1-生物质、生物质能
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生物质能 利用原理与技术
适用范围：能源类 课程学时：32时 课程性质：选修
生物质能利用原理与技术
主要参考书
《生物质能利用原理与技术》
袁振宏，吴创之，马隆龙 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社
《生物质和生物能源手册》
史仲平，华兆哲译
《生物质能学》
程备久
12:16:21
33
生物质能利用原理与技术
12:16:21
34
生物质能利用原理与技术
12:16:21
35
生物质能利用原理与技术
12:16:21
36
生物质能利用原理与技术
能源危机
无论是煤炭、石油还是天然气，作为不可 再生的天然的化石能源，其资源总量是有限的。 据测算，以目前的开采速率，这三种天然一次 能源的供应，石油还能维持约40年，天然气 (常规)约65年，煤炭250～300年。
3.6 生物质发电和热电联产
3.7 混合燃烧技术 3.8 生物质燃烧环境影响评价
12:16:21
6
生物质能利用原理与技术
厌氧过程与沼气技术
4.1 厌氧过程基本原理
4.1.1 沼气的理化性质 4.1.2 沼气发酵的主要反应历程 4.1.3 沼气发酵的工艺条件
4.2 小型沼气池
12:16:21
12:16:21
22
生物质能利用原理与技术
生物质定义
一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而 形成的有机物质 CO2+H2O（光） →（CH2O）+O2 光合作用 生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器
12:16:21
23
生物质能利用原理与技术
12:16:21
24
生物质能利用原理与技术
12:16:21
5.6 生物质热裂解技术
5.6.1 热裂解反应机理
5.6.2 影响热解过程及产物组成的因素
5.6.3 热裂解技术国内外研究现状
12:16:21
13
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.1 乙醇发酵
6.1.1 乙醇的理化性质
6.1.2 乙醇发酵的原理与条件
6.1.3 乙醇生产的主要方法
薪柴 秸秆 油品
12:16:21 39
生物质能利用原理与技术
水解 气化
糖，木炭素
发酵，化学处理
乙醇，C2H5OH 甲醇，混合气， CO.H2.CH4
甲烷，中热值气
提纯
太阳 能
生物 质能
热解 干馏 厌氧 燃烧 多碳链 化学处理
裂解物，焦油
催化，热解
汽油
柴油 (CH3CH2)xCH 生物气 CH4
生物酸
6.1.4 乙醇发酵的工艺
12:16:21
14
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.2 淀粉、糖类质原料的乙醇生产 6.3 纤维素原料的乙醇生产 6.4 燃料乙醇的生产与应用
6.4.1 作为内燃机代用燃料 6.4.2 生产经济性分析 6.4.3 燃料乙醇商业化发展的前景
12:16:21
25
生物质能利用原理与技术
根据植物生物学分类
林业生物质 陆生生物质 农业生物质 废弃物 生物质
生物质-资源
水生生物质
光合成生物质
12:16:21
26
生物质能利用原理与技术
12:16:21
27
生物质能利用原理与技术
1.2
生物质能源
固态 液态 气态
生物质能
从生物质获得的能量
太阳能以化学能的形式蕴藏在生物质中的一种 能 量形式，直接或间接地来源于植物的光合作用， 是以生物质为载体的能量
12:16:21
47
生物质能利用原理与技术
德国
欧盟最大生物柴油生产国
生物柴油在德国得到迅猛发展，主要原因是立 法支持，植物油原料低廉而石油燃料价格昂贵
沼气产业的发展处于国际领先水平
12:16:21
48
生物质能利用原理与技术
12:16:21
49
生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
日本
尽管生物质能资源匮乏，但在生物质利用技 术方面所取得的专利已占世界的52％ 2004年4月，东京地区动工兴建了日本国 内最大的生鲜垃圾发电厂
美国
美国是目前世界上第一大能源生产国和消费 国，早在1991年美国能源部就启动生物质 发电计划，远景至2018年使生物质发电具 有成本优势 纽约斯塔藤垃圾处理站 STM- 美国通用 生物质能发电系统
12:16:21
43
生物质能利用原理与技术
12:16:21
44
生物质能利用原理与技术
美国是世界上开发利用生物质能技术最早的国家之一 2000年，美国国会提出到2020年生物质能在美国经 济中所起的作用：占交通运输燃料来源的10%,占电 力和热能供应的5％，占化工和材料制造的18%。目 前，生物质能已经成为美国最大的可再生能源供应来 源。 美国在开发利用生物质能方面处于世界领先地位
