生物质能源利用简介(课件)

1.2 生物质能的转化利用技术
燃烧 热量或者电力 气化 热化学法 热解 直接液化 生物质燃气 木炭或生物原油 液化油
生物质资源
生物化学法
水解、发酵 水解、 沼气技术 间接液化 酯化
乙醇 沼气 甲醇、醚 甲醇、 生物柴油 成型燃料
化学法
物理化学法
压缩成型
2 生物质固硫型煤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术
2.1 生物质固硫型煤生产工艺
2）生物质热解的原理 ） 包括分子键断裂，异构化和小分子聚合等反应。 包括分子键断裂，异构化和小分子聚合等反应。 3）影响生物质热解的因素 ） a.热解的最终温度：木炭产量随温度升高逐渐降低 热解的最终温度： 热解的最终温度 木醋酸组成在270-400 0C变化较大，〉4000C变化 变化较大， 木醋酸组成在 变化较大 变化 不显著。 不显著。 b. 升温速率：加热速率加快，木炭产量下降，焦油产量增加，最大可 升温速率：加热速率加快，木炭产量下降，焦油产量增加， 达80%的生物原油产率 的生物原油产率 c. 压力：在1.33Pa的真空下热解，不释放热量，3.15MPa热解，放大 压力： 的真空下热解， 热解， 的真空下热解 不释放热量， 热解 量的热。 量的热。 d. 含水率：含水率过高，热解所需时间较长。较干的木材热解会放热 含水率：含水率过高，热解所需时间较长。 较快，降低木炭产量 较快， e. 木炭的形态：沿纤维方向的热导率比纤维垂直方向的热导率大。 木炭的形态：沿纤维方向的热导率比纤维垂直方向的热导率大。 f. 反应的气氛：采用过热蒸汽处理，可得到酸率 。 反应的气氛：采用过热蒸汽处理，可得到酸率8%。
燃气热值(kJ / m 3 ) × 气体产率（m3 / kg） 气化效率（%） = × 100% 生物质发热量（kJ / kg）
4 生物质气化技术
4.3 气化的分类 无气化剂 生物质气化 有气化剂 干馏气化 空气气化 氧气气化 水蒸气气化 水蒸气-空气气化 水蒸气 空气气化 氢气气化
4.4 气化的设备 固定床气化炉 生物质气化炉 流化床气化炉 鼓泡床气化炉 循环流化床气化炉 双床气化炉 携带床气化炉 下吸式气化炉（逆流式气化炉） 下吸式气化炉（逆流式气化炉） 上吸式气化炉（顺流式气化炉） 上吸式气化炉（顺流式气化炉） 横吸式气化炉
5 生物燃料
5.1 概述 1）定义 ） 生物燃料：以生物质为原料生产的液体燃料，如生物柴油、乙醇和二甲醚等。 生物燃料：以生物质为原料生产的液体燃料，如生物柴油、乙醇和二甲醚等。 2）生物燃料的优势 ） a. 可持续发展 b. 减少温室气体排放 c. 促进区域经济发展 d. 能源安全 5.2 生物柴油 1）生物柴油 ） 以植物油（油菜、向日葵、大豆、棕榈油等）为原料， 以植物油（油菜、向日葵、大豆、棕榈油等）为原料，通过化学方法获 得的一种生物燃料。 得的一种生物燃料。 2）化学法生产生物柴油 ）
4.1 气化的基本原理 1）氧化层 ） 生物质 C+O2—CO2 2C+O2--2CO 2CO+O2--2CO2 干燥层 水蒸气 2H2+O2—2H2O 200-300 0C 2）还原层 ） 气体（ 气体（CO,H2,CH4,CO2） 热解层 C+H2O—CO+H2 等，液体和木炭 300-800 0C C+CO2—2CO 氧化层 气化剂 C+2H2—CH4 CO2 800-1200 0C 4.2 气化过程的指标 还原层 1）气体产率 ） CO，H2 700-900 0C ， 3/kg 单位质量生物质气化所得的燃气体积， 单位质量生物质气化所得的燃气体积，m 2）气化强度 ） 气化炉中每单位截面积每小时气化生物质质量[kg/m2.h] 气化炉中每单位截面积每小时气化生物质质量 3）气化效率，又称冷气体效率 ）气化效率， 单位质量生物质气化所得到的燃气在完全燃烧时所放出的热量与气化使用的生 物质发热量之比，是衡量气化过程的主要指标。 物质发热量之比，是衡量气化过程的主要指标。
3.4 生物质快速热解技术 1）生物质快速热解 ） 生物质在缺氧的状态下，在极短的时间（ 生物质在缺氧的状态下，在极短的时间（0.5-5s）加热到 ）加热到500-540 0C， ， 然后其产物迅速冷凝的热解过程。 然后其产物迅速冷凝的热解过程。 2）快速热解工艺 ）
生物质 干燥所需热量 生物质燃气
工艺： 工艺： 1）一步法催化加氢液化技术 ） 由德国开发，连续液化（由反应器、热分离器和冷却器组成）， 由德国开发，连续液化（由反应器、热分离器和冷却器组成）， 生物质颗粒与催化剂和循环油混合，反应在20MPa氢分压和 氢分压和380 0C下 生物质颗粒与催化剂和循环油混合，反应在 氢分压和 下 进行约15 进行约 min，进入气相的液体产品在热分离器中快速蒸馏，塔底重 ，进入气相的液体产品在热分离器中快速蒸馏， 油用作循环油，其余液体产物冷却到室温后得到沸程60-360 0C的油 油用作循环油，其余液体产物冷却到室温后得到沸程 的油 其中99%为正己烷可溶物。 为正己烷可溶物。 品，其中 为正己烷可溶物 2）水中液化 ） 日本开发，间歇反应器， 为载气， 日本开发，间歇反应器，以He为载气，反应温度为 为载气 反应温度为250-400 0C， ， 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为50%（采用发酵残渣为原料）。 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为 （采用发酵残渣为原料）。 Na2CO3+H2+2CO----2HCOONa+CO2 2C6H10O5+2HCOONa---2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO3 3）煤与生物质共同液化 ） 可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物， 可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物质与煤 相互作用机理不明。 相互作用机理不明。 液化油的性质： 液化油的性质： 高黏度、 高黏度、高沸点的酸性物质
