生物质节能技术

生物质能源利用技术,过程装备与控制工程胡振虎邮箱：2316420643,生物质能源简介生物质热化学转化技术生物质固化成型技术生物质生化转化技术生物质能源的利用我国的生物质能利用存在的问题,能源危机,能源是全人类生产和生活必需的基本物质保障，是一个国家经济和社会发展的重要基础，也是世界各国战略安全的重要组成部分。目前，地球上能源的供应主要依赖煤炭、石油和天然气等不可再生的化石能源，面对化石能源资源日益枯竭、环境污染日益严重以及全球气候变暖威胁增加的状况，世界各国都致力于研究开发生物质能源来替代或减缓不可再生能源的消耗，并力图减轻对环境造成的污染。我国是能源短缺的国家，又是能源消费大国，目前年能源消费总量已达到5.861019J，居世界第2位。随着我国经济的快速发展，在未来十几年内，我国能源生产必须实现巨大的增长才能支撑我国经济的可持续发展和人民生活水平的不断提高。然而，已查明的化石能源资源结构与我国未来能源生产的发展需求不相适应。预测到2020年，我国能源需求总量将达到8.79101910.551019J，能源供应问题日益突出，必将制约我国经济和社会的发展。因此，开发利用生物质能源对于调整我国的能源结构，保障能源安全，改变能源的生产和消费方式，促进社会、经济可持续发展和改善生态环境都具有十分重大的意义。,20世纪70年代，国际上第一次石油危机使发达国家和贫油国家重视油替代，开始大规模发展生物质能源。生物质能源是以农林等有机废弃物以及利用边际土地种植的能源植物为主要原料进行能源生产的一种新兴能源。,生物质能简介,生物质（biomass）概念：是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能的物质。形成：是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。是人类最重要的间接利用太阳能方式。特征：是贮存的太阳能，是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。同时是唯一的可储存和运输的可再生能源。,生物质是人类用火以来，最早直接应用的能源。地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨(干重），相当于目前每年总能耗的十倍。生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14，在发展中国家占40以上。,热化学转化技术,生物质直接燃烧技术生物质的直接燃烧是最普通的生物质能转换技术，所谓直接燃烧就是燃料中的可燃成分和氧化剂（一般为空气中的氧气）进行化合的化学反应过程，在反应过程中放出热量，并使燃烧产物的温度升高。其主要目的就是取得热量。,锅灶燃烧,生物质气化技术生物质气化是指生物质原料(薪柴、锯末、麦秸、稻草等)压制成型或经简单的破碎加工处理后，在欠氧条件下，送入气化炉中进行气化裂解，得到可燃气体并进行净化处理而获得产品气的过程。其原理是在一定的热力学条件下，借助于部分空气(或氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化为小分子碳氢化合物，获得含CO、H2和CH4的混合气体。生物质气化技术的一般工艺过程如下图所示，其主要有四大组成系统，分别为进料系统、气化反应器（气化炉）、气化气体净化系统和气化气体处理系统（如发电系统）。进料系统包括生物质进料、空气进料、水蒸气进料及其控制。气化气体净化系统主要是除去产出气体中的固体颗粒、可冷凝物及焦油，常用设备有旋风分离器、水浴清洗器及生物质过滤器。后处理系统主要是气化气进一步转化利用的装置，诸如发电、制取液体燃料等装置。,生物质气化过程,瑞典的TPS气化工艺流程图,生物质气化发电,生物质热裂解技术生物质热解是指在无氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可凝性液体和气体产物的过程。生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分的热解，国内外研究人员对三种组分的动力学研究已取得了一定的成绩，尤其是纤维素热解动力学研究已取得了比较完善的结论。,生物质热解及其特点生物质在无空气等无氧情况下发生不完全热降解生成炭、可冷凝液体和气体产物的过程。产物：炭、液体和气体生物质热解原理物理变化-热量传递化学变化-复杂的化学反应生物质热解工艺工艺流程：干燥粉碎热解产物炭和灰的分离气态生物油的冷却生物油的收集等。