1.3 国内外生物质能应用现状
世界范围内对开发利用生物质能的兴趣 不断增加，主要原因在于：
政治利益，如减少对石油进口的依赖 创造就业机会，生物质燃料产生的岗位超过 煤和石油的20倍 环境效益，包括气体减排、减少酸雨和改良 土壤 增值潜力大
42
12:16:21
生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
《生物质燃烧与混合燃烧技术手册》
田宜水，姚向君译
《生物质能循环经济技术》
肖波，周英彪，李建芬
12:16:21
2
生物质能利用原理与技术
主要内容
12:16:21
生物质能资源与能源植物 生物质燃烧技术 厌氧过程与沼气技术 生物质热化学转化技术 生物质能源转换技术 生物质能的循环经济技术 前景展望及课程总结
7
生物质能利用原理与技术
厌氧过程与沼气技术
4.3 大中型沼气技术
4.3.1 大中型沼气池工程现状 4.3.2 消化器的设计 4.3.3 大中型沼气工程设计 4.3.4 大中型沼气工程的启动 4.3.5 大中型沼气工程的运行管理与维护
12:16:21
8
生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
作业 课程论文 1篇 5%
文献翻译 1篇 5% 考试方式 闭卷 80%
12:16:21
21
生物质能利用原理与技术
第一章 总论
1.1 生物质的定义与分类 生物质：biomass=bio+mass
生物量（生物现存量） “作为能源的生物资源” “蓄有太阳能的各种生物体” “用质量或能量表示的生物体的量” “一定累积量的动植物资源和来源于动 植物的废弃物的总成（但不包括化石能 源） ”
16
12:16:21
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.7 生物柴油
6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5
生物柴油的概念 生物柴油的发展历史 生物柴油的理化指标及测定方法 植物油 酯化原理
12:16:21
17
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.8 生物柴油的生产原理与主要工艺
厌氧消化
处理
生物能转化的技术路线
12:16:21
40
生物质能利用原理与技术
生物质能利用技术
1．直接燃烧技术 压缩成型燃料、生物质发电、热电联产
2．生物转换技术 厌氧过程、沼气技术
3．热化学转换技术 气化、热裂解技术 4．能源转换技术 乙醇、氢气、生物柴油
41
12:16:21
生物质能利用原理与技术
6.8.1 生物柴油的制备方法
6.8.2 生物柴油的生产工艺
6.8.3 影响转酯反应的主要因素
6.9 生物柴油的发展方向及在我国能源
结构中的地位
12:16:21
18
生物质能利用原理与技术
生物质能的循环经济技术
7.1 循环经济的概念及特征 7.2 生物质能中的碳循环 7.3 生物质能循环经济的战略意义 7.4 生物质能循环经济模式
3
生物质能利用原理与技术
生物质能资源与能源植物
2.1 生物质的组成 2.2 生物质能资源
2.2.1 木质类生物质 2.2.2 草本类生物质 2.2.3 淀粉、糖类生物质 2.2.4 油类生物质 2.2.5 废弃物
2.3 生物质能资源量的推算 2.4 能源植物
4
12:16:21
15
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.5 厌氧型发酵生产氢气
6.5.1 厌氧型发酵生产氢气的原理与特征 6.5.2 生产装置和应用 6.5.3 日本各大学研究结果介绍 6.5.4 能量效率分析
6.6 光合成生产氢气
6.6.1 利用光合成细菌生产氢气的原理与生物酶 6.6.2 光生物反应器 6.6.3能量效率分析
12:16:21
45
生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
巴西
阿联邦大学以氢氧化钠为催化剂，对蓖麻油 进行脂基转换，研制出生物柴油 世界上规模最大的乙醇开发计划 薪炭林发电
12:16:21
46
生物质能利用原理与技术
巴西的酒精能源计划
为减少石油对环境的污染，巴西政府大力扶持 生态能源开发。以甘蔗为原料生产酒精，将使 用的所有汽油都添加20％到25％的酒精，这 减少了石油的消耗和污染。同时由于甘蔗种植、 乙醇生产等劳动密集型行业的兴起和拓展，为 巴西提供了约100万个直接和50万个间接的就 业机会。
氨基酸
H2O, NH3, CH4, H2, N2
微生物
O2
CO2
蓝、绿藻
动物
C, H, O...
