《生物质能产业技术及产品、等相关资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物质能产业技术及产品、等相关资料（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生物质能产业技术及产品、等相关资料生物质能产业技术及产品、等相关资料一一生物质元素成分及工业分析生物质元素成分及工业分析生物质元素成分:生物质的元素成分是指生物质含有不同元素的多少，它将影响决定生物质的燃烧状态。从化学角度来看，生物质固体燃料是由多种可燃质、不可燃的无机矿物质及水分混合而成的。其中，可燃质是多种复杂的高分子有机化合物的混合物，主要由碳（）、氢（）、氧（）、氮（）和硫（）等元素所组成，而、和是生物质的主要成分生物质的工业分析:在隔绝空气条件下对燃料进行加热，首先是水分蒸发逸出，然后燃料中的有机物开始热分解并逐渐析出各种气态产物，称为挥发分（），主要含有氢气、甲烷等可燃气体和少量的
2、氮气、二氧化碳等不可燃气体。余下的固体残余物为木炭， 主要由固定碳与灰分组成。 用水分、挥发分、固定碳和灰分表示燃料的成分称为燃料的工业分析成分。二生物质热化学转化生物质热化学转化生物质热化学转换技术是指在加热条件下，用化学手段将生物质转换成燃料物质的技术，包括燃烧、气化、热解及直接液化。 生物质的直接燃烧是最普通的生物质能转换技术，所谓直接燃烧就是燃料中的可燃成分和氧化剂（一般为空气中的氧气） 进行化合的化学反应过程，在反应过程中放出热量，并使燃烧产物的温度升高。其主要目的就是取得热量。生物质气化是以生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条
3、件下通过热化学反应将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。生物质热裂解是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下热降解，最终生成生物油、木炭和可燃气体的过程。可用于热解的生物质的种类非常广泛，包括农业生产废弃物及农林产品加工业废弃。直接液化是把固体生物质在高压和一定温度下直接与氢气反应（加氢），转化为物理化学性质较为稳定的液体燃料的热化学反应过程。一般使用催化剂且具有较高的氢分压，以提高反应速度，改善过程稳定性。上述四种转化技术与产物的相互关系如下图所示。1生物质直接燃烧生物质直接燃烧技术是生物质能源转化中相当古老的技术，人类对能源的最初利用就是从木柴燃火开始的。我国许多史籍中都有关于原始洪荒时代人工
4、取火的传说。例如，韩非子五蠹曰：“燧人氏， 钻木取火，以化腥臊”；河图挺佐辅亦记载：“伏羲禅于伯牛，错木取火”；庄子外物 则曰：“木与木相摩则然（燃）”。这些古老的记载，说明了我国古代人民在燧人氏和伏羲氏时代， 就已经知道使用“钻木取火” 的方法来获取能源了。从能量转换观点来看，生物质直燃是通过燃烧将化学能转化为热能加以利用，是最普通的生物质能转换技术。炉灶与连炕灶:现阶段，我国农村生活用能结构虽然发生了一定的变化，但薪柴、秸秆等生物质仍占消费总能量的 50%以上，是农村生活中的主要能源。这种能源消费结构在相当长的时期内不会发生质的变化，因此在农村，特别是偏远山区，生物质炉灶仍然是农民炊事、取
5、暖的主要生活用能设备。炕（俗称火炕）是我国北方农村居民取暖的主要设施，是睡眠与家务活动的场所。炕的热量一般来源于炊事用的柴灶，炕与灶相连，故称炕连灶。也有专为取暖供热的炕，如西北的煨炕、东北的地炕都是在炕内设一烧火的坑。生物质现代化燃烧技术:传统生物质直燃技术虽然在一定时期内满足了人类取暖饮食的需要，但普遍存在能量的利用率低规模小等缺点。当生物质燃烧系统的功率大于 100KW 时，例如在工业过程、区域供热、发电及热电联产领域，一般采用现代化的燃烧技术。工业用生物质燃料包括木材工业的木屑和树皮、甘蔗加工中的甘蔗渣等。目前法国、瑞典、丹麦、芬兰和奥地利是利用生物质能供热最多的国家，利用中央供热系统
