能源化工知识点

生物质能源第一节概述煤炭24%生物质15%石油34%水电6%天然气17%核能4%地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，利用率不到3%。1.1生物质和生物质能概念生物质：由光合作用而产生的各种有机体，包括所有动物、植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。是地球上存在最广泛的物质。生物质分类：原料化学性质分类:1.糖类（甘蔗、甜菜）2.淀粉类（土豆、玉米）3.纤维类（木材、农作物秸杆、杂草）等原料来源分类：1.农业废弃物（农作物秸杆）2.薪柴和柴草3.农业加工废弃物（木屑、谷壳等）人类粪便和生活垃圾4.工业废弃物、废水等5.能源植物农作物类：包括产生淀粉可发酵生产酒精的薯类、玉米、甜高梁等，产生糖类的甘蔗、甜菜、果实等。林作物类：包括白杨、悬铃木、赤杨等速生林种，芦苇等草木类及森林工业产生的废弃物。水生藻类：包括海洋生的马尾藻、巨藻、石莼、海带等；微藻类的螺旋藻、小球藻等.以及蓝藻、绿藻等。可以提炼石油的植物类：包括橡胶树、蓝珊瑚、核树、葡萄牙草等。农作物废弃物（如桔秆、谷壳）、林业废弃物（如枝叶、树皮、锯末等）、畜牧业废弃物（如骨头、皮毛等）及城市垃圾等。光合成微生物：如硫细菌、非硫细菌等。生物质能：蕴藏在生物质中的能量。是把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。它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。生物质能特点优点：1.低污染（含S,N低）2.普遍易取3.可储存运输4.可再生缺点：1.能量密度低2.重量轻、体积大，给运输带来难度3.风雨雪火等外界因素为保存带来不利条件生物质组成与结构生物质是有多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体。

生物质的物由组成HciuccIIiIr.-'w生物质能利用转化技术生物质利用二太阳能夏动的顾］氢'氧循邱.吨粉.平鲜犀奉，事g.，h舟森辞一ft*..平白EL《■,盅•.*2"直接燃烧和发电一有机物质+O—CO+HO+生物质的物由组成HciuccIIiIr.-'w生物质能利用转化技术生物质利用二太阳能夏动的顾］氢'氧循邱.吨粉.平鲜犀奉，事g.，h舟森辞一ft*..平白EL《■,盅•.*〔炉灶燃烧技术：农用炉灶10%~15^省柴灶30%I燃料种美己木柯炉、颗粒辟烧炉、新柴炉、桔杜伊•《例*尸舫傥坟不七〔燃烧方式】流化床锅炉、烷燃炉.生物材发电；72蜓木材、18咐钏:局圾、4沼气和1痢气卜直接燃烧一秸秆发电“叫05年.我国首个吊歼与媒粉混烧发电项目在枣庄十里良发由厂竣工投产：W进『丹麦BWE公曰的技术设备，对1合14力千M机组的羯炉燃烧器进行广祜秆混烧技术改造；2.2生物质气化——将生物质转化为CH4、CO、H2等可燃气体基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子的有机碳氢化合物裂解成较低分子量的高品位可燃气体。根据气化机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根据气化剂的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气气化及其这些气体的混合物的气化。根据采用的气化反应器的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化生物质的反应性气化

