生物質(zhì)節(jié)能技術(shù)

生物質(zhì)能源利用技術(shù),過程裝備與控制工程胡振虎郵箱：2316420643,生物質(zhì)能源簡介生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)固化成型技術(shù)生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)能源的利用我國的生物質(zhì)能利用存在的問題,能源危機(jī),能源是全人類生產(chǎn)和生活必需的基本物質(zhì)保障，是一個國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是世界各國戰(zhàn)略安全的重要組成部分。目前，地球上能源的供應(yīng)主要依賴煤炭、石油和天然氣等不可再生的化石能源，面對化石能源資源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及全球氣候變暖威脅增加的狀況，世界各國都致力于研究開發(fā)生物質(zhì)能源來替代或減緩不可再生能源的消耗，并力圖減輕對環(huán)境造成的污染。我國是能源短缺的國家，又是能源消費(fèi)大國，目前年能源消費(fèi)總量已達(dá)到5.861019J，居世界第2位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在未來十幾年內(nèi)，我國能源生產(chǎn)必須實(shí)現(xiàn)巨大的增長才能支撐我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高。然而，已查明的化石能源資源結(jié)構(gòu)與我國未來能源生產(chǎn)的發(fā)展需求不相適應(yīng)。預(yù)測到2020年，我國能源需求總量將達(dá)到8.79101910.551019J，能源供應(yīng)問題日益突出，必將制約我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能源對于調(diào)整我國的能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，改變能源的生產(chǎn)和消費(fèi)方式，促進(jìn)社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境都具有十分重大的意義。,20世紀(jì)70年代，國際上第一次石油危機(jī)使發(fā)達(dá)國家和貧油國家重視油替代，開始大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)能源。生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機(jī)廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進(jìn)行能源生產(chǎn)的一種新興能源。,生物質(zhì)能簡介,生物質(zhì)（biomass）概念：是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來源于動、植物能的物質(zhì)。形成：是通過綠色植物的光合作用將太陽輻射的能量以一種生物質(zhì)形式固定下來的能源。是人類最重要的間接利用太陽能方式。特征：是貯存的太陽能，是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。同時是唯一的可儲存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础?生物質(zhì)是人類用火以來，最早直接應(yīng)用的能源。地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重），相當(dāng)于目前每年總能耗的十倍。生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。在世界能源消耗中，生物質(zhì)能占總能耗的14，在發(fā)展中國家占40以上。,熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù),生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)生物質(zhì)的直接燃燒是最普通的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)，所謂直接燃燒就是燃料中的可燃成分和氧化劑（一般為空氣中的氧氣）進(jìn)行化合的化學(xué)反應(yīng)過程，在反應(yīng)過程中放出熱量，并使燃燒產(chǎn)物的溫度升高。其主要目的就是取得熱量。,鍋灶燃燒,生物質(zhì)氣化技術(shù)生物質(zhì)氣化是指生物質(zhì)原料(薪柴、鋸末、麥秸、稻草等)壓制成型或經(jīng)簡單的破碎加工處理后，在欠氧條件下，送入氣化爐中進(jìn)行氣化裂解，得到可燃?xì)怏w并進(jìn)行凈化處理而獲得產(chǎn)品氣的過程。其原理是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于部分空氣(或氧氣)、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原、重整反應(yīng)，熱解伴生的焦油進(jìn)一步熱裂化或催化裂化為小分子碳?xì)浠衔?，獲得含CO、H2和CH4的混合氣體。生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過程如下圖所示，其主要有四大組成系統(tǒng)，分別為進(jìn)料系統(tǒng)、氣化反應(yīng)器（氣化爐）、氣化氣體凈化系統(tǒng)和氣化氣體處理系統(tǒng)（如發(fā)電系統(tǒng)）。進(jìn)料系統(tǒng)包括生物質(zhì)進(jìn)料、空氣進(jìn)料、水蒸氣進(jìn)料及其控制。氣化氣體凈化系統(tǒng)主要是除去產(chǎn)出氣體中的固體顆粒、可冷凝物及焦油，常用設(shè)備有旋風(fēng)分離器、水浴清洗器及生物質(zhì)過濾器。后處理系統(tǒng)主要是氣化氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化利用的裝置，諸如發(fā)電、制取液體燃料等裝置。,生物質(zhì)氣化過程,瑞典的TPS氣化工藝流程圖,生物質(zhì)氣化發(fā)電,生物質(zhì)熱裂解技術(shù)生物質(zhì)熱解是指在無氧環(huán)境下，生物質(zhì)被加熱升溫引起分子分解產(chǎn)生焦炭、可凝性液體和氣體產(chǎn)物的過程。生物質(zhì)熱解可歸結(jié)于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要成分的熱解，國內(nèi)外研究人員對三種組分的動力學(xué)研究已取得了一定的成績，尤其是纖維素?zé)峤鈩恿W(xué)研究已取得了比較完善的結(jié)論。,生物質(zhì)熱解及其特點(diǎn)生物質(zhì)在無空氣等無氧情況下發(fā)生不完全熱降解生成炭、可冷凝液體和氣體產(chǎn)物的過程。