生物質(zhì)能技術(shù)課件

1、生物質(zhì)能利用技術(shù) 生物質(zhì)能源利用主要技術(shù)物理轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化熱量電力直接燃燒氣化熱化學(xué)法熱解直接液化生物質(zhì)燃?xì)饽咎炕蛏镉鸵夯突瘜W(xué)法間接液化直接液化甲醇、醚生物柴油水解發(fā)酵乙醇沼氣技術(shù)甲烷固體燃料生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化2.3 微生物能量轉(zhuǎn)化技術(shù)2.3.1 生物質(zhì)液化2.3.2 產(chǎn)油微生物高產(chǎn)烴的叢粒藻2.3.1 生物質(zhì)液化生物質(zhì)液化：是指通過熱化學(xué)或生物化學(xué)方法將生物 質(zhì)部分或全部轉(zhuǎn)化為液體燃料。包括： 間接液化：指通過微生物作用或化學(xué)合成方法生成液體燃料。 eg:甲醇、乙醇 直接液化：指采用機(jī)械方法，用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品。 eg：棉籽油等植物油燃料乙醇燃料乙醇：乙醇又稱酒精，是由C、H、

2、O三種元素組成的有機(jī)化合物，乙醇分子式C2H5OH，相對(duì)分子質(zhì)量為46.07。常溫常壓下，乙醇是無色透明的液體，具有特殊的芳香味和刺激味，吸濕性很強(qiáng)，可與水以任何比例混合并產(chǎn)生熱量。乙醇易揮發(fā)、易燃燒。工業(yè)乙醇含乙醇約95%，含乙醇達(dá)99.5%以上的酒精稱為無水乙醇。燃料乙醇應(yīng)用狀況 ：燃料乙醇的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，目前巴西、美國等國家的燃料乙醇生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化；在燃料乙醇主要生產(chǎn)國家，其應(yīng)用也已經(jīng)達(dá)到初步普及。簡介燃料乙醇優(yōu)缺點(diǎn)燃料乙醇的優(yōu)點(diǎn) 可作為新的燃料,減少對(duì)石油的消耗。燃料乙醇作為可再生能源，可直接作為液體燃料或者同汽油混合使用,可減少對(duì)石油的依賴,保障本國能源的安全。

3、可直接作為液體燃料或者同汽油混合使用，而不用更換發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值, 有效地提高汽油的抗爆性。 作為汽油添加劑,可減少汽油消耗量，增加燃燒的含氧量，使汽油更充分燃燒。 乙醇是可再生能源,若采用甜高粱、小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,其燃燒所排放的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2 在數(shù)量上基本持平,這對(duì)減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。燃料乙醇的缺點(diǎn) 乙醇汽油的保質(zhì)期只有一個(gè)月。過了保質(zhì)期的乙醇汽油容易出現(xiàn)的分層現(xiàn)象，在油罐油箱中容易變渾濁，打不著火。 乙醇汽油對(duì)環(huán)境要求非常高，非常怕水，保質(zhì)期短，因此銷售乙醇汽油要比普通汽油在

4、調(diào)配、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售各環(huán)節(jié)要嚴(yán)格得多。2.3.1.1 能源甘蔗糖類生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程2.3.1.2木薯淀粉類生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù) 1木薯 木薯起源于熱帶美洲，約有4000年的栽培歷史，學(xué)名Manihot esculenta Crant，多年生亞灌木，地下部結(jié)薯，結(jié)構(gòu)似甘薯，稱樹薯、木(番)薯，為世界三大薯類(木薯、甘薯、馬鈴薯)之一。木薯屬大戟科，植株高23m，葉片呈掌形。其塊根(薯)呈柱形或紡錘形，直徑515cm,長30.80cm，每株4到6個(gè)。在中國主要用作飼料和提取淀粉。 一名參觀者在廣西區(qū)農(nóng)業(yè)廳展廳觀看重49公斤的“木薯王” 2木薯生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程其工藝