6、通过专用的网络为终端用户提供热水或热量。生物质直燃发电技术:现代生物质直燃发电技术诞生于丹麦。上世纪 70 年代的世界石油危机以来，丹麦推行能源多样化政策。该国 BWE 公司率先研发秸秆等生物质直燃发电技术，并于 1988 年诞生了世界上第一座秸秆发电厂。该国秸秆发电技术现已走向世界，被联合国列为重点推广项目。在发达国家，目前生物质燃烧发电占可再生能源（不含水电）发电量的70%，例如，在美国与电网连接以木材为燃料的热电联产总装机容量已经超过7GW。目前，我国生物质燃烧发电也具有了一定的规模，主要集中在南方地区，许多糖厂利用甘蔗渣发电。例如，广东和广西两省共有小型发电机组 300 余台，总装机容
7、量 800MW，云南省也有一些甘蔗渣电厂。固体废弃物焚烧利用：顾名思义，固废焚烧利用就是使固体废弃物在焚烧炉中充分燃烧，再将燃烧释放出来的热量通过供暖或者发电加以利用的一种处理方法。通过焚烧处理，固体废物的剩余物体积减少 90%以上，质量减少 80%以上。一些危险固体废物焚烧后，可以破坏其组织结构或杀灭病菌，减少新的污染物的产生，避免二次污染。所以固体废物通过焚烧处理，能同时实现减量化、无害化和资源化，是一种重要的处理途径。2.生物质气化技术在原理上，气化和燃烧都是有机物与氧发生反应。其区别在于，燃烧过程中氧气是足量或者过量的，燃烧后的产物是二氧化碳和水等不可再燃的烟气，并放出大量的反应热，即
8、燃烧主要是将生物质的化学能转化为热能。而生物质气化是在一定的条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成一氧化碳、氢气和低分子烃类等可燃气体，即气化是将化学能的载体由固态转化为气态。相比燃烧，气化反应中放出的热量小得多，气化获得的可燃气体再燃烧可进一步释放出其具有的化学能。生物质气化技术首次商业化应用可追溯 1833 年，当时是以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机应用于早期的汽车和农业灌溉机械。第二次世界大战期间，生物质气化技术的应用达到了高峰，当时大约有 100 万辆以木材或木炭为原料提供能量的车辆运行于世界各地。我国在 20 世纪 50 年代，由于面临着能源匮乏的困
9、难，也采用气化的方法为汽车提供能量。20 世纪 70 年代，能源危机的出现，重新唤起了人们对生物质气化技术的兴趣。以各种农业废弃物、林业废弃物为原料的气化装置生产可燃气，可以作为热源， 或用于发电，或生产化工产品（如甲醇、二甲醚及氨等）。生物质气化有多种形式，如果按照气化介质分，可将生物质气化分为使用气化介质和不使用气化介质两大类。不使用气化介质称为干馏气化；使用气化介质，可按照气化介质不同分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气-氧气混合气化和氢气气化等。生物质气化炉是气化反应的主要设备。生物质气化技术的多样性决定了其应用类型的多样性。在不同地区选用不同的气化设备和不同的工艺路线来使用生物
10、质燃气是非常重要的。生物质气化技术的基本应用方式主要有以下四个方面：供热、供气、发电和化学品合成。生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送各入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。此类系统相对简单，热利用率较高。生物质气化集中供气技术是指气化炉生产的生物质燃气，通过相应的配套设备，为居民提供炊事用气。其基本模式为：以自然村为单元，系统规模为数十户至数百户，设置气化站，铺设管网，通过管网输送和分配生物质燃气到用户家中。生物质气化集中供气系统示意图生物质气化集中供气系统示意图生物质气化发电技术是生物质清洁能源利用的一种重要方式，几乎不排放任何有害气体。在我国很多地区普遍存在缺
11、电和电价高的问题，近几年这一状况更加严重，生物质发电可以在很大程度上解决能源短缺和矿物燃料燃烧发电的环境污染问题。近年来，生物质气化发电的设备和技术日趋完善，无论是大规模还是小规模均有实际运行的装置。生物质气化发电工作流程生物质气化发电工作流程生物质气化合成化学品是指经气化炉生产的生物质燃气，经过一定的工艺合成为化学制品，目前主要包括合成甲醇、氨和二甲醚等。生物质气化合成甲醇、二甲醚生物质气化合成甲醇、二甲醚3.生物质热解生物质热解（又称热裂解或裂解）是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的过程。根据热解条件和产物的不同，生物质热解工艺可