早期
12:16:21
目前
30
生物质能利用原理与技术
生物质能的特点
同化石燃料相比，生物质能具有的特点：
1. 2. 3. 4. 5. 6.
利用过程中具有二氧化碳零排放特性； 含硫、含氮都较低，灰分含量也少，是清洁能源； 资源分布广、产量大、转化方式多样； 单位质量热值较低； 分布比较分散，收集运输和预处理成本高 可再生性
5.1 生物质气化的概念 5.2 生物质气化原理
5.2.1气化过程的热量平衡 5.2.2气化过程的反应动力学 5.2.3 气化过程的影响参数
5.3 常见气化炉 5.4 燃气的净化
9
12:16:21
生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
5.5 生物质气化发电技术
7.4.1 生态农业 7.4.2 典型模式
12:16:21
19
生物质能利用原理与技术
本课程与其它课程的关系
教学过程中需要用到物理、化学、燃 烧学、传热学、锅炉原理等许多知识， 并涉及生态学和环境工程学的一些内容。
12:16:21
20
生物质能利用原理与技术
课程要求
出勤10% 3次不到不允许参加考试
5.3 常见气化炉 5.4 燃气的净化
11
12:16:21
生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
5.5 生物质气化发电技术
5.5.1 气化发电的特点
5.5.2 气化发电的关键技术
5.5.3 典型气化发电系统简介
12:16:21
12
生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
生物质能利用原理与技术
生物质燃烧技术
3.1 生物质燃烧原理
3.1.1生物质燃烧过程 3.1.2生物质燃料的物理化学特性
12:16:21
3.2 生物质燃料供应与预处理 3.3 生物质压缩成型工艺 3.4 民用生物质炉灶 3.5 工业燃烧技术
5
生物质能利用原理与技术
生物质燃烧技术
12:16:21
37
生物质能利用原理与技术
石油 40年
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天然气 50年
煤碳
240年
38
生物质能利用原理与技术
生物质能源
地位：
仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源； 据有关专家预测到2015年，采用新技术生产的 各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以 上。 原煤 （2000年） 我国生物质能源消费 水电
5.5.1 气化发电的特点
5.5.2 气化发电的关键技术
5.5.3 典型气化发电系统简介
12:16:21
10
生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
5.1 生物质气化的概念 5.2 生物质气化原理
5.2.1气化过程的热量平衡 5.2.2气化过程的反应动力学 5.2.3 气化过程的影响参数
生物质的优点： 燃烧容易、污染少、灰分较低 缺点：热值和热效率低、体积大而不易运输
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生物质能利用原理与技术
生物质能学
新兴学科
跨学科 跨部门 跨行业 包括环境科学 生态学 经济学 生物学 物 理学 化学 传热传质 社会科学等 多种技术产品相结合
12:16:21
32
生物质能利用原理与技术
12:16:21
28ห้องสมุดไป่ตู้
生物质能利用原理与技术
生物质能的特征：
可再生 renewable 可储存性 storable 巨大的储存量 abundant 碳平衡 carbon neutral
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生物质能利用原理与技术
自然生态的循环发展模式
太阳能
太阳能
植物
C, H, O... C, H, O...