5、特點(diǎn)：(1)濕法粉碎工藝 (2)蒸煮、糖化采用諾維信(NOVOZYMES)熱蒸汽噴射管道維持中溫雙酶法工藝(3)大罐固定化酵母糖化連續(xù)發(fā)酵(或活性干酵母)法，罐外冷卻連續(xù)發(fā)酵(4)五塔差壓蒸餾工藝生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)酒精(5)脫水生產(chǎn)燃料乙醇(分子篩法) 分子篩法工藝流程2.3.1.3纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù) 1酶解生產(chǎn)燃料乙醇的工藝2纖維素酶解液發(fā)酵工藝(圖220)2.3.2 產(chǎn)油微生物高產(chǎn)烴的叢粒藻 叢粒藻，呈串狀集落生，又譯為葡萄藻，是一種在溫帶、熱帶和大陸性氣候的陸地、淡水和微咸湖水等地廣為分布的單細(xì)胞綠色微藻。由于在一些石油沉積層中幾乎全部有機(jī)質(zhì)都是叢粒藻形成的，故美其名為“油藻”。 在培養(yǎng)物中

6、，其產(chǎn)烴量為生物質(zhì)量干重的0376，通常為2540，大大高于其他微生物的含烴量幾乎都低于1。 1叢粒藻的形態(tài)和分類 在光學(xué)顯微鏡下，叢粒藻的集落為大小不一的細(xì)胞串，有時(shí)達(dá)lmm，互相間以透明的折射細(xì)絲相連。細(xì)胞梨形，一般多13m7m，包在基質(zhì)中，老齡細(xì)胞的葉綠體中有淀粉粒，是Chlorophyceae(綠藻綱)的典型特征之一。細(xì)胞質(zhì)網(wǎng)有油質(zhì)。在透射電子顯微鏡下可見，圍繞著細(xì)胞基部的厚基質(zhì)結(jié)構(gòu)是由連續(xù)的細(xì)胞分裂產(chǎn)生的外壁所構(gòu)成，借以將集落粘合起來。圖22l 圖A為光學(xué)顯微鏡下的叢粒藻英國藻種，化學(xué)種A。圖中一些折射的脂類球狀4是蓋玻片所壓出的圖；圖B是象牙海岸的化學(xué)種L的透視電子顯微鏡切面顯示出

7、連續(xù)的外壁包圍著細(xì)胞。圖C為化學(xué)種B的非常大的藻群的掃描電子顯微鏡圖。叢粒藻叢粒藻的分類：分類依據(jù)：產(chǎn)生的烴的不同三個(gè)化學(xué)種：A、B和L?；瘜W(xué)種A產(chǎn)生直鏈的奇數(shù)C23C31的n-二烯烴和三烯烴，偶爾有較短的n-鏈烴?；瘜W(xué)種B產(chǎn)生叢粒藻烯，一種分枝的C30C37，三萜烯，該種的密度小，易浮于水面；產(chǎn)烴量較高，多為其干重的2540，可用過濾法收集；且可耐含量為18的NaCl，有利于防止雜菌污染?；瘜W(xué)種L產(chǎn)生C40的Lycopadiene(四萜烯)。該產(chǎn)物是一類罕見的四類萜烴，它的存在從地球化學(xué)的觀點(diǎn)是值得注意的。而叢粒藻烷是化學(xué)種B的獨(dú)有代謝產(chǎn)物，是叢粒烯徹底還原的衍生物，己在茂名油頁巖中發(fā)現(xiàn)。

8、2叢粒藻的人工培養(yǎng) (2)環(huán)境條件的需求(1)營養(yǎng)條件的需求(3)烴的回收1、 在細(xì)胞基部周圍厚的外壁中的胞外烴可用 輕微機(jī)械處理 回收，其產(chǎn)物呈乳狀液，細(xì)胞可重新用于培養(yǎng)。2、用n-已烷 從過濾的濕細(xì)胞提取，烴的回收率可達(dá)70。叢粒藻化學(xué)種A和B的胞內(nèi)產(chǎn)物用HCl-MeOH萃取。3、Inoue等用 熱化學(xué)液化 法回收化學(xué)種B的Berkely株產(chǎn)生的叢藻烯。4、用5碳酸鈉催化，在2000C、10132.5kPa條件下液化的油中，叢粒烯的最高回收率為78，在300。C條件下回收率更高，得到的油可作為汽油的代用品。2.4 生物質(zhì)氣化技術(shù)2.4.1 生物質(zhì)原料2.4.2 生物質(zhì)氣化原理2.4.3 氣