（1）原料干燥和粉碎；（2）热裂解；（3）焦炭和灰的分离；（4）液态生物油的收集。生物质热解产物：生物油（用作燃料油）；不可凝气体；灰等。,基本过程生物质热解液化是指生物质原料（通常需经过干燥和粉碎）在隔绝氧气或有少量氧气的条件下，通过高加热速率、短停留时间及适当的裂解温度使生物质裂解为焦炭和气体，气体分离出灰分后再经过冷凝可以收集到生物油的过程。在热解工艺过程中，原料干燥是为了减少原料中的水分被带到生物油中，一般要求原料的含水量低于10%。减小原料颗粒的尺寸，可以提高升温速率，不同的反应器对颗粒大小的要求也不同。热裂解过程必须严格控制温度（500600）、加热速率、热传递速率和停留时间，使生物质在短时间内快速热解为蒸气；对热解蒸气进行快速和彻底地分离，避免炭和灰份催化产生二次反应导致生物油的不稳定，并保证生物油的产率。除需要严格控制反应条件外，热解液化还要避免生物油中的重组分冷凝造成的堵塞。,生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分的热解，国内外研究人员对三种组分的动力学研究已取得了一定的成绩，尤其是纤维素热解动力学研究已取得了比较完善的结论。,一般反应器生物质快速热解液化技术的核心是反应器，它的类型和加热方式决定最终的产物分布。反应器按物质的受热方式可分为三类：机械接触式反应器、间接式反应器、混合式反应器。目前，针对第一类型和第三类型反应器开展的研究工作相对较多，这些反应器的成本较低且宜大型化，能在工业中投入使用。,美国可再生能源实验室研制的涡流反应器,生物质致密成型技术,生物质致密成型技术是指具有一定粒度的农林废弃物（锯屑、稻壳、树枝、秸秆等）干燥后在一定的压力作用下（加热或不加热），可连续挤压制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料的加工工艺，有些致密成型技术还需要加入一定的添加剂或黏结剂。一般生物质致密成型主要是利用木质素的胶黏作用。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%30%。当温度达到70100，木质素开始软化，并有一定的黏度。当达到200300时，呈熔融状，黏度变高。此时若施加一定的外力，可使它与纤维素紧密粘结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，成为成型燃料.,生物质原料经挤压成型后，体积缩小，密度可达1t/m3左右，含水率在20%以下，便于贮存和运输。成型燃料在燃烧过程中热值可达16000kJ/kg左右，并且“零排放”，即基本不排渣、无烟尘、无二氧化硫等有害气体，不污染环境，热性能优于木材，体积发热量与中质煤相当，可广泛用于民用炊事炉、取暖炉、生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉4，是易于进行商品化生产和销售的可再生能源。,生物致密型燃料,加热螺旋压缩成型,致密固化设备,生物质生化转化技术,生物质生化转化是依靠微生物或酶的作用，对生物质进行生物转化，生产出如乙醇、氢、甲烷等液体或者气体燃料的技术。主要针对农业生产和加工过程的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其他有机废弃物等。生物质生化转化技术主要包括厌氧消化制取沼气技术和特种酶技术催化制氢两大类应用技术。,厌氧消化制取沼气,酶技术催化制氢,沼气化技术,循环经济,有机污染物,沼气技术,肥料,沼气,户用沼气,生物质制氢氢能以其清洁,来源及用途广泛等优点成为最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氢是氢能发展的必然趋势。由于生物质制氢具有一系列独特的优点,它已成为发展氢经济颇具前景的研究领域之一。生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学方法制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等热化学法制氢,以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇的化学重整转化制氢等;另一类是利用生物转化途径转换制氢,包括直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池等技术。,生物质,物理法、化学法、生物法,低碳醇、酸，高碳醇,COX、H2,CO2、H2O,光合作用,水汽重整部分