适用范围：能源类 课程学时：32时 课程性质：选修
生物质能利用原理与技术
主要参考书
《生物质能利用原理与技术》
袁振宏，吴创之，马隆龙 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社
《生物质和生物能源手册》
史仲平，华兆哲译
《生物质能学》
程备久
12:16:21
33
生物质能利用原理与技术
12:16:21
34
生物质能利用原理与技术
12:16:21
35
生物质能利用原理与技术
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
能源危机
无论是煤炭、石油还是天然气，作为不可 再生的天然的化石能源，其资源总量是有限的。 据测算，以目前的开采速率，这三种天然一次 能源的供应，石油还能维持约40年，天然气 (常规)约65年，煤炭250～300年。
3.6 生物质发电和热电联产
3.7 混合燃烧技术 3.8 生物质燃烧环境影响评价
12:16:21
6
生物质能利用原理与技术
厌氧过程与沼气技术
4.1 厌氧过程基本原理
4.1.1 沼气的理化性质 4.1.2 沼气发酵的主要反应历程 4.1.3 沼气发酵的工艺条件
4.2 小型沼气池
12:16:21
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
生物质定义
一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而 形成的有机物质 CO2+H2O（光） →（CH2O）+O2 光合作用 生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器
12:16:21
23
生物质能利用原理与技术
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
12:16:21
5.6 生物质热裂解技术
5.6.1 热裂解反应机理
5.6.2 影响热解过程及产物组成的因素
5.6.3 热裂解技术国内外研究现状
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.1 乙醇发酵
6.1.1 乙醇的理化性质
6.1.2 乙醇发酵的原理与条件
6.1.3 乙醇生产的主要方法
薪柴 秸秆 油品
12:16:21 39
生物质能利用原理与技术
水解 气化
糖，木炭素
发酵，化学处理
乙醇，C2H5OH 甲醇，混合气， CO.H2.CH4
甲烷，中热值气
提纯
太阳 能
生物 质能
热解 干馏 厌氧 燃烧 多碳链 化学处理
裂解物，焦油
催化，热解
汽油
柴油 (CH3CH2)xCH 生物气 CH4
生物酸
6.1.4 乙醇发酵的工艺
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.2 淀粉、糖类质原料的乙醇生产 6.3 纤维素原料的乙醇生产 6.4 燃料乙醇的生产与应用
6.4.1 作为内燃机代用燃料 6.4.2 生产经济性分析 6.4.3 燃料乙醇商业化发展的前景
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
根据植物生物学分类
林业生物质 陆生生物质 农业生物质 废弃物 生物质
生物质-资源
水生生物质
光合成生物质
12:16:21
26
生物质能利用原理与技术
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
1.2
生物质能源
固态 液态 气态
生物质能
从生物质获得的能量
太阳能以化学能的形式蕴藏在生物质中的一种 能 量形式，直接或间接地来源于植物的光合作用， 是以生物质为载体的能量
12:16:21
47
生物质能利用原理与技术
德国
欧盟最大生物柴油生产国
生物柴油在德国得到迅猛发展，主要原因是立 法支持，植物油原料低廉而石油燃料价格昂贵
沼气产业的发展处于国际领先水平
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
日本
尽管生物质能资源匮乏，但在生物质利用技 术方面所取得的专利已占世界的52％ 2004年4月，东京地区动工兴建了日本国 内最大的生鲜垃圾发电厂
美国
美国是目前世界上第一大能源生产国和消费 国，早在1991年美国能源部就启动生物质 发电计划，远景至2018年使生物质发电具 有成本优势 纽约斯塔藤垃圾处理站 STM- 美国通用 生物质能发电系统
12:16:21
43
生物质能利用原理与技术
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
