生物质处理及利用工程

第7章生物质处理及利用工程7.1生物质处理及利用的内涵和特点7.2生物质的化学处理及生物化学处理7.3生物质吸附剂应用7.4生物质能源化应用2023/6/1617.1生物质处理及利用的内涵和特点7.1.1生物质的定义、特点和分类7.1.2生物质的化学组成7.1.3生物质处理及利用的内涵和特点2023/6/1627.1.1生物质的定义、特点和分类生物质（biomass=bio+mass）生物现存量作为能源的生物资源一定累积量的动植物（微生物？）资源和来源于动植物的废弃物的总称（用此定义的较多）。2023/6/1637.1生物质处理及利用的内涵和特点7.1.1生物质的定义、特点和分类生物质特点涵盖范围广多种分类方法2023/6/1647.1生物质处理及利用的内涵和特点2023/6/1657.1.2生物质的化学组成2023/6/1667.1生物质处理及利用的内涵和特点纤维素7.1.2生物质的化学组成2023/6/1677.1生物质处理及利用的内涵和特点半纤维素——木聚糖7.1.2生物质的化学组成2023/6/1687.1生物质处理及利用的内涵和特点淀粉7.1.2生物质的化学组成2023/6/1697.1生物质处理及利用的内涵和特点木质素——木质素的结构单元（苯丙烷前体）7.1.2生物质的化学组成2023/6/16107.1生物质处理及利用的内涵和特点蛋白质其它有机成分其它无机成分2023/6/1611

生物质成分海洋水生植物草本植物树木废弃物大型海带凤眼莲百慕大草白杨梧桐松树RDF纤维素4.816.231.741.344.740.465.6半纤维素—55.540.232.929.424.911.2木质素—6.1—————甘露糖醇18.7——————褐藻酸14.2——————葡聚糖0.7——————岩藻低聚糖0.2——————粗蛋白15.912.312.32.11.70.73.5灰分45.822.45.01.00.80.516.7合计100.311293.31031021011007.1.3生物质处理及利用的内涵和特点2023/6/16127.1生物质处理及利用的内涵和特点材料化利用能源化利用药品化利用饲料化利用等7.2生物质的化学处理及生物化学处理7.2.1化学脱胶技术7.2.2生物脱胶技术2023/6/16137.2生物质的化学处理及生物化学处理7.2.1化学脱胶技术NaOH

二次污染2023/6/16147.2生物质的化学处理及生物化学处理7.2.2生物脱胶技术微生物脱胶酶法脱胶2023/6/16152023/6/162023/6/162023/6/16182023/6/16197.2生物质的化学处理及生物化学处理酶法脱胶优点高选择性高效率反应条件温和2023/6/16207.3生物质吸附剂应用7.3.1生物质吸附剂分类7.3.2纤维素的化学改性2023/6/16217.3.1生物质吸附剂分类动物类生物质材料——甲壳素植物类生物质材料微生物类生物质材料2023/6/16227.3生物质吸附剂应用7.3.2纤维素的化学改性纤维素黄原酸盐的制备与吸附溶于碱的CS2也可直接与碱化纤维素反应生成黄原酸钠CS2

+Cell-ONa→Cell-OCS2Na钠盐不稳定2Cell-OCS2Na+Mg2+→(Cell-OCS2)2Mg↓+2Na+2023/6/16237.3生物质吸附剂应用7.4生物质能源化应用7.4.1生物质能的定义及特点7.4.2生物质能源化利用的途径7.4.3我国生物质能的发展概况2023/6/16242023/6/16257.4.1生物质能的定义及特点生物质能——以生物质为载体将太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量形式。唯一可再生碳源、储量巨大、分布广泛低硫、低氮继煤、石油和天然气后的第4位能源2023/6/16267.4生物质能源化应用7.4.2生物质能源化利用的途径7.4.2.1沼气工程产业化技术7.4.2.2生物质气化7.4.2.3生物质气化发电技术7.4.2.4生物质成型燃料技术7.4.2.5生物质非粮燃料乙醇技术7.4.2.6生物质生物柴油技术等2023/6/16277.4生物质能源化应用287.4.2.1沼气工程产业化技术2023/6/16297.4.2生物质能源化利用的途径类型（悬浮）固体物含量/%举例溶解性原料<1酒醪滤液，豆制品、啤酒、柠檬酸废水低固体原料1-6酒漻、丙丁醪、鸡和猪舍冲水、污泥中固体原料6-20猪粪、牛粪、鸡粪高固体低木素原料>20城市生活有机垃圾高固体中木素原料>20稻秸、麦秸、玉米秸、草高固体高木素原料>20树枝、锯末表7-2沼气发酵原料的类型2023/6/1630图7-6南阳酒精厂沼气工程工艺流程框图7.4.2.2生物质气化技术燃烧过程：充足的氧气、充分燃烧、直接获取热量、产物——二氧化碳和水蒸气等不可再燃烧的烟气气化过程：所需的氧气、能量保留在得到的可燃气体中、产物——含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体2023/6/16317.4.2生物质能源化利用的途径7.4.2.2生物质气化技术生物质气化过程干燥过程