9、化介質(zhì)2.4.4 氣化過程的的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.4.1 生物質(zhì)原料2.4.1.1 生物質(zhì)及資源 生物質(zhì)包括植物、動(dòng)物及其排泄物、垃圾及有機(jī)廢水等幾大類。從廣義上講，生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，它的能量最初來源于太陽能，所以生物質(zhì)能是太陽能的一種，它的生成過程如下：生物質(zhì)種類：1、植物類：木材、農(nóng)作物、雜草、藻類等2、非植物類：動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水垃圾中的有機(jī)成分生物質(zhì)的潛力: 地球上: 每年生長的生物能總量約14001800億t(干重)，相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國 :07年的秸桿量約6.5億t，2010年達(dá)7.26億t，相當(dāng)于5億t標(biāo)煤。柴薪和林業(yè)廢棄物數(shù)量也很大，林業(yè)廢棄物

10、(不包括炭薪林)，每年約達(dá)3700m3，相當(dāng)于2000萬t標(biāo)煤。如果考慮日益增多的城市垃圾和生活污水、禽蓄糞便等其他生物質(zhì)資源，我國每年的生物質(zhì)資源達(dá)6億t標(biāo)煤以上，扣除了一部分做飼料和其他原料，可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源達(dá)3億t標(biāo)煤。2.4.1.2 生物質(zhì)熱化學(xué)特性生物質(zhì)的熱化學(xué)特性：元素分析成分、工業(yè)分析成分和發(fā)熱值。生物質(zhì)的主要成分：纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。元素分析：各組成元素、水分和灰分的百分比含量。碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(s)、水分(M)、灰分(A)。工業(yè)分析：水分(M)、灰分(A)、固定碳(FC)、揮發(fā)分(v)的百分比含量。 發(fā)熱值：每千克生物質(zhì)原料完全燃燒后放

11、出的熱量。分為高位發(fā)熱值,和低位發(fā)熱值兩種。兩者的差別是煙氣中水蒸氣的汽化潛熱。水蒸氣來源 ：1、原料中帶入的水分,新鮮的生物質(zhì)原料含有超過50(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的大量水分，是不能直接用作汽化和燃燒的，在采伐或收割以后要經(jīng)過一段時(shí)間的干燥，讓水分降到1520以下才能使用；2、原料中的氫元素與氧反應(yīng)生成的水分。 高位發(fā)熱值和低位發(fā)熱值之間的換算關(guān)系為：燃料的低發(fā)熱值H、M氫、水的元素成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）發(fā)熱值計(jì)算： 已知元素成分時(shí)，用門得列夫公式估計(jì)低發(fā)熱值： 收到基和干基的換算：生物質(zhì)原料的水分含量變化很大。為了便于分析問題和工程計(jì)算，許多文獻(xiàn)中給出干基(即人為地將水分全部脫除后的原料)的元素分析成分

12、和發(fā)熱值。而在生物質(zhì)氣化工程中應(yīng)用的原料(收到基原料)總要含有一定的水分(一般要求在20以下)，因此在使用文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)時(shí)，必須將干基分析成分和發(fā)熱值換算到收到基的相應(yīng)數(shù)值，其換算公式為： Xy=Xg(100一My)100式中 Xy需知的某個(gè)應(yīng)收到成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))或發(fā)熱值(kJkg)；Xg一已知的相應(yīng)干基成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))或發(fā)熱值(kJkg)；My原料的收到基水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。部分生物質(zhì)原料的工業(yè)分析結(jié)果如表2.2部分生物質(zhì)原料的元素分析的結(jié)果如表2.3所示 與同是固體燃料的煤炭相比，生物質(zhì)原料的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 揮發(fā)分高而固定碳低：煤炭的揮發(fā)分一般為20左右，固定碳為6D左右。而從表二2中可以看出，生

