其中黑龍江、河北、山東、江蘇和四川五省總量占全國(guó)的36%以上。2）我國(guó)主要生物質(zhì)資源分布情況目錄Contents5.1.1光合作用5.1.2生物質(zhì)的主要成分5.1.3生物質(zhì)的分類5.1.4我國(guó)現(xiàn)有生物質(zhì)資源5.1.5生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)能的利用方式1）物理轉(zhuǎn)換

物理轉(zhuǎn)換核心應(yīng)用生物質(zhì)固化成型技術(shù)。固化成型技術(shù)是指將具有一定粒度的生物質(zhì)原料，在一定壓力作用下，制成棒狀、顆粒狀等各種形狀的燃料。生物質(zhì)能的物理轉(zhuǎn)換是其他轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，便于生物質(zhì)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和利用。生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后，密度可達(dá)1.1~1.4t/m3，能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)，可作為工業(yè)鍋爐、民用灶爐和工廠、家庭取暖的燃料，也可進(jìn)一步加工成木炭和活性炭。2）熱化學(xué)轉(zhuǎn)化熱化學(xué)轉(zhuǎn)化直接燃燒生物質(zhì)氣化熱解液化3）生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵制乙醇技術(shù)厭氧消化技術(shù)指依靠厭氧微生物的協(xié)同作用將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、氫氣及其他產(chǎn)物的過(guò)程，依據(jù)規(guī)模大小可分為小型沼氣池技術(shù)和大型的工業(yè)厭氧消化技術(shù)。指采用微生物發(fā)酵技術(shù)，將淀粉和纖維素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的技術(shù)。什么是光合作用？光合作用由哪兩個(gè)階段組成？簡(jiǎn)述每個(gè)階段的反應(yīng)過(guò)程。生物質(zhì)是由哪些主要成分組成的，每種成分有什么特點(diǎn)？請(qǐng)簡(jiǎn)述生物質(zhì)能的利用方式及每種方式的具體技術(shù)。習(xí)題與思考題謝謝！5.2生物質(zhì)氣化技術(shù)目錄Contents5.2.2生物質(zhì)氣化原理5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介目錄Contents5.2.2生物質(zhì)氣化原理5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介引言5.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介生物質(zhì)利用技術(shù)直接燃燒技術(shù)直接燃燒技術(shù)煤混合燃燒技術(shù)壓縮成型、炭化熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)氣化技術(shù)干餾技術(shù)快速熱解液化生物轉(zhuǎn)換技術(shù)沼氣技術(shù)液化技術(shù)乙醇、甲醇生物柴油定義：生物質(zhì)燃料在高溫及缺氧條件下，熱解產(chǎn)生一氧化碳與氣化介質(zhì)(通常有空氣、氧氣、水蒸氣或氫氣)，在一定條件下發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生以CO、H2或CH4為主要成分的可燃?xì)怏w的過(guò)程首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用在1833年，生物質(zhì)氣化技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用在20世紀(jì)20年代大規(guī)模開發(fā)使用石油以前，氣化器與內(nèi)燃機(jī)的結(jié)合一直是人們獲取動(dòng)力的有效方法。曾一度陷于停頓狀態(tài)二戰(zhàn)以后，油田的大規(guī)模開發(fā)使得世界的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向以石油為主，生物質(zhì)氣化技術(shù)在較長(zhǎng)時(shí)期陷于停頓狀態(tài)。直至能源危機(jī)的出現(xiàn)，生物質(zhì)氣化技術(shù)再次引起人們的重視。近代在國(guó)內(nèi)的發(fā)展山東省科學(xué)院能源研究所在“七五”期間提出了生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)的設(shè)想，成功研制了秸稈氣化劑組和集中供氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。發(fā)展歷史5.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介物質(zhì)氣化能量轉(zhuǎn)換效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，易操作，不受地區(qū)、燃料種類和氣候的限制。在我國(guó)，尤其是農(nóng)村地區(qū)，具有廣泛的應(yīng)用前景。