美国是世界上开发利用生物质能技术最早的国家之一 2000年，美国国会提出到2020年生物质能在美国经 济中所起的作用：占交通运输燃料来源的10%,占电 力和热能供应的5％，占化工和材料制造的18%。目 前，生物质能已经成为美国最大的可再生能源供应来 源。 美国在开发利用生物质能方面处于世界领先地位
1.3 国内外生物质能应用现状
世界范围内对开发利用生物质能的兴趣 不断增加，主要原因在于：
政治利益，如减少对石油进口的依赖 创造就业机会，生物质燃料产生的岗位超过 煤和石油的20倍 环境效益，包括气体减排、减少酸雨和改良 土壤 增值潜力大
42
12:16:21
生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
《生物质燃烧与混合燃烧技术手册》
田宜水，姚向君译
《生物质能循环经济技术》
肖波，周英彪，李建芬
12:16:21
2
生物质能利用原理与技术
主要内容
12:16:21
生物质能资源与能源植物 生物质燃烧技术 厌氧过程与沼气技术 生物质热化学转化技术 生物质能源转换技术 生物质能的循环经济技术 前景展望及课程总结
7
生物质能利用原理与技术
厌氧过程与沼气技术
4.3 大中型沼气技术
4.3.1 大中型沼气池工程现状 4.3.2 消化器的设计 4.3.3 大中型沼气工程设计 4.3.4 大中型沼气工程的启动 4.3.5 大中型沼气工程的运行管理与维护
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
作业 课程论文 1篇 5%
文献翻译 1篇 5% 考试方式 闭卷 80%
12:16:21
21
生物质能利用原理与技术
第一章 总论
1.1 生物质的定义与分类 生物质：biomass=bio+mass
生物量（生物现存量） “作为能源的生物资源” “蓄有太阳能的各种生物体” “用质量或能量表示的生物体的量” “一定累积量的动植物资源和来源于动 植物的废弃物的总成（但不包括化石能 源） ”
16
12:16:21
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.7 生物柴油
6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5
生物柴油的概念 生物柴油的发展历史 生物柴油的理化指标及测定方法 植物油 酯化原理
12:16:21
17
生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.8 生物柴油的生产原理与主要工艺
厌氧消化
处理
生物能转化的技术路线
12:16:21
40
生物质能利用原理与技术
生物质能利用技术
1．直接燃烧技术 压缩成型燃料、生物质发电、热电联产
2．生物转换技术 厌氧过程、沼气技术
3．热化学转换技术 气化、热裂解技术 4．能源转换技术 乙醇、氢气、生物柴油
41
12:16:21
生物质能利用原理与技术
6.8.1 生物柴油的制备方法
6.8.2 生物柴油的生产工艺
6.8.3 影响转酯反应的主要因素
6.9 生物柴油的发展方向及在我国能源
结构中的地位
12:16:21
18
生物质能利用原理与技术
生物质能的循环经济技术
7.1 循环经济的概念及特征 7.2 生物质能中的碳循环 7.3 生物质能循环经济的战略意义 7.4 生物质能循环经济模式
3
生物质能利用原理与技术
生物质能资源与能源植物
2.1 生物质的组成 2.2 生物质能资源
2.2.1 木质类生物质 2.2.2 草本类生物质 2.2.3 淀粉、糖类生物质 2.2.4 油类生物质 2.2.5 废弃物
2.3 生物质能资源量的推算 2.4 能源植物
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生物质能利用原理与技术
生物质能源转换技术
6.5 厌氧型发酵生产氢气
6.5.1 厌氧型发酵生产氢气的原理与特征 6.5.2 生产装置和应用 6.5.3 日本各大学研究结果介绍 6.5.4 能量效率分析
6.6 光合成生产氢气
6.6.1 利用光合成细菌生产氢气的原理与生物酶 6.6.2 光生物反应器 6.6.3能量效率分析
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
各国开发研究现状
巴西
阿联邦大学以氢氧化钠为催化剂，对蓖麻油 进行脂基转换，研制出生物柴油 世界上规模最大的乙醇开发计划 薪炭林发电
12:16:21
46
生物质能利用原理与技术
巴西的酒精能源计划
为减少石油对环境的污染，巴西政府大力扶持 生态能源开发。以甘蔗为原料生产酒精，将使 用的所有汽油都添加20％到25％的酒精，这 减少了石油的消耗和污染。同时由于甘蔗种植、 乙醇生产等劳动密集型行业的兴起和拓展，为 巴西提供了约100万个直接和50万个间接的就 业机会。
氨基酸
H2O, NH3, CH4, H2, N2
微生物
O2
CO2
蓝、绿藻
动物
C, H, O...