13、物質(zhì)原料特別是秸稈類原料的固定碳在20以下，揮發(fā)分卻高達(dá)70左右； 原料中氧含量高，因此在干餾和氣化過程中都會(huì)產(chǎn)生一氧化碳，不像煤炭干餾時(shí)可以產(chǎn)生一氧化碳含量很低的干餾煤氣； 灰分相對(duì)較低：木材類原料的灰分極低，只有1.3，秸稈類原料高一些，但總的說來是灰分較低的原料； 硫含量低，這是生物質(zhì)原料的優(yōu)點(diǎn)之一，它的使用不會(huì)像煤炭那樣產(chǎn)生大量的二氧化硫，從而造成酸雨一類的環(huán)境問題。缺點(diǎn)： 發(fā)熱值明顯低于煤炭，一般只相當(dāng)于煤炭的1223；2.4.1.3 生物質(zhì)物理特性 1密度和堆積密度 密度：指單位體積生物質(zhì)的質(zhì)量的真實(shí)密度，即我們通常所說的物質(zhì)的密度。它是指去除顆粒問空隙的密度，需要用專門的方法進(jìn)行

14、測量； 堆積密度：即包括顆粒間空隙在內(nèi)的密度，一般在自然堆積的狀態(tài)下測量。對(duì)固定床氣化工藝用得更多的是堆積密度。它反映了單位體積物料的質(zhì)量。 2自然堆積角 當(dāng)物料自然堆積時(shí)會(huì)形成一個(gè)錐體，錐體母線與底面的夾角叫做自然堆積角(圖224)。自然堆積角的本質(zhì)： 反映物料的流動(dòng)特性。流動(dòng)性好的物料顆粒在很小的坡度時(shí)就會(huì)滾落，只能形成很矮的錐體，因此自然堆積角很小。而流動(dòng)性不好的物料會(huì)形成很高的錐體，自然堆積角較大。碎木材一類原料的自然堆積角一般不超過450，在固定床氣化爐中依靠重力向下移動(dòng)順暢。當(dāng)下部原料消耗以后，上部原料自然下落補(bǔ)充，形成充實(shí)而均勻的反應(yīng)層。而鍘碎的玉米秸和麥秸堆垛以后，即使底部被掏

15、空，上面的麥秸依然不下落，這時(shí)的自然堆積角已經(jīng)超過了900而成為鈍角，在固定床氣化爐里容易產(chǎn)生架橋、穿孔現(xiàn)象。3炭的機(jī)械強(qiáng)度 生物質(zhì)原料加熱后很快析出揮發(fā)分，剩余的木炭組成氣化爐中的反應(yīng)層。作為支撐生物質(zhì)物料顆粒形狀的骨架，木炭的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)層的構(gòu)成有重要影響。由木材等硬柴形成的木炭機(jī)械強(qiáng)度較高，析出揮發(fā)分后幾乎可以保持原來的形狀，形成孔隙率高而且均勻的優(yōu)良反應(yīng)層。而秸稈的機(jī)械強(qiáng)度很低，在大量揮發(fā)分析出后，不能保持原有形狀，容易在反應(yīng)層中產(chǎn)生空洞，形成不均勻氣流，細(xì)而散的炭粒降低了反應(yīng)層的活性和透氣性。4、灰熔點(diǎn)定義：灰分開始熔化的溫度灰熔點(diǎn)的高低與灰的成分有關(guān)，不同的生物質(zhì)種類和不同的產(chǎn)地