12、以分为以下几种类型：1） 烧炭。将薪炭放置在炭窑或烧炭炉中，通入少量空气进行热分解制取木炭的方法，一个操作期一般需要几天。2） 干馏。将木材原料在干馏釜中隔绝空气加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品的方法。3） 热解液化。把林业废料及农副产品在缺氧的情况下中温（500650）快速加热，然后迅速降温使其冷却为液态生物原油的方法。三生物质生化转化三生物质生化转化生物质生化转化是依靠微生物或酶的作用，对生物质进行生物转化，生产出如乙醇、氢、甲烷等液体或者气体燃料的技术。主要针对农业生产和加工过程的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其他有机废弃物等。生物质生化转
13、化技术主要包括水解发酵和沼气技术两大类应用技术。1.生物质水解发酵发酵法采用各种含糖（双糖） 、淀粉（多糖） 、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料,经过水解（水解使某一化合物裂解成两个或多个较简单化合物的化学过程） 、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。2.沼气发酵沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。四其他生物质利用技术四其他生物质利用技术生物质利用技术还有其
14、他一些利用方式,在社会生活中也得到了一定的发展和应用, 尤其是生物质压缩成型技术和生物柴油技术得到了相对广泛的应用。1.生物质压缩成型技术农业和林业生产过程中所产生的大量废弃物通常松散的分散在大面积范围内，具有较低的堆积密度，给收集、运输、储藏带来了困难。由此人们提出如果能够将农业和林业生产的废弃物压缩为成型燃料，提高能源密度则不仅可以解决上述问题，而且可以形成商品能源。将分布散、形体轻、储运困难、使用不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃料，能提高容量和热值，改善燃烧性能，成为商品能源，这种转换技术称为生物质压缩成型技术或致密固化成型技术，这种被压缩后的物质称为生物质颗粒。2.生
15、物柴油（酯化）酯化是指将植物油与甲醇或乙醇在催化剂和 230250温度下进行反应，生成生物柴油，并获得副产品甘油。生物柴油可单独使用以替代柴油，又能够以一定比例(230)与柴油混合使用。除了为公共交通车、卡车等柴油机车提供替代燃料外，又可为海洋运输业、采矿业、发电厂等具有行业提供燃料。五能源植物五能源植物随着化石能源的不断枯竭，人们开始在世界范围内寻找替代能源。许多国家都在进行替代能源的研究，能源植物的研究便应运而生。顾名思义，能源植物就是可以用作能源的植物，通常是指那些可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物，以及富含油脂的植物。目前，大多数能源植物尚处于野生或半野生状态，人类正在研究
16、应用遗传改良、人工栽培或先进的生物质能转换技术等，以提高利用生物能源的效率，生产出各种清洁燃料，从而替代煤炭、石油和天然气等化石燃料，减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。据估计，绿色植物每年固定的能量，相当于 600 亿吨至 800 亿吨石油，即全世界每年石油总产量的20 倍至 27 倍，约相当于世界主要燃料消耗的 10 倍。而绿色植物每年固定的能量作为能源的利用率，还不到其总量的 l%。世界上许多国家都开始开展能源植物或石油植物的研究，并通过引种栽培，建立新的能源基地，如“石油植物园”、 “能源农场”等，以此满足对能源结构调整和生物质能源的需要。我国是利用能源植物较早的国家，但基本上局限在直接燃烧、制碳等初级的阶段。近年来我国能源植物的研究发展速度较快。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及其加工工艺和设备。同时我国政府对生物燃料非常重视，制定了多项指导性政策以促进其发展。1.富含类似石油成分的能源植物续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等均