：

加热析出水分热解反应

：250⁰C、得到小分子气体和焦炭燃烧反应：

氧气不足、焦炭发生部分氧化反应，为热解和还原反应提供能量还原反应：生成H2、CO和CH4等可燃气体2023/6/16327.4.2.2生物质气化技术气化器是生物质气化工艺中最核心的设备。2023/6/16337.4.2生物质能源化利用的途径固定床气化器流化床气化器气流床气化器7.4.2.2生物质气化技术燃气温度显著下降前先脱除灰烬，然后逐步脱除焦油。2023/6/16347.4.2生物质能源化利用的途径提高燃料品位！2023/6/1635案例：生物质气化集中供气背景大连市金州区钓鱼台村，位于普兰店湾沿岸、沈太高速公路旁。居民：2386人耕地：254.2hm2山林：245.7hm2，每年树木正常修剪的枝条几百吨农村能源办公室：以钓鱼台村丰富的山林砍伐枝条、果树枝条和农作物秸秆为原料生产燃气，兴建生物质气化集中供气工程。2023/6/1636案例：生物质气化集中供气原料来源及需要量工程规模：向500户居民提供炊事用气。原料种类：山林废弃物300t，果树剪枝150t，玉米秸秆100t，年需要原料550t。原料要求：

经自然风干后，树枝含水量小于25％；秸秆含水量小于15％。树枝和秸秆长度为40-60mm。2023/6/1637案例：生物质气化集中供气类别项目万元类别项目万元气源厂气化及净化设备20管网及入户地沟工程3

厂区土建费8

管线安装4

设备安装费3

户内设施（500户）15

原料预处理设备1

小计38

储气柜52其他设计调试费4

水电配套1

不可预见费1

小计85

小计5管网及入户管材13合计

128

管网防腐3

表7-3500户气化供气系统投资预算7.4.2.3生物质气化发电技术气化发电工艺生物质气化气体净化：除灰分、焦炭和焦油等燃气发电：燃气轮机/发电机机组或燃气内燃机/发电机机组进行发电2023/6/16387.4.2生物质能源化利用的途径7.4.2.3生物质气化发电技术气化发电工艺特点技术有充分的灵活性较好的环保性：有效减少CO2、SO2、NOx的排放经济性2023/6/16397.4.2生物质能源化利用的途径案例：800kW稻壳气化发电2023/6/1640

图7-7800kW稻壳气化发电系统布置案例：800kW稻壳气化发电2023/6/1641图7-8800kW稻壳气化发电厂燃气发生和净化系统图7-9200kW×4低热值燃气发电机组案例：800kW稻壳气化发电2023/6/1642图7-10焦油废水处理流程案例：800kW稻壳气化发电2023/6/1643注：负荷变化对燃气的热值影响甚微。即不同负荷条件下，只要气化温度相同，燃气热值就相同。氢气含量超过14%，机组就会容易出现“爆燃”情况。案例：800kW稻壳气化发电2023/6/1644气化温度/ºC气体成分/%气体热值/(kJ/m3)H2O2N2CH4COCO2C2H4C2H6C2H26975.3680.0247.3255.78820.61715.521.2690.3920.0726407.827266.2230.147.7925.53619.50415.6371.1890.3380.0676177.027516.480.248.6635.36818.25115.9641.0470.2530.0395817.017807.2560.1549.554.95617.26116.2091.0820.2020.0725639.487997.460.59550.5754.79316.53416.0751.1690.150.0945549.30表7-3不同温度下的典型燃气成分和热值（空气25⁰C，加料量1400kg/h）