16、其灰熔點(diǎn)都會(huì)有所不同。一般生物質(zhì)原料的灰熔點(diǎn)在9001050范圍內(nèi)，也有一些產(chǎn)地的原料會(huì)在850以下。如果生物質(zhì)作為燃料來看，與煤相比有如下優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 揮發(fā)分高，固定碳低。煤的揮發(fā)分一般在20質(zhì)量分?jǐn)?shù)左右，固定碳在60左右。而生物質(zhì)的固定碳在20左右，揮發(fā)分則高達(dá)70左右； 生物質(zhì)原料中氧含量高，因此在干餾或氣化過程中都有大量的一氧化碳產(chǎn)生，不像煤在干餾氣化過程產(chǎn)生低一氧化碳的煤氣； 木質(zhì)類生物質(zhì)含灰分極低，只有13，秸稈類生物質(zhì)灰含量稍多一些，但是同煤相比，生物質(zhì)的灰含量是較低的； 生物質(zhì)的硫含量極低，有的生物質(zhì)甚至不含硫。 缺點(diǎn)： 生物質(zhì)的發(fā)熱值明顯低于煤，一般只相當(dāng)于煤的1223；2

17、.4.2 生物質(zhì)氣化原理 生物質(zhì)氣化：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)怏w的過程。氣化過程和常見的燃燒過程的區(qū)別：燃燒過程 中供給充足的氧氣，使原料充分燃燒，目的是直接獲取熱量，燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水蒸氣等不可再燃燒的煙氣；氣化過程 只供給熱化學(xué)反應(yīng)所需的那部分氧氣，而盡可能將能量保留在反應(yīng)后得到的可燃?xì)怏w中，氣化后的產(chǎn)物是含氫、一氧化碳和低分子烴類的可燃?xì)怏w。氣化反應(yīng): 熱解、燃燒、還原 因?yàn)榈獨(dú)獠粎⒓臃磻?yīng)，反應(yīng)后留在燃?xì)庵袥_淡了可燃成分，所以以空氣為介質(zhì)的氣化只能得到低位發(fā)熱值的燃?xì)猓l(fā)熱值一般在56MJm3。2.4.2.1 主要?dú)饣磻?yīng)一些主

18、要反應(yīng)及各反應(yīng)平衡常數(shù)如下表：2.4.2.2 氣化過程1、熱分解反應(yīng)2、燃燒過程3、還原過程1熱分解過程反應(yīng)實(shí)質(zhì)：高分子有機(jī)物在高溫下吸熱所發(fā)生的不可逆裂解反應(yīng)。反應(yīng)特點(diǎn)：1、大分子的碳?xì)浠衔锏逆湵淮蛩椋龀錾镔|(zhì)中的揮發(fā)物，留下木炭構(gòu)成進(jìn)一步反應(yīng)的床層。2、高溫時(shí)，生物質(zhì)的熱解產(chǎn)物是非常復(fù)雜的混合氣體，其中至少包括數(shù)百種碳?xì)浠衔?。有些可以在常溫下冷凝形成焦油，有些不凝氣體可以直接作為氣體燃料使用，發(fā)熱值可達(dá)15MJm3。PS:焦油,影響燃?xì)馐褂茫枰种破洚a(chǎn)生并從燃?xì)庵腥コ?、熱解反應(yīng)是一個(gè)吸熱過程，但由于生物質(zhì)原料中含較多的氧，當(dāng)溫度升高到一定程度后，氧將參加反應(yīng)而使溫度迅速提高，從

19、而加速完成熱解。加熱制度對(duì)反應(yīng)的影響：緩慢裂解：可以得到40一50的木炭（典型的木炭生產(chǎn)工藝）；快速裂解(500Ks) ：可以將生物質(zhì)的70轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)物，冷卻后得到裂解油（一種目前國際上很關(guān)注的新能源產(chǎn)品）。2燃燒過程主要反應(yīng):式中 K單位面積單位時(shí)間碳表面消耗的氧量； 傳質(zhì)系數(shù)； 遠(yuǎn)處的氧濃度，對(duì)氣化器就是空氣中的氧濃度； 碳表面的氧濃度； k化學(xué)反應(yīng)常數(shù)。氧化層的反應(yīng)主要是碳和空氣的兩相反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)速度可以用所消耗的氧量來表述為： 式(2-1)表述了空氣中的氧向碳表面的傳輸速度。式(2-2)表述了碳與氧的化學(xué)反應(yīng)速度。這兩個(gè)速度應(yīng)該是相等的，合并兩式并消去Cn，得到： 因此，實(shí)際控制