在气化过程中使用不同的气化剂，可以得到三种不同质量的气化产品气低热值(LowCV)：4~6MJ/Nm3使用空气中热值(MediumCV)12~18MJ/Nm3使用氧气或水蒸汽高热值(HighCV)40MJ/Nm3使用氢气生物质气化过程中焦油的生成当生物质被加热到250°C以上时，纤维素、木质素、半纤维素等成分发生热分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、气体等。焦油的成分十分复杂，大部分是苯的衍生物。温度为500°C时焦油的产量最高，随着温度的升高和停留时间的增加，焦油的含量会明显地减少。在600°C以上时，焦油以气体的形式存在于热解气中，在低温下则以液体的状态存在。生物质的空气气化*.焦油难以完全燃烧，容易产生碳黑等颗粒，对燃气利用设备等损害严重干燥国生物质的空气气化*.［固体燃料干嫌区［固体燃料干嫌区热解区.:快耳二:—空代幸**—亲忍一可燃代.空..气化反应展原理画「.热解区，，生成固体焦炭、气体挥发分、焦油、『木醋酸和热解水等.氧化E高温热解气体产物和焦炭与氧气发生‘，燃烧反应.还原区，氧化区所生成的高温气体与高温炭层发生非均相的还原反应，生成含有CO…kCH§、GnHn、CO了等□-生物质的空气气化，.干燥区,I固体燃料气化反应过程原理图,水分蒸发“I固体燃料气化反应过程原理图,热解区，生成固体焦炭、气体挥发分、焦油、■木醋酸和热解水等.氧化区•，高温热解气体产物和焦炭与氧气发生「燃烧反应.还原区氧化区所生成的高温气体与高温炭层发生非均相的还原反应，生成含有CO..H2vCH4vCmHn,00义等。.生物质气化过程中焦油的再裂解”［进料口改进型气化炉的结构示意图.AI通过改变炉内结构，使仙区理原愿的反应温度提高：增加硒慰的高度，从而增加了焦油在炉内所经过的高温区的停留时间，使焦油裂解充分，燃气热值提高，焦油含量降低0，CmHn+mH20>mCO+(m+n/NltbCmHn+mCO2->2mCO+n/2H2p［进料口改进型气化炉的结构示意图.＞煤气发牛炉的种类.下吸式固定床,上吸式.'平吸式'〃单流化床.＞煤气发牛炉的种类.下吸式固定床,上吸式.'平吸式'I双流化床.流化床“LI携带流化床.［循环流化床',基本I:作过程-致./据独选择炉型，/原料和气化剂不同,产物不I1巾固体粒子处壬壤紧拢态，颗粒静止不动的床层叫做固定床。固定床床层的压降随流体速度的增加而增加”『床层颗粒之间脱离接触，颗粒悬浮在流体中，往"方向运动的床层叫做流化床。床层高度和空廉率随流体流速增大而增大，但床层压降基本不随流速而变“.流体和固体颗粒同时进入反应器，它们互相接。触;:面迸行反应;一而颗粒移动；这种反应:床层叫做移动床。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.干燥层：燃料中水分蒸发，吸收热量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.干燥层：燃料中水分蒸发，吸收热量干慵层：燃料中挥发份析出，混入燃7中Q二CO.l408860J=ICO十2464耳7J-优点"1、结构简单；.2、工作稳定性好；*3、可随时开盖添料；.4、焦油在高温下被分解。缺点…上吸式煤气发生炉'优点…U热流与气流方向相同，引风机消耗功率低，启动容易；。2、可燃气将热量传递给热分解层和干燥层，用于物料的分解和干燥，同时降低其自身温度，大大提高热效率：.3、热分解层和王燥层对可燃气有过滤作用，因而含灰较少；,4、煤气中混有干f留出的挥发物，发热宣一般较高-“\t?缺点…1、添料不方便；-2、适用于含焦油较少的燃料；■3、不适于不易燃烧的燃料■•流化床与固定床比较运行过程中，固定床温度分布不均匀，固体在床内停留时间较长，气体停留时间短，压力降较低；流化床床温均匀，气固接触混合良好，气固停留时间都较短，压力降较高。固定床可在设计负荷的20-110%间变动，流化床中气流速度必须满足流化条件的需要，因此只能工作负荷在设计负荷的50-120%之间变化。固定床与流化床都有着各自的优缺点和一定的适用范围。从技术性能上看，前者结构简单，坚固耐用；后者结构较复杂，安装后不易移动，但占地面积小，启动快，容量比固定床容量大。