能源化工知識點

生物質(zhì)能源第一節(jié)概述煤炭24%生物質(zhì)15%石油34%水電6%天然氣17%核能4%地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一種無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10-20倍，利用率不到3%。1.1生物質(zhì)和生物質(zhì)能概念生物質(zhì)：由光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，包括所有動物、植物、微生物，以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機物質(zhì)。是地球上存在最廣泛的物質(zhì)。生物質(zhì)分類：原料化學(xué)性質(zhì)分類:1.糖類（甘蔗、甜菜）2.淀粉類（土豆、玉米）3.纖維類（木材、農(nóng)作物秸桿、雜草）等原料來源分類：1.農(nóng)業(yè)廢棄物（農(nóng)作物秸桿）2.薪柴和柴草3.農(nóng)業(yè)加工廢棄物（木屑、谷殼等）人類糞便和生活垃圾4.工業(yè)廢棄物、廢水等5.能源植物農(nóng)作物類：包括產(chǎn)生淀粉可發(fā)酵生產(chǎn)酒精的薯類、玉米、甜高梁等，產(chǎn)生糖類的甘蔗、甜菜、果實等。林作物類：包括白楊、懸鈴木、赤楊等速生林種，蘆葦?shù)炔菽绢惣吧止I(yè)產(chǎn)生的廢棄物。水生藻類：包括海洋生的馬尾藻、巨藻、石莼、海帶等；微藻類的螺旋藻、小球藻等.以及藍藻、綠藻等?？梢蕴釤捠偷闹参镱悾喊ㄏ鹉z樹、藍珊瑚、核樹、葡萄牙草等。農(nóng)作物廢棄物（如桔稈、谷殼）、林業(yè)廢棄物（如枝葉、樹皮、鋸末等）、畜牧業(yè)廢棄物（如骨頭、皮毛等）及城市垃圾等。光合成微生物：如硫細菌、非硫細菌等。生物質(zhì)能：蘊藏在生物質(zhì)中的能量。是把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量。它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。生物質(zhì)能特點優(yōu)點：1.低污染（含S,N低）2.普遍易取3.可儲存運輸4.可再生缺點：1.能量密度低2.重量輕、體積大，給運輸帶來難度3.風(fēng)雨雪火等外界因素為保存帶來不利條件生物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)生物質(zhì)是有多種復(fù)雜的高分子有機化合物組成的復(fù)合體。

生物質(zhì)的物由組成HciuccIIiIr.-'w生物質(zhì)能利用轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)利用二太陽能夏動的顧］氫'氧循邱.噸粉.平鮮犀奉，事g.，h舟森辭一ft*..平白EL《■,盅?.*2"直接燃燒和發(fā)電一有機物質(zhì)+O—CO+HO+生物質(zhì)的物由組成HciuccIIiIr.-'w生物質(zhì)能利用轉(zhuǎn)化技術(shù)生物質(zhì)利用二太陽能夏動的顧］氫'氧循邱.噸粉.平鮮犀奉，事g.，h舟森辭一ft*..平白EL《■,盅?.*〔爐灶燃燒技術(shù)：農(nóng)用爐灶10%~15^省柴灶30%I燃料種美己木柯爐、顆粒辟燒爐、新柴爐、桔杜伊?《例*尸舫儻墳不七〔燃燒方式】流化床鍋爐、烷燃爐.生物材發(fā)電；72蜓木材、18咐釧:局圾、4沼氣和1痢氣卜直接燃燒一秸稈發(fā)電“叫05年.