20、燃燒反應(yīng)的是1a表征的氧擴(kuò)散阻力和1k表征的化學(xué)反應(yīng)阻力。化學(xué)反應(yīng)常數(shù)k隨著溫度升高迅速增加。但傳質(zhì)系數(shù)a受溫度影響很小。溫度引起反應(yīng)類型的改變： 溫度較低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度即k值很小，1k1a，可以忽略擴(kuò)散阻力的影響，燃燒速度被化學(xué)反應(yīng)速度控制，稱作動(dòng)力反應(yīng)。 在氣化器中，實(shí)際燃燒溫度超過1500K，這時(shí)化學(xué)反應(yīng)速度即k值很大，Ik1a，可以忽略化學(xué)反應(yīng)阻力的影響而認(rèn)為燃燒速度完全由空氣中的氧向碳表面的擴(kuò)散速度所控制，稱為擴(kuò)散反應(yīng)。式(2-1)變?yōu)椋?3還原過程 還原層位于氧化層的后方，燃燒后的水蒸氣和二氧化碳與碳反應(yīng)生成氫和一氧化碳等，從而完成了固體生物質(zhì)原料向氣體燃料的轉(zhuǎn)變。 主要的反應(yīng)：

21、 C+H20CO+H2 C+C022CO C+2H2CH4 還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)越強(qiáng)烈。溫度低于600時(shí)，反應(yīng)已相當(dāng)緩慢。因此，還原層與氧化層的界面是氧含量等于零的界面，還原層結(jié)束的界面大致為溫度等于6000C的界面。還原層的反應(yīng)受擴(kuò)散和動(dòng)力反應(yīng)的共同控制，其高度應(yīng)是反應(yīng)機(jī)制和供熱機(jī)制平衡的結(jié)果。反應(yīng)機(jī)制: 二氧化碳向碳粒表面的擴(kuò)散，一氧化碳自表面的解析，炭表面的反應(yīng)活性，溫度等因素。供熱機(jī)制:氣固兩相的熱容量，氣相的流速，以及兩相間的傳熱和傳質(zhì)等。2.4.2.3 氣化過程的控制參數(shù)及指標(biāo)1、當(dāng)量比 當(dāng)量比指自供熱氣化系統(tǒng)中，單位生物質(zhì)在氣化過程所消耗的空氣(氧氣)量與完全燃燒所需

22、要的理論空氣(氧氣)量之比。是氣化過程的重要控制參數(shù)。比值大，說明氣化過程消耗的氧量多，反應(yīng)溫度升高，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，但燃燒的生物質(zhì)份額增加，產(chǎn)生的CO2量增加，使氣體質(zhì)量下降，理論最佳當(dāng)量比為0.28，由于原料與氣化方式的不同，實(shí)際運(yùn)行中，控制的最佳當(dāng)量比在02028之間。 2、氣體產(chǎn)率 氣體產(chǎn)率是指單位質(zhì)量的原料氣化后所產(chǎn)生氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。3、氣體熱值 氣體熱值是指單位體積氣體燃料所包含的化學(xué)能。氣體燃料的低熱值簡化計(jì)算公式為：Qv氣體熱值（kj/m3）CnHm不飽和碳?xì)浠衔顲2與C3的綜合4氣化效率 氣化效率是指生物質(zhì)氣化后生成氣體的總熱量與氣化原料的總熱量之比。它是

23、衡量氣化過程的主要指標(biāo)。5熱效率 生成物的總熱量與總耗能熱量之比 6碳轉(zhuǎn)換率 碳轉(zhuǎn)換率是指生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)換為氣體燃料中的碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。它是衡量氣化效果的指標(biāo)之一。 7生產(chǎn)強(qiáng)度 生產(chǎn)強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)，每單位反應(yīng)爐截面積處理原料的能力。2.4.3 氣化介質(zhì)按氣化介質(zhì)分氣化方式： 空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、水蒸氣氧氣混合氣化、熱分解氣化和氫氣氣化2.4.3.1 空氣氣化 以空氣為氣化介質(zhì)的氣化過程?？諝庵械难鯕馀c生物質(zhì)中的可燃組分進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程中放出的熱量為氣化反應(yīng)的其他過程即熱分解與還原過程提供所需的熱量，整個(gè)氣化過程是一個(gè)自供熱系統(tǒng)。但由于空氣中含