優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用前景5.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介目錄Contents5.2.2生物質(zhì)氣化原理5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介5.2.2生物質(zhì)氣化原理-基本概念生物質(zhì)氣化有氣化劑空氣氣化氧氣氣化水蒸氣氣化水蒸氣-空氣氣化氫氣氣化無(wú)氣化劑熱分解氣化生物質(zhì)氣化的分類（按氣化劑）生物質(zhì)氣化過(guò)程是在一定的熱力學(xué)條件下，將組成生物質(zhì)的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為含一氧化碳和氫氣等可燃?xì)獾倪^(guò)程，為了提供反應(yīng)所需的熱力學(xué)條件，需要供給空氣或氧氣，使原料發(fā)生缺氧燃燒。生物質(zhì)氣化的原理圖燃燒過(guò)程vs氣化過(guò)程供給充足的氧氣使原料充分燃燒二氧化碳和水蒸氣等不可再燃燒的煙氣燃燒過(guò)程含氫、一氧化碳和低分子烴類的可燃?xì)怏w只供給熱化學(xué)反應(yīng)所需的那部分氧氣氣化過(guò)程VS直接獲取熱量盡可能將能量保留在反應(yīng)后的可燃?xì)怏w中燃燒和氣化過(guò)程的對(duì)比圖空氣氣化空氣中氧氣與生物質(zhì)中可燃組份發(fā)生氧化反應(yīng)不需要額外提供熱量極為普遍、經(jīng)濟(jì)、設(shè)備簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的氣化形式。氧氣氣化純氧作為氣化劑同空氣氣化相比，提高了反應(yīng)溫度和反應(yīng)速度，縮小了反應(yīng)空間，提高了熱效率。但生產(chǎn)純氧需要耗費(fèi)大量的資源，不適合在小型的氣化系統(tǒng)中使用水蒸氣氣化不僅包括水蒸氣與碳的還原反應(yīng)，還有CO與水蒸氣的變換反應(yīng)，各種甲烷化反應(yīng)和生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)的分解反應(yīng)等其主要?dú)饣磻?yīng)是吸熱過(guò)程，所以需要外供熱源空氣-水蒸氣氣化克服空氣氣化產(chǎn)物熱值低的缺點(diǎn)減少空氣供給，并生成更多的氫氣和碳?xì)浠衔?，提高了燃?xì)鉄嶂悼諝馀c生物質(zhì)的氧化反應(yīng)供熱，不需要復(fù)雜的外供熱源熱分解氣化屬于熱解的一種特例，又稱干餾氣化指在缺氧或少量供氧的情況下，生物質(zhì)進(jìn)行干餾的過(guò)程（包括木材干餾）5.2.2生物質(zhì)氣化原理-分類介紹5.2.2生物質(zhì)氣化原理-氣化流程生物質(zhì)進(jìn)入氣化器頂部，大約被加熱至200-300℃，原料中的水分首先蒸發(fā)，產(chǎn)物為干原料和水蒸氣。生物質(zhì)干原料向下移動(dòng)進(jìn)入熱解層，揮發(fā)分將會(huì)從生物質(zhì)中大量地析出。熱解反應(yīng)析出的揮發(fā)分主要包括水蒸氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他碳?xì)浠衔?。熱解的剩余物木炭與被引入的空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，同時(shí)釋放大量的熱。氧化層的反應(yīng)速率較快，高度較低。在氧化層，溫度可以達(dá)到1000-1200℃，揮發(fā)分參與燃燒后進(jìn)一步降解。還原層中沒有氧氣存在，氧化層中的燃燒產(chǎn)物及水蒸氣與還原層中木炭發(fā)生還原反應(yīng)，生成了氫氣和一氧化碳等。這些氣體和揮發(fā)分形成了可燃?xì)怏w，完成了固體生物質(zhì)向氣體燃料轉(zhuǎn)化的過(guò)程。因?yàn)檫€原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度相應(yīng)地降低到700-900℃，所需的熱量由氧化層提供，反應(yīng)速率較慢，因此還原層的高度超過(guò)氧化層。下吸式生物質(zhì)氣化爐5.2.2生物質(zhì)氣化原理-基本熱化學(xué)反應(yīng)5.2.2生物質(zhì)氣化原理-影響參數(shù)生物質(zhì)粒徑生物質(zhì)粒徑大小300μm~1.4mm氣化當(dāng)量比ER氣化溫度主要的氣化反應(yīng)溫度為700~1000℃，氣化溫度過(guò)低，易造成生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂敌?、氣化焦油量大等?wèn)題。氣化介質(zhì)空氣、氧氣、水蒸氣、空氣-水蒸氣氣化劑的量也會(huì)影響燃?xì)馄焚|(zhì)與產(chǎn)率。生物質(zhì)物料特性在氣化過(guò)程中，生物質(zhì)的物料特性對(duì)氣化過(guò)程有著顯著的影響。不同生物質(zhì)原料的熱值、水分、揮發(fā)分、灰分以及元素組成各不相同原料的黏結(jié)性、結(jié)渣性、灰熔溫度等。5.2.2生物質(zhì)氣化原理-評(píng)價(jià)參數(shù)氣體產(chǎn)率化產(chǎn)率指單位質(zhì)量的生物質(zhì)氣化后得到的氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，單位為:m3/kg。Vg為氣化氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，單位為m3，Mb為氣化生物質(zhì)的質(zhì)量，單位為kg）氣體熱值