產(chǎn)物：炭、液體和氣體生物質(zhì)熱解原理物理變化-熱量傳遞化學(xué)變化-復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生物質(zhì)熱解工藝工藝流程：干燥粉碎熱解產(chǎn)物炭和灰的分離氣態(tài)生物油的冷卻生物油的收集等。（1）原料干燥和粉碎；（2）熱裂解；（3）焦炭和灰的分離；（4）液態(tài)生物油的收集。生物質(zhì)熱解產(chǎn)物：生物油（用作燃料油）；不可凝氣體；灰等。,基本過程生物質(zhì)熱解液化是指生物質(zhì)原料（通常需經(jīng)過干燥和粉碎）在隔絕氧氣或有少量氧氣的條件下，通過高加熱速率、短停留時間及適當(dāng)?shù)牧呀鉁囟仁股镔|(zhì)裂解為焦炭和氣體，氣體分離出灰分后再經(jīng)過冷凝可以收集到生物油的過程。在熱解工藝過程中，原料干燥是為了減少原料中的水分被帶到生物油中，一般要求原料的含水量低于10%。減小原料顆粒的尺寸，可以提高升溫速率，不同的反應(yīng)器對顆粒大小的要求也不同。熱裂解過程必須嚴(yán)格控制溫度（500600）、加熱速率、熱傳遞速率和停留時間，使生物質(zhì)在短時間內(nèi)快速熱解為蒸氣；對熱解蒸氣進(jìn)行快速和徹底地分離，避免炭和灰份催化產(chǎn)生二次反應(yīng)導(dǎo)致生物油的不穩(wěn)定，并保證生物油的產(chǎn)率。除需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件外，熱解液化還要避免生物油中的重組分冷凝造成的堵塞。,生物質(zhì)熱解可歸結(jié)于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要成分的熱解，國內(nèi)外研究人員對三種組分的動力學(xué)研究已取得了一定的成績，尤其是纖維素?zé)峤鈩恿W(xué)研究已取得了比較完善的結(jié)論。,一般反應(yīng)器生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的核心是反應(yīng)器，它的類型和加熱方式?jīng)Q定最終的產(chǎn)物分布。反應(yīng)器按物質(zhì)的受熱方式可分為三類：機(jī)械接觸式反應(yīng)器、間接式反應(yīng)器、混合式反應(yīng)器。目前，針對第一類型和第三類型反應(yīng)器開展的研究工作相對較多，這些反應(yīng)器的成本較低且宜大型化，能在工業(yè)中投入使用。,美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室研制的渦流反應(yīng)器,生物質(zhì)致密成型技術(shù),生物質(zhì)致密成型技術(shù)是指具有一定粒度的農(nóng)林廢棄物（鋸屑、稻殼、樹枝、秸稈等）干燥后在一定的壓力作用下（加熱或不加熱），可連續(xù)擠壓制成棒狀、粒狀、塊狀等各種成型燃料的加工工藝，有些致密成型技術(shù)還需要加入一定的添加劑或黏結(jié)劑。一般生物質(zhì)致密成型主要是利用木質(zhì)素的膠黏作用。農(nóng)林廢棄物主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，木質(zhì)素為光合作用形成的天然聚合體，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，是高分子物質(zhì)，在植物中含量約為15%30%。當(dāng)溫度達(dá)到70100，木質(zhì)素開始軟化，并有一定的黏度。當(dāng)達(dá)到200300時，呈熔融狀，黏度變高。此時若施加一定的外力，可使它與纖維素緊密粘結(jié)，使植物體積大量減少，密度顯著增加，取消外力后，由于非彈性的纖維分子間的相互纏繞，其仍能保持給定形狀，冷卻后強(qiáng)度進(jìn)一步增加，成為成型燃料.,生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后，體積縮小，密度可達(dá)1t/m3左右，含水率在20%以下，便于貯存和運(yùn)輸。成型燃料在燃燒過程中熱值可達(dá)16000kJ/kg左右，并且“零排放”，即基本不排渣、無煙塵、無二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境，熱性能優(yōu)于木材，體積發(fā)熱量與中質(zhì)煤相當(dāng)，可廣泛用于民用炊事爐、取暖爐、生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐4，是易于進(jìn)行商品化生產(chǎn)和銷售的可再生能源。,生物致密型燃料,加熱螺旋壓縮成型,致密固化設(shè)備,生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化技術(shù),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(jìn)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(shù)。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(jī)廢水和其他有機(jī)廢棄物等。生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括厭氧消化制取沼氣技術(shù)和特種酶技術(shù)催化制氫兩大類應(yīng)用技術(shù)。,厭氧消化制取沼氣,酶技術(shù)催化制氫,沼氣化技術(shù),循環(huán)經(jīng)濟(jì),有機(jī)污染物,沼氣技術(shù),肥料,沼氣,戶用沼氣,生物質(zhì)制氫氫能以其清潔,來源及用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)成為最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氫是氫能發(fā)展的必然趨勢。由于生物質(zhì)制氫具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它已成為發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)頗具前景的研究領(lǐng)域之一。生物質(zhì)制氫技術(shù)可以分為兩類,一類是以生物質(zhì)為原料利用熱物理化學(xué)方法制取氫氣,如生物質(zhì)氣化制氫,超臨界轉(zhuǎn)化制氫,高溫分解制氫等熱化學(xué)法制氫,以及基于生物質(zhì)的甲烷、甲醇、乙醇的化學(xué)重整轉(zhuǎn)化制氫等;另一類是利用生物轉(zhuǎn)化途徑轉(zhuǎn)換制氫,包括直接生物光解,間接生物光解,光發(fā)酵,光合異養(yǎng)細(xì)菌水氣轉(zhuǎn)移反應(yīng)合成氫氣,暗發(fā)酵和微生物燃料電池等技術(shù)。,生物質(zhì),物理法、化學(xué)法、生物法,低碳醇、酸，高碳醇,COX、H2,CO2、H2O,光合作用,水汽重整部分