24、有79的N2，它不參加氣化反應(yīng)，卻稀釋了燃?xì)庵锌扇冀M分的含量，其氣化氣中氮?dú)夂扛哌_(dá)50左右，因而降低了燃?xì)獾臒嶂?，熱值?MJm3左右。由于空氣可以任意取得，空氣氣化過程又不需外供熱源，所以，空氣氣化是所有氣化過程中最簡單也最易實(shí)現(xiàn)的形式，因而這種氣化技術(shù)應(yīng)用較普遍。2.4.3.2 氧氣氣化 氧氣氣化是指向生物質(zhì)燃料提供一定氧氣，使之進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)?，但沒有隋性氣體N2，在與空氣氣化相同的當(dāng)量比下，反應(yīng)溫度提高，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)器容積減小，熱效率提高，氣化氣熱值提高一倍以上。在與空氣氣化相同反應(yīng)溫度下，耗氧量減少，當(dāng)量比降低，因而也提高氣體質(zhì)量，氧氣氣化產(chǎn)生的燃?xì)鉄嶂蹬c城市煤氣

25、相當(dāng)。在該反應(yīng)中應(yīng)控制氧氣供給量，既保證生物質(zhì)全部反應(yīng)所需要的熱量，又不能使生物質(zhì)同過量的氧反應(yīng)生成過多的二氧化碳。氧氣氣化生成的可燃?xì)怏w的主要成分為一氧化碳、氫氣及甲烷等，其熱值為15000kJm3左右，為中熱值氣體。2.4.3.3 水蒸汽氣化指水蒸氣同高溫下的生物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)包括：（1）、水蒸氣和碳的還原反應(yīng)（2）、CO與水蒸氣的變換反應(yīng)（3）、各種甲烷化反應(yīng)（4）、生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)的熱分解反應(yīng)等，其主要?dú)饣磻?yīng)是吸熱反應(yīng)過程，因此，水蒸氣氣化的熱源來自外部熱源及蒸汽本身熱源，氣化產(chǎn)物的熱值可以達(dá)到1092018900kJm3，為中熱值氣體。應(yīng)用場合：在需要中熱值氣體燃料而又不使用氧氣的氣化

26、過程，如雙床氣化反應(yīng)器中有一個(gè)床是水蒸氣氣化床2.4.3.4 空氣(氧氣)+水蒸氣氣化是指空氣(氧氣)和水蒸氣同時(shí)作為氣化質(zhì)的氣化過程。1、它是自供熱系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的外供熱源。2、氣化所需要的一部分氧氣可由水蒸氣提供，減少了空氣(或氧氣)消耗量，并生成更多的H2及碳?xì)浠衔?，特別是有催化劑存在的條件下，CO變成CO2的反應(yīng)的進(jìn)行，降低了氣體中CO的含量，使氣體燃料更適合于用作城市燃?xì)狻?優(yōu)點(diǎn)：是指在完全無氧或只提供極有限的氧使氣化不至于大量發(fā)生情況下進(jìn)行的生物質(zhì)熱降解，可描述成生物質(zhì)的部分氣化。它主要是生物質(zhì)的揮發(fā)分在一定溫度作用下產(chǎn)生揮發(fā)。2.4.3.5 熱分解氣化產(chǎn)物：固體炭木焦油木醋液(可凝揮發(fā)物)氣化氣(不可凝揮發(fā)物)。2.4.3.6 加氫氣化是指使氫氣同碳及水發(fā)生反應(yīng)生成大量的甲烷雖然氣化氣熱值高，但反應(yīng)條件苛刻，此類氣化不常用2.4.4 氣化過程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)考慮，氣化過程主要是碳和氣化劑之間的非均相反應(yīng)?？偡磻?yīng)速度與化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)，與氣化劑和