我國首個吊殲與媒粉混燒發(fā)電項目在棗莊十里良發(fā)由廠竣工投產(chǎn)：W進『丹麥BWE公曰的技術(shù)設(shè)備，對1合14力千M機組的羯爐燃燒器進行廣祜稈混燒技術(shù)改造；2.2生物質(zhì)氣化——將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CH4、CO、H2等可燃氣體基本原理是在不完全燃燒條件下，將生物質(zhì)原料加熱，使較高分子的有機碳氫化合物裂解成較低分子量的高品位可燃氣體。根據(jù)氣化機理可分為熱解氣化和反應(yīng)性氣化，其中后者又可根據(jù)氣化劑的不同分為空氣氣化、水蒸氣氣化、氧氣氣化、氫氣氣化及其這些氣體的混合物的氣化。根據(jù)采用的氣化反應(yīng)器的不同又可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化生物質(zhì)的反應(yīng)性氣化

在氣化過程中使用不同的氣化劑，可以得到三種不同質(zhì)量的氣化產(chǎn)品氣低熱值(LowCV)：4~6MJ/Nm3使用空氣中熱值(MediumCV)12~18MJ/Nm3使用氧氣或水蒸汽高熱值(HighCV)40MJ/Nm3使用氫氣生物質(zhì)氣化過程中焦油的生成當(dāng)生物質(zhì)被加熱到250°C以上時，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等成分發(fā)生熱分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、氣體等。焦油的成分十分復(fù)雜，大部分是苯的衍生物。溫度為500°C時焦油的產(chǎn)量最高，隨著溫度的升高和停留時間的增加，焦油的含量會明顯地減少。在600°C以上時，焦油以氣體的形式存在于熱解氣中，在低溫下則以液體的狀態(tài)存在。生物質(zhì)的空氣氣化*.焦油難以完全燃燒，容易產(chǎn)生碳黑等顆粒，對燃氣利用設(shè)備等損害嚴重干燥國生物質(zhì)的空氣氣化*.［固體燃料干嫌區(qū)［固體燃料干嫌區(qū)熱解區(qū).:快耳二:—空代幸**—親忍一可燃代.空..氣化反應(yīng)展原理畫「.熱解區(qū)，，生成固體焦炭、氣體揮發(fā)分、焦油、『木醋酸和熱解水等.氧化E高溫?zé)峤鈿怏w產(chǎn)物和焦炭與氧氣發(fā)生‘，燃燒反應(yīng).還原區(qū)，氧化區(qū)所生成的高溫氣體與高溫炭層發(fā)生非均相的還原反應(yīng)，生成含有CO…kCH§、GnHn、CO了等□-生物質(zhì)的空氣氣化，.干燥區(qū),I固體燃料氣化反應(yīng)過程原理圖,水分蒸發(fā)“I固體燃料氣化反應(yīng)過程原理圖,熱解區(qū)，生成固體焦炭、氣體揮發(fā)分、焦油、■木醋酸和熱解水等.氧化區(qū)?，高溫?zé)峤鈿怏w產(chǎn)物和焦炭與氧氣發(fā)生「燃燒反應(yīng).還原區(qū)氧化區(qū)所生成的高溫氣體與高溫炭層發(fā)生非均相的還原反應(yīng)，生成含有CO..H2vCH4vCmHn,00義等。.生物質(zhì)氣化過程中焦油的再裂解”［進料口改進型氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖.AI通過改變爐內(nèi)結(jié)構(gòu)，使仙區(qū)理原愿的反應(yīng)溫度提高：增加硒慰的高度，從而增加了焦油在爐內(nèi)所經(jīng)過的高溫區(qū)的停留時間，使焦油裂解充分，燃氣熱值提高，焦油含量降低0，CmHn+mH20>mCO+(m+n/NltbCmHn+mCO2->2mCO+n/2H2p［進料口改進型氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖.＞煤氣發(fā)牛爐的種類.下吸式固定床,上吸式.'平吸式'〃單流化床.