碳轉(zhuǎn)化率

氣化效率

氣化強(qiáng)度

目錄Contents5.2.2生物質(zhì)氣化原理5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備生物質(zhì)氣化爐固定床氣化爐上吸式氣化爐下吸式氣化爐橫吸式氣化爐開心式氣化爐流化床氣化爐單流化床氣化爐循環(huán)流床氣化爐雙床氣化爐攜帶床氣化爐氣化爐分類示意圖5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少，制作簡(jiǎn)便具有較高的熱效率缺點(diǎn)內(nèi)部過(guò)程難以控制內(nèi)部容易形成空腔處理量小評(píng)價(jià)固定床氣化爐的原料一般為塊狀及大顆粒，多用于小型氣化站、小型熱電聯(lián)產(chǎn)或戶用供氣，不適合大規(guī)模的生產(chǎn)。固定床氣化爐上吸式氣化爐下吸式氣化爐橫吸式氣化爐開心式氣化爐固定床氣化爐下吸式氣化爐（順流式氣化爐）下吸式氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加料方便，生成的燃?xì)庵薪褂秃可?，因此運(yùn)行安全可靠。但產(chǎn)出氣體流動(dòng)阻力大，消耗功率大，燃?xì)庵谢曳州^多，溫度較高。此生物質(zhì)氣化方法能量利用充分，氣化效率高，得到的燃?xì)鉄嶂蹈?，含灰分少，還有爐排工作條件溫和等優(yōu)勢(shì)。但是，燃?xì)獾慕褂秃扛?，并且加料時(shí)必須采用密封加料措施，導(dǎo)致加料不便。上吸式氣化爐（逆流式氣化爐）橫吸式氣化爐這種氣化爐所用的原料多為木炭，反應(yīng)溫度很高，目前主要在南美洲地區(qū)應(yīng)用。該爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氧化還原區(qū)小，反應(yīng)溫度較低，多以稻殼作為氣化原料，反應(yīng)產(chǎn)生灰分較多。開心式氣化爐5.2.3 流化床氣化爐