启动时，固定床加热比较缓慢，需较长时间达到反应温度，流化床加热迅速，便于频繁起停。流化床对原料的要求较低。固定床的产物主要是低热值煤气，含有焦油、油脂等需要分离和净化处理的杂质。流化床产生的气体成分、热值稳定，焦油和氨的含量较低，但飞灰含量明显高于固化床燃气飞灰含量。流化床的投资成本要高于固化床，但运行成本低于固化床。生物质原料与煤原料比较生物质原料来源广泛，价廉易取。气化所用的原料主要是原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木屑、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等。-生物质挥发组分高(70~80%)，在较低的温度时大部分挥发份被释出(400C。),而煤在800C。时才释出30%的挥发组分；生物质炭反应活性高，在较低的温度下，以较快的速度与CO2及水蒸气进行气化反应；生物质炭灰分少(<3%),且不易粘结，简化了除灰设备。生物质炭含硫量低(<0.2%)，不必设气体脱硫装置，降低了成本，有利于环境保护。生物质的热解原理——生物质在基本无氧的环境中受热分解，生成固体炭、液体燃料和气体的过程干燥阶段在150°C左右，蒸出物料中的水分。预热解阶段在150-300OC左右，物料化学组成开始发生变化，不稳定成分（如半纤维素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物质。固体分解阶段在300-600OC左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液体和CO2、CO、CH4、H2等气体物质。此阶段放热。燃烧阶段C-H、C-O键进一步裂解，排出残留在木炭中的挥发分。生物质快速热解：隔绝空气快速加热，将原料直接裂解为粗油。工艺特点：物质原料的粒度非常小，快速加热；准确控温在500C。左右；热解产生的蒸汽迅速冷却以生产生物油产品2.3生物质液化乙醇汽油：在不添加含氧化合物的液体烃中加入一定量变性燃料乙醇后用作点燃式内燃机的燃料。生物质原油呈棕褐色，内含刺激性挥发分（如丙酮等），pH值约为2-4（弱酸性）；当温度较高时，其分子容易发生聚合反应，故不宜进行蒸馏处理。在一稳定的空气环境中，可燃性液体或固体表面产生的蒸气在试验火焰作用下被闪燃时的最低温度闪点就是可燃液体或固体能放出足量的蒸气并在所用容器内的液体或固体表面处与空气组成可燃混合物的最低温度。可燃液体的闪点随其浓度的变化而变化。闪点又叫闪燃点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度。实现生物质定向气化的措施提高气化反应温度气化反应温度是影响气化产物的一个最主要因素，温度越高，所产气体中的H2、CO和CO2越多CH4等碳氢气体越少。纯氧和水蒸气复合并用采用纯氧作为气化剂，在避免带入大量N2对生成气体稀释的同时，还可以有效地提高

气化反应区的温度，从而为加注适量水蒸气创造了条件。水蒸气既可以直接与炙热的炭反应生成H2和CO，又可以与碳氢化合物发生水蒸气变换反应，生成对合成甲醇有用的气体，从而减轻气体重整变换的工作量。延长反应物的滞留时间气化反应实际是由生物质的热解反应和热解产物的裂解反应所组成的，但无论是哪种反应，在一定条件下，反应物的滞留时间越长，反应就越充分，生成物也就越多。气体重整变换.气体重整变换工艺流程图」L-陶瓷过滤膜；气体重整变换.气体重整变换工艺流程图」L-陶瓷过滤膜；2-重整反应床；,3“旋风分离器；4-变换反应床；#5-冷却装置；6-■气相色谱仪。.＞气体重整,,学将气体中的碳氢化合物（如埒类气体和焦油等）催化裂解为有用气体，并除去硫化氢等其它有害气体。■4C>Hm+2iill.：n，I：'1M"*nCU+(m/24n»ll22.4生物燃料乙醇燃料乙醇与实用酒精有何区别？，燃料乙醇为何要控制水分？■乙醇汽油:在不添加含氧化合物的液体烃中加入一定量变性燃料乙醇乙醇