＞煤氣發(fā)牛爐的種類.下吸式固定床,上吸式.'平吸式'I雙流化床.流化床“LI攜帶流化床.［循環(huán)流化床',基本I:作過程-致./據(jù)獨選擇爐型，/原料和氣化劑不同,產(chǎn)物不I1巾固體粒子處壬壤緊攏態(tài)，顆粒靜止不動的床層叫做固定床。固定床床層的壓降隨流體速度的增加而增加”『床層顆粒之間脫離接觸，顆粒懸浮在流體中，往"方向運動的床層叫做流化床。床層高度和空廉率隨流體流速增大而增大，但床層壓降基本不隨流速而變“.流體和固體顆粒同時進入反應(yīng)器，它們互相接。觸;:面迸行反應(yīng);一而顆粒移動；這種反應(yīng):床層叫做移動床。L

4509左.右」C+CO,~2CO-166297J.HO+C-CO+H—11874212J2H.O+C=CO.■+2H.~75186兀HO+CO-CO+H-43555J-100-300°C700900°C.干燥層：燃料中水分蒸發(fā)，吸收熱量4509左.右」C+CO,~2CO-166297J.HO+C-CO+H—11874212J2H.O+C=CO.■+2H.~75186兀HO+CO-CO+H-43555J-100-300°C700900°C.干燥層：燃料中水分蒸發(fā)，吸收熱量干慵層：燃料中揮發(fā)份析出，混入燃7中Q二CO.l408860J=ICO十2464耳7J-優(yōu)點"1、結(jié)構(gòu)簡單；.2、工作穩(wěn)定性好；*3、可隨時開蓋添料；.4、焦油在高溫下被分解。缺點…上吸式煤氣發(fā)生爐'優(yōu)點…U熱流與氣流方向相同，引風(fēng)機消耗功率低，啟動容易；。2、可燃氣將熱量傳遞給熱分解層和干燥層，用于物料的分解和干燥，同時降低其自身溫度，大大提高熱效率：.3、熱分解層和王燥層對可燃氣有過濾作用，因而含灰較少；,4、煤氣中混有干f留出的揮發(fā)物，發(fā)熱宣一般較高-“\t?缺點…1、添料不方便；-2、適用于含焦油較少的燃料；■3、不適于不易燃燒的燃料■?流化床與固定床比較運行過程中，固定床溫度分布不均勻，固體在床內(nèi)停留時間較長，氣體停留時間短，壓力降較低；流化床床溫均勻，氣固接觸混合良好，氣固停留時間都較短，壓力降較高。固定床可在設(shè)計負荷的20-110%間變動，流化床中氣流速度必須滿足流化條件的需要，因此只能工作負荷在設(shè)計負荷的50-120%之間變化。固定床與流化床都有著各自的優(yōu)缺點和一定的適用范圍。從技術(shù)性能上看，前者結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用；后者結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝后不易移動，但占地面積小，啟動快，容量比固定床容量大。啟動時，固定床加熱比較緩慢，需較長時間達到反應(yīng)溫度，流化床加熱迅速，便于頻繁起停。流化床對原料的要求較低。固定床的產(chǎn)物主要是低熱值煤氣，含有焦油、油脂等需要分離和凈化處理的雜質(zhì)。流化床產(chǎn)生的氣體成分、熱值穩(wěn)定，焦油和氨的含量較低，但飛灰含量明顯高于固化床燃氣飛灰含量。流化床的投資成本要高于固化床，但運行成本低于固化床。生物質(zhì)原料與煤原料比較生物質(zhì)原料來源廣泛，價廉易取。氣化所用的原料主要是原木生產(chǎn)及木材加工的殘余物、薪柴、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物等，包括板皮、木屑、枝杈、秸稈、稻殼、玉米芯等。-生物質(zhì)揮發(fā)組分高(70~80%)，在較低的溫度時大部分揮發(fā)份被釋出(400C。),而煤在800C。