在流化床氣化爐中，氣流以一定速率通過(guò)顆粒層，使顆粒物料等像液體沸騰一樣懸浮起來(lái)，因此，流化床有時(shí)也叫沸騰床。被送入爐內(nèi)的物料摻有精選的惰性材料(砂子和橄欖石等)作為流化床材料，在爐體底部以較大壓力通入氣化劑，使?fàn)t內(nèi)呈沸騰、鼓泡等不同狀態(tài)，物料和氣化劑充分接觸，發(fā)生氣化反應(yīng)。流化床氣化爐單流化床氣化爐循環(huán)流床氣化爐雙床氣化爐攜帶床氣化爐流化床氣化爐下吸式氣化爐（順流式氣化爐）單流化床氣化爐氣流速率較低，比較適合于顆粒較大的生物質(zhì)原料，但存在著飛灰和夾帶炭粒、運(yùn)行費(fèi)用較大等問(wèn)題，不適用于小型氣化系統(tǒng)。循環(huán)流化床具有較高的流化速率（一般4~7m/s），反應(yīng)溫度一般控制在700~900℃。循環(huán)流化床一般使用100~200μm的細(xì)顆粒原料，可以不加流化熱載體，運(yùn)行較簡(jiǎn)單，但回流系統(tǒng)難以控制，在炭回流較少的情況下容易變成低速率的攜帶床。上吸式氣化爐（逆流式氣化爐）雙流化床氣化爐雙流化床系統(tǒng)將燃燒和氣化過(guò)程分開，兩床之間靠熱載體即流化介質(zhì)進(jìn)行傳熱，因此控制好熱載體的循環(huán)速度和加熱溫度是雙流化床系統(tǒng)中的重點(diǎn)技術(shù)。攜帶床氣化爐是流化床氣化爐的一種特例。它不使用惰性材料作為流化介質(zhì)，氣化劑直接吹動(dòng)爐中生物質(zhì)原料，且流速較大，為紊流床。該氣化爐要求原料破碎成非常細(xì)小的顆粒，運(yùn)行溫度高，可達(dá)1100℃，產(chǎn)出氣體中焦油及冷凝成分少，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，但由于運(yùn)行溫度高而易燒結(jié)。攜帶床氣化爐目錄Contents5.2.2生物質(zhì)氣化原理5.2.3生物質(zhì)氣化主要設(shè)備5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.1生物質(zhì)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋s質(zhì)固體雜質(zhì)灰分微細(xì)的炭顆粒液體雜質(zhì)焦油水分少量的微量元素焦油占可燃?xì)饽芰康?%-10%，在低溫下難以與可燃?xì)庖黄鸨蝗紵?，浪費(fèi)嚴(yán)重；焦油在低溫下凝結(jié)，容易和水、炭顆粒、灰分等結(jié)合在一起，堵塞輸氣管道，卡住閥門、轉(zhuǎn)子等部件；焦油難以完全燃燒，并產(chǎn)生炭黑等顆粒，對(duì)燃?xì)饫迷O(shè)備等損害嚴(yán)重；焦油及其燃燒后產(chǎn)生的氣體對(duì)人體有害。焦油的危害5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋龎m干法除塵機(jī)械力除塵過(guò)濾除塵濕法除塵除焦油普通方法水洗法過(guò)濾法濕法除塵靜電法催化裂解法凈化方法機(jī)械力法——旋風(fēng)除塵器過(guò)濾除塵——袋式除塵器除塵-干法除塵5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋?.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋龎m-濕法除塵水洗的兩種方法優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)具有除焦、除塵和降溫三方面的效果缺點(diǎn)是有污水產(chǎn)生，必須配套相應(yīng)的廢水處理裝置5.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋褂?水洗法原理名稱反應(yīng)溫度/℃接觸時(shí)間/s轉(zhuǎn)化效率/%特點(diǎn)鎳基催化劑750約1.097反應(yīng)溫度低、材料成本高木炭800約0.591自身隨反應(yīng)進(jìn)行減少，成本低90099.5白云石800約0.595轉(zhuǎn)換效率高，材料成本低90099.85.2.4生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋褂?催化裂解法請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述生物質(zhì)氣化的基本原理以及氣化的流程。生物質(zhì)氣化過(guò)程的主要影響參數(shù)有哪些？請(qǐng)分別說(shuō)明。有哪些評(píng)價(jià)生物質(zhì)氣化工藝的參數(shù)，各項(xiàng)都是如何定義的？習(xí)題與思考題謝謝！5.3生物質(zhì)液化技術(shù)將生物質(zhì)通過(guò)一系列生物轉(zhuǎn)換或熱化學(xué)過(guò)程便可制取乙醇（生物乙醇）或生物油（成分復(fù)雜的混合物，需進(jìn)一步加工成生物柴油）。生物質(zhì)液化乙醇生物油玉米、馬鈴薯等淀粉類或農(nóng)作物秸稈等纖維素類生物質(zhì)熱解液化榨取微生物發(fā)酵技術(shù)秸稈、植物皮核或木屑等農(nóng)作物含油率較高的大豆、菜籽、麻瘋樹果實(shí)以及棕櫚果等目錄Contents5.3.1生物質(zhì)制乙醇技術(shù)5.3.2生物質(zhì)熱解液化技術(shù)5.3.1生物質(zhì)制乙醇目前乙醇的主要來(lái)源是通過(guò)生物質(zhì)制取的，其生產(chǎn)方法主要采用傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵法，現(xiàn)在全世界90%以上的燃料乙醇都是通過(guò)發(fā)酵法生產(chǎn)出來(lái)的。制取乙醇原料糖蜜類淀粉類纖維類甘蔗，甜菜，甜高粱，糖蜜谷類，薯類，糧食加工副產(chǎn)品草本能源植物，農(nóng)作物秸稈，農(nóng)林加工副產(chǎn)物，城市固體廢棄物，工廠廢料淀粉類原料是生產(chǎn)乙醇的主要原料之一，它是由大量的葡萄糖單元組成的多糖，分子式為(C6H10O5)n，而淀粉又可以分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。5.3.1.1淀粉類原料制乙醇淀粉分子結(jié)構(gòu)示意圖淀粉實(shí)物示意圖1.原料預(yù)處理磁選去除原料中的磁性雜質(zhì)振動(dòng)篩除去較大的雜質(zhì)和泥沙篩選粉碎粉碎機(jī)原料比較純凈的細(xì)淀粉其顆粒直徑變小，且受熱面積增大，有利于淀粉顆粒吸水膨脹，縮短原料的熱處理時(shí)間，減少蒸汽用量，提高熱處理效率2.原料的蒸煮蒸煮130℃40℃左右時(shí)，淀粉顆粒膨脹的速度開始加快，在溫度到達(dá)60℃～80℃時(shí)，淀粉顆粒的體積大約膨脹了50～100倍，此時(shí)淀粉顆粒開始逐漸分離，分子間作用力減弱，這個(gè)過(guò)程叫糊化。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到130℃左右時(shí)，淀粉網(wǎng)狀組織被徹底破壞。