7.4.2.4生物质成型燃料技术2023/6/16457.4.2生物质能源化利用的途径——将各类松散的生物质原料通过干燥、粉碎、压缩等工序加工成为密度较大的有一定固定形状的成型燃料，成型后的生物质具有形状完整，便于运输、储存和燃烧利用。7.4.2.4生物质成型燃料技术2023/6/16467.4.2生物质能源化利用的途径影响因素粒度密度：木材>玉米秸秆>小麦秸秆含水率：小则不均匀，大则层间不紧化学成分：三素案例：生物质成型燃料示范生产线2023/6/1647背景厂位于河南省新乡市原阳县大宾乡梁山村，该县主产水稻、小麦，粮食产量和生物质资源稳定，生物质在40万吨以上，农业生产设施全，机械化程度高，剩余劳动力充足，交通便利。案例：生物质成型燃料示范生产线2023/6/1648图7-12示范点工艺路线案例：生物质成型燃料示范生产线2023/6/1649干燥后——物料含水率15%左右，不均匀度小于3%，粉碎后——粒径3-6mm冷态压缩后密度——0.9-1.3g/cm3、颗粒燃料年生产能力——10000t7.4.2.5生物质燃料乙醇技术2023/6/16507.4.2生物质能源化利用的途径开发纤维素原料生产燃料乙醇的意义（a）能源安全保证性：生物质分布均匀、广泛（b）不与民争粮，与农争地（c）生产木质纤维素原料的投入较低（d）净温室气体排放较少，对环境影响小（e）可为农村地区提供就业机会7.4.2.5生物质燃料乙醇技术2023/6/16517.4.2生物质能源化利用的途径技术瓶颈问题预处理复杂五碳糖乙醇转化率低纤维素酶稳定性差酶生产成本高等7.4.2.5生物质燃料乙醇技术2023/6/16527.4.2生物质能源化利用的途径木质纤维素类生物质生产燃料乙醇的方法原料中的纤维素和半纤维素水解为单糖单糖发酵成乙醇7.4.2.5生物质燃料乙醇技术2023/6/16537.4.2生物质能源化利用的途径预处理：脱胶水解：糖类物质

酶水解、浓酸水解、稀酸水解发酵：燃料乙醇2023/6/162023/6/16案例：利用玉米秸秆生产燃料酒精2023/6/1656关键性技术蒸汽爆碎预处理技术酶水解技术无机膜浓缩技术休哈塔酵母六碳糖和五碳糖同时酒精发酵技术案例：利用玉米秸秆生产燃料酒精2023/6/1657主要生产设施汽爆器、木霉纤维素生产机组酶解机组压滤机组离心分离机组膜分离机组蒸馏塔（四塔）水电汽公用工程、仪器仪表系统、化验室系统及相应土建工程。2023/6/1658玉米秸秆预处理过滤固体滤液酶水解浓缩体发酵体分离体木质素蒸馏体焚烧体脱水体燃料酒精脱色过滤浓缩结晶木糖图7-13玉米秸秆制乙醇工艺流程图7.4.2.6生物柴油技术2023/6/16597.4.2生物质能源化利用的途径生物柴油——以各类动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过酯交换反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。607.4.2.6生物柴油技术2023/6/16617.4.2生物质能源化利用的途径生物柴油原料的主要评价指标密度热值运动黏度十六烷值闪点等案例：以木本油科植物为原料连续工艺制取生物柴油2023/6/1662工艺流程酯交换反应与甲醇回收水洗和生物柴油（FAME）的精制中和与甘油精制废物处理2023/6/1663图7-14以植物油脂为原料碱催化制备生物柴油工艺流程64Biomassconversionintobiofuels①生物质压缩成型技术②③⑤⑦生物质气化发电生物油植物油技术—

生物柴油④生物丁醇技术⑥65①生物质压缩成型技术——生物质直接燃烧技术之一66①生物质压缩成型技术67Nationalleadershaveshowngreatinterest.②

沼气技术biogas图片来源：Dr.BillA.Stout,P.E.，TexasA&MUniversity,USA68JuicefermentationSweetsorghumSqueezeforjuiceImmobilizedyeastStalkjuiceFermentationImmobilization③燃料酒精技术69SolidfermentationRubbingandcrushing

CrushedstalkSolidfermentation70Nonfood-basedbiofuelCassavaSweetsorghumCelluloseAlcoholProductionfromCelluloseinShanghai,ECUT—稀酸水解工艺APilotResearchSystem,600tonofalcoholperyearCellulose-basedEthanol72Small-scaleBiomasspower1MWbiomassgasificationandpowersystemforricehullsBiomassboiler锅炉⑤生物质气化发电73Bio-oilfromstalkbyfastpyrolysis(NationalNaturalScienceFoundationofChina,CoordinatedbyProf.LiuRonghou,BiomassEnergyLab.SJTU)⑥生物质热解液体产物—生物油74⑦生物柴油Biodiesel各种植物油脂，诸如大豆油（黄豆油）、玉米油、葵花油、米糠油、光皮树油和棕榈油等，或动物油脂均可作为其原料，配合醇类（甲醇、乙醇）经交酯化反应（Transesterification