時才釋出30%的揮發(fā)組分；生物質(zhì)炭反應(yīng)活性高，在較低的溫度下，以較快的速度與CO2及水蒸氣進行氣化反應(yīng)；生物質(zhì)炭灰分少(<3%),且不易粘結(jié)，簡化了除灰設(shè)備。生物質(zhì)炭含硫量低(<0.2%)，不必設(shè)氣體脫硫裝置，降低了成本，有利于環(huán)境保護。生物質(zhì)的熱解原理——生物質(zhì)在基本無氧的環(huán)境中受熱分解，生成固體炭、液體燃料和氣體的過程干燥階段在150°C左右，蒸出物料中的水分。預(yù)熱解階段在150-300OC左右，物料化學(xué)組成開始發(fā)生變化，不穩(wěn)定成分（如半纖維素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物質(zhì)。固體分解階段在300-600OC左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液體和CO2、CO、CH4、H2等氣體物質(zhì)。此階段放熱。燃燒階段C-H、C-O鍵進一步裂解，排出殘留在木炭中的揮發(fā)分。生物質(zhì)快速熱解：隔絕空氣快速加熱，將原料直接裂解為粗油。工藝特點：物質(zhì)原料的粒度非常小，快速加熱；準(zhǔn)確控溫在500C。左右；熱解產(chǎn)生的蒸汽迅速冷卻以生產(chǎn)生物油產(chǎn)品2.3生物質(zhì)液化乙醇汽油：在不添加含氧化合物的液體烴中加入一定量變性燃料乙醇后用作點燃式內(nèi)燃機的燃料。生物質(zhì)原油呈棕褐色，內(nèi)含刺激性揮發(fā)分（如丙酮等），pH值約為2-4（弱酸性）；當(dāng)溫度較高時，其分子容易發(fā)生聚合反應(yīng)，故不宜進行蒸餾處理。在一穩(wěn)定的空氣環(huán)境中，可燃性液體或固體表面產(chǎn)生的蒸氣在試驗火焰作用下被閃燃時的最低溫度閃點就是可燃液體或固體能放出足量的蒸氣并在所用容器內(nèi)的液體或固體表面處與空氣組成可燃混合物的最低溫度?？扇家后w的閃點隨其濃度的變化而變化。閃點又叫閃燃點，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時的溫度。實現(xiàn)生物質(zhì)定向氣化的措施提高氣化反應(yīng)溫度氣化反應(yīng)溫度是影響氣化產(chǎn)物的一個最主要因素，溫度越高，所產(chǎn)氣體中的H2、CO和CO2越多CH4等碳氫氣體越少。純氧和水蒸氣復(fù)合并用采用純氧作為氣化劑，在避免帶入大量N2對生成氣體稀釋的同時，還可以有效地提高

氣化反應(yīng)區(qū)的溫度，從而為加注適量水蒸氣創(chuàng)造了條件。水蒸氣既可以直接與炙熱的炭反應(yīng)生成H2和CO，又可以與碳氫化合物發(fā)生水蒸氣變換反應(yīng)，生成對合成甲醇有用的氣體，從而減輕氣體重整變換的工作量。延長反應(yīng)物的滯留時間氣化反應(yīng)實際是由生物質(zhì)的熱解反應(yīng)和熱解產(chǎn)物的裂解反應(yīng)所組成的，但無論是哪種反應(yīng)，在一定條件下，反應(yīng)物的滯留時間越長，反應(yīng)就越充分，生成物也就越多。氣體重整變換.氣體重整變換工藝流程圖」L-陶瓷過濾膜；氣體重整變換.氣體重整變換工藝流程圖」L-陶瓷過濾膜；2-重整反應(yīng)床；,3“旋風(fēng)分離器；4-變換反應(yīng)床；#5-冷卻裝置；6-■氣相色譜儀。.＞氣體重整,,學(xué)將氣體中的碳氫化合物（如埒類氣體和焦油等）催化裂解為有用氣體，并除去硫化氫等其它有害氣體?！?C>Hm+2iill.：n，I：'1M"*nCU+(m/24n?ll22.4生物燃料乙醇燃料乙醇與實用酒精有何區(qū)別？，燃料乙醇為何要控制水分？■乙醇汽油:在不添加含氧化合物的液體烴中加入一定量變性燃料乙醇乙醇