3.糖化糖化酶固體葡萄糖30℃～70℃PH：4.0～5.04.發(fā)酵葡萄糖酵母無(wú)氧環(huán)境乙醇淀粉類原料在很大的程度上受到“不與人畜爭(zhēng)糧”限制，多數(shù)國(guó)家不提倡使用糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇，因此資源量豐富的纖維素類原料受到廣泛重視。5.3.1.2纖維素類原料制乙醇纖維粉分子模型示意預(yù)處理制作工藝

纖維素原料用微波、超聲波等物理方法處理得到較大孔隙度的產(chǎn)物添加適當(dāng)酸、堿，用化學(xué)方法處理原料，直接打破纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)采用物理化學(xué)相結(jié)合的預(yù)處理工藝，實(shí)現(xiàn)更好的預(yù)處理效果水解預(yù)處理產(chǎn)物無(wú)機(jī)酸,適當(dāng)溫度纖維素酶,適當(dāng)溫度葡萄糖（需及時(shí)分離）葡萄糖發(fā)酵制作工藝水解產(chǎn)物石灰去除了乙酸的產(chǎn)物50～60℃pH值調(diào)至弱堿性持續(xù)大約半個(gè)小時(shí)把硫酸鈣過(guò)濾木糖發(fā)酵乙醇通過(guò)發(fā)酵制取的乙醇需要經(jīng)過(guò)蒸餾和精餾工藝進(jìn)一步去除雜質(zhì)提高乙醇濃度。蒸餾后的乙醇中一般會(huì)含有多種醇和酯類物質(zhì)，還需通過(guò)精餾進(jìn)一步提質(zhì)。在乙醇生產(chǎn)中，蒸餾環(huán)節(jié)約占總生產(chǎn)能耗的60%～70%。經(jīng)過(guò)蒸餾和精餾操作后得到的乙醇最高濃度為95.57%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），此時(shí)乙醇的揮發(fā)系數(shù)是1乙醇的提取與分離精餾產(chǎn)物氧化鈣脫水法分子篩脫水法：沸石制成分子篩有機(jī)物吸附脫水法：多糖含量高有機(jī)物進(jìn)行脫水恒沸精餾脫水法目錄Contents5.3.1生物質(zhì)制乙醇技術(shù)5.3.2生物質(zhì)熱解液化技術(shù)生物質(zhì)熱解液化技術(shù)是指在一定溫度和壓力、高加熱速率和極短反應(yīng)時(shí)間的條件下，生物質(zhì)的分子鏈斷裂，被直接分解成小分子混合物（氣態(tài)和液態(tài)同時(shí)存在），產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻后，得到高質(zhì)量的生物油。5.3.2生物質(zhì)熱解液化技術(shù)通常熱解液化反應(yīng)溫度在400~600℃左右，加熱速率為104~105℃/s，氣體停留時(shí)間不超過(guò)2s，同時(shí)熱解產(chǎn)物需要快速冷卻，防止中間液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)一步斷裂生成氣體。熱解液化的工藝流程原料干燥、粉碎脫灰（水洗或者酸洗，防止K、Ca、Na等金屬元素，以灰質(zhì)沉淀）熱解反應(yīng)裝置熱解產(chǎn)物適當(dāng)溫度冷凝生物油油灰分離產(chǎn)物收集熱解液化的影響因素影響因素原料成分不同的生物質(zhì)原料，由于其化學(xué)組成及各組分的含量不同，熱解后的產(chǎn)物組成也會(huì)有差異。提高加熱速率，則熱解反應(yīng)的途徑和反應(yīng)的速率都會(huì)受到影響，使產(chǎn)物中的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)產(chǎn)物發(fā)生改變。熱解溫度會(huì)影響熱解產(chǎn)物的氧含量，對(duì)于液體燃料，含氧量越低，則燃料的熱值就越高。反應(yīng)時(shí)間不足，則熱解不完全；如果反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則熱解反應(yīng)程度加深，生成大量氣體產(chǎn)物，導(dǎo)致出油率迅速減少，影響油品質(zhì)量。加熱速率熱解溫度反應(yīng)時(shí)間請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述生物質(zhì)液化的基本原理并說(shuō)明有哪些常見的液化技術(shù)。請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述淀粉類及纖維素類原料制乙醇的主要流程。請(qǐng)簡(jiǎn)述熱解液化的工藝流程并說(shuō)明為什么要及時(shí)將產(chǎn)物導(dǎo)出。習(xí)題與思考題謝謝！5.4生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)5.4生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)是在傳統(tǒng)的燃燒基礎(chǔ)上，較大范圍收集各類生物質(zhì)資源，采用火力發(fā)電廠的集中燃燒方式加以利用。特點(diǎn)高水分高灰分低熱值常見生物質(zhì)資源秸稈林業(yè)廢棄物甘蔗渣5.4生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)熱值/(kJ/kg)灰分水分煤293085.00%8.00%玉米秸稈190657.71%9.15%麥秸152259.95%8.79%棉稈1314721.69%8.42%落葉松168297.63%7.63%目錄Contents生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電沼氣發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電

