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,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，又是能源消費大國，目前年能源消費總量已達到5.861019J，居世界第2位。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，在未來十幾年內(nèi)，我國能源生產(chǎn)必須實現(xiàn)巨大的增長才能支撐我國經(jīng)濟的可持續(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。預測到2020年，我國能源需求總量將達到8.79101910.551019J，能源供應問題日益突出，必將制約我國經(jīng)濟和社會的發(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)和消費方式，促進社會、經(jīng)濟可持續(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70年代，國際上第一次石油危機使發(fā)達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)林等有機廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產(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輸?shù)目稍偕茉础?生物質(zhì)是人類用火以來，最早直接應用的能源。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）進行化合的化學反應過程，在反應過程中放出熱量，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，送入氣化爐中進行氣化裂解，得到可燃氣體并進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，熱解伴生的焦油進一步熱裂化或催化裂化為小分子碳氫化合物，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)，分別為進料系統(tǒng)、氣化反應器（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)）。進料系統(tǒng)包括生物質(zhì)進料、空氣進料、水蒸氣進料及其控制。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研究已取得了一定的成績，尤其是纖維素熱解動力學研究已取得了比較完善的結(jié)論。,生物質(zhì)熱解及其特點生物質(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-熱量傳遞化學變化-復雜的化學反應生物質(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?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，不同的反應器對顆粒大小的要求也不同。熱裂解過程必須嚴格控制溫度（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；對熱解蒸氣進行快速和徹底地分離，避免炭和灰份催化產(chǎn)生二次反應導致生物油的不穩(wěn)定，并保證生物油的產(chǎn)率。除需要嚴格控制反應條件外，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研究已取得了一定的成績，尤其是纖維素熱解動力學研究已取得了比較完善的結(jié)論。,一般反應器生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)的核心是反應器，它的類型和加熱方式?jīng)Q定最終的產(chǎn)物分布。反應器按物質(zhì)的受熱方式可分為三類：機械接觸式反應器、間接式反應器、混合式反應器。目前，針對第一類型和第三類型反應器開展的研究工作相對較多，這些反應器的成本較低且宜大型化，能在工業(yè)中投入使用。,美國可再生能源實驗室研制的渦流反應器,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%。當溫度達到70100，木質(zhì)素開始軟化，并有一定的黏度。當達到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，冷卻后強度進一步增加，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1t/m3左右，含水率在20%以下，便于貯存和運輸。成型燃料在燃燒過程中熱值可達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，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)有機廢水和其他有機廢棄物等。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,有機污染物,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)制氫具有一系列獨特的優(yōu)點,它已成為發(fā)展氫經(jīng)濟頗具前景的研究領(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法制氫,以及基于生物質(zhì)的甲烷、甲醇、乙醇的化學重整轉(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)細菌水氣轉(zhuǎn)移反應合成氫氣,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