早期
12:16:21
目前
30
生物质能利用原理与技术
生物质能的特点
同化石燃料相比，生物质能具有的特点：
1. 2. 3. 4. 5. 6.
利用过程中具有二氧化碳零排放特性； 含硫、含氮都较低，灰分含量也少，是清洁能源； 资源分布广、产量大、转化方式多样； 单位质量热值较低； 分布比较分散，收集运输和预处理成本高 可再生性
5.1 生物质气化的概念 5.2 生物质气化原理
5.2.1气化过程的热量平衡 5.2.2气化过程的反应动力学 5.2.3 气化过程的影响参数
5.3 常见气化炉 5.4 燃气的净化
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生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
5.5 生物质气化发电技术
7.4.1 生态农业 7.4.2 典型模式
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
本课程与其它课程的关系
教学过程中需要用到物理、化学、燃 烧学、传热学、锅炉原理等许多知识， 并涉及生态学和环境工程学的一些内容。
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生物质能利用原理与技术
课程要求
出勤10% 3次不到不允许参加考试
5.3 常见气化炉 5.4 燃气的净化
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生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
5.5 生物质气化发电技术
5.5.1 气化发电的特点
5.5.2 气化发电的关键技术
5.5.3 典型气化发电系统简介
12:16:21
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生物质能利用原理与技术
生物质热化学转化技术
生物质能利用原理与技术
生物质燃烧技术
3.1 生物质燃烧原理
3.1.1生物质燃烧过程 3.1.2生物质燃料的物理化学特性
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3.2 生物质燃料供应与预处理 3.3 生物质压缩成型工艺 3.4 民用生物质炉灶 3.5 工业燃烧技术
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生物质能利用原理与技术
生物质燃烧技术
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生物质能利用原理与技术
石油 40年
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天然气 50年
煤碳
240年
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生物质能利用原理与技术
生物质能源
地位：
仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源； 据有关专家预测到2015年，采用新技术生产的 各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以 上。 原煤 （2000年） 我国生物质能源消费 水电
5.5.1 气化发电的特点
5.5.2 气化发电的关键技术
5.5.3 典型气化发电系统简介
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生物质热化学转化技术
5.1 生物质气化的概念 5.2 生物质气化原理
5.2.1气化过程的热量平衡 5.2.2气化过程的反应动力学 5.2.3 气化过程的影响参数
生物质的优点： 燃烧容易、污染少、灰分较低 缺点：热值和热效率低、体积大而不易运输
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生物质能学
新兴学科
跨学科 跨部门 跨行业 包括环境科学 生态学 经济学 生物学 物 理学 化学 传热传质 社会科学等 多种技术产品相结合
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生物质能利用原理与技术
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28ห้องสมุดไป่ตู้
生物质能利用原理与技术
生物质能的特征：
可再生 renewable 可储存性 storable 巨大的储存量 abundant 碳平衡 carbon neutral
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自然生态的循环发展模式
太阳能
太阳能
植物
C, H, O... C, H, O...