5.4.15.4.25.4.3目錄Contents生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電沼氣發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電

5.4.15.4.25.4.35.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)鍋爐直接燃燒放熱→蒸汽發(fā)電5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)原料收集預(yù)處理存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)原料吊車生物質(zhì)鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供熱供電煙氣處理系統(tǒng)煙囪大氣灰渣處理生物質(zhì)原料收集預(yù)處理存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)原料吊車生物質(zhì)鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供熱供電煙氣處理系統(tǒng)煙囪大氣灰渣處理5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電預(yù)處理工藝儲(chǔ)存近期燃料長(zhǎng)期燃料干燥破碎成型固化成型技術(shù)5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電預(yù)處理工藝儲(chǔ)存近期燃料長(zhǎng)期燃料干燥破碎成型固化成型技術(shù)5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電5.4.1.1燃料的預(yù)處理工藝生物質(zhì)的固化成型技術(shù)作用增大密度，縮減所占空間提高能量密度原理螺旋推擠要求顆粒大小為1-10mm設(shè)備螺旋機(jī)擠壓式成型機(jī)5.4.1.1燃料的預(yù)處理工藝類型加熱型電加熱→粘結(jié)成型不加熱型粘結(jié)劑→粘結(jié)成型其他類型成型機(jī)活塞沖壓式成型機(jī)模輥擠壓成型機(jī)生物質(zhì)的固化成型技術(shù)生物質(zhì)原料收集預(yù)處理存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)原料吊車生物質(zhì)鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供熱供電煙氣處理系統(tǒng)煙囪大氣灰渣處理5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)原料收集預(yù)處理存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)原料吊車生物質(zhì)鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供熱供電煙氣處理系統(tǒng)煙囪大氣灰渣處理5.4.1.2燃燒方式C+O2=CO2

2C+O2=2COCO2+C=2CO溫度C優(yōu)勢(shì)經(jīng)濟(jì)：成本不高

設(shè)備初期投入低實(shí)用：顆粒大小不一

水分較多層狀燃燒5.4.1.2燃燒方式優(yōu)勢(shì)燃燒充分環(huán)保流化床燃燒5.4.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)原料收集預(yù)處理存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)原料吊車生物質(zhì)鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供熱供電煙氣處理系統(tǒng)煙囪大氣灰渣處理目錄Contents生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電沼氣發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)混合燃燒發(fā)電

5.4.15.4.25.4.35.4.2沼氣發(fā)電技術(shù)沼氣發(fā)電技術(shù)：蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。相對(duì)于燃煤發(fā)電而言，沼氣發(fā)電更適合中小型功率設(shè)備。內(nèi)燃機(jī)則恰好滿足這一特性，是目前利用沼氣發(fā)電最經(jīng)濟(jì)、最高效的途徑。