原料煤 干燥 固硫剂 生物质 干燥
粉碎
粉碎
储存
储存
储存
计量
计量
计量
混合
成型
筛分
生物质型煤
2.2 生物质固硫型煤燃烧特性 1）点火性能 ） 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧， 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧，使型 煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩， 煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩，使型煤产生 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 2）燃烧机理 ） 静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 3）固硫特性 ） 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用， 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫 颗粒内部不易发生烧结， 剂CaO颗粒内部不易发生烧结，可使空袭率增加，增大 2和O2 颗粒内部不易发生烧结 可使空袭率增加，增大SO 颗粒内的扩散作用， 向CaO颗粒内的扩散作用，提高钙的利用率。 颗粒内的扩散作用 提高钙的利用率。 可在较低的Ca/S下，使固硫率达到 以上。 可在较低的 下 使固硫率达到50%以上。 以上
干燥
冷 除 尘
粉碎 热解 生物原油 热解所需 热量 质 气
凝 器
器
3.5 生物原油的燃料特性及应用 1）相对密度 ） 液体燃料在20 下的密度与 下的密度与4 水的密度之比 生物燃油为1.2， 水的密度之比， 液体燃料在 0C下的密度与 0C水的密度之比，生物燃油为 ，柴 油为0.85，热值相当于 相同质量的燃油。 油为 ，热值相当于40%相同质量的燃油。 相同质量的燃油 2）热稳定性 ） 加热到100 0C以上时，会析出占原有质量 以上时， 的木炭。 加热到 以上时 会析出占原有质量50%的木炭。 的木炭 因此需要加氢裂解或水蒸气裂解 3）应用 ） 替代燃油在固定场所应用 提取化工原料 生物质直接液化技术 3.6 生物质直接液化技术 生物质在高压下，直接与氢气发生反应，转化为液体燃料的热化学反应过程。 生物质在高压下，直接与氢气发生反应，转化为液体燃料的热化学反应过程。 一般需使用催化剂。 一般需使用催化剂。 热化学过程 热解 液化 热解与液化的区别 压力/MPa 催化剂 压力 不需要 需要 0.1-0.5 5-20 主要产物 生物原油 液化油
3 生物质热解与直接液化技术
3.1 生物质热化学转换
热化学转化技术
燃烧
气化
热解
直接液化
热量
生物质燃气
木炭
生物油
3.2 生物质热解技术 烧炭：少量空气进行热分解制取木炭的方法。 烧炭：少量空气进行热分解制取木炭的方法。 干馏（低温干馏500-580 0C，中温干馏 干馏（低温干馏 ，中温干馏660-750 0C，高温干馏 ，高温干馏900-1100 0C）：隔绝空气的环境加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木 ）：隔绝空气的环境加热 ）：隔绝空气的环境加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、 炭等产品。 炭等产品。 快速热解：在缺氧的情况下快速加热， 快速热解：在缺氧的情况下快速加热，然后迅速将其冷却为液态生物原 油的热解方法。尽可能获得更多的液体产物。 油的热解方法。尽可能获得更多的液体产物。 3.3 生物质热解过程与原理 1）生物质热解过程和产物 ） 过程-a. 干燥阶段： 过程 干燥阶段：120-150 0C，水分蒸发。 ，水分蒸发。 b. 预炭化阶段：150-275 0C，木材化学组成发生变化，不稳定组分分解 预炭化阶段： ，木材化学组成发生变化， 和少量醋酸。 为CO2、CO和少量醋酸。 和少量醋酸 c. 炭化阶段：275-450 0C，木材急剧热分解，产生大量产物，发出大量 炭化阶段： ，木材急剧热分解，产生大量产物， 的反应热。 的反应热。 d. 煅烧阶段：450-500 0C，进行木炭的煅烧，排除残留在木炭中的挥发 煅烧阶段： ，进行木炭的煅烧， 物质，提高木炭中固定碳含量。 物质，提高木炭中固定碳含量。 产物--固体 固体： 产物 固体：木炭 液体：粗木醋酸，包括200种以上有机物，酸类、醇类、醛类、酯类、 种以上有机物， 液体：粗木醋酸，包括 种以上有机物 酸类、醇类、醛类、酯类、 酚类、芳香化合物、杂环化合物及胺类等。 酚类、芳香化合物、杂环化合物及胺类等。 气体： 气体：CO2、CO、CH4、C2H4 和H2 、
4.5 生物质燃气净化 水洗：除尘、除焦、 水洗：除尘、除焦、冷却三种功能 过滤：除尘、 过滤：除尘、除焦 静电除焦：效率可达90% 静电除焦：效率可达 催化裂化：将焦油裂解成小分子气体。 催化裂化：将焦油裂解成小分子气体。 4.6 生物质燃气的主要用途 1）提供热量 ） 直接燃烧，燃料适应性广。 直接燃烧，燃料适应性广。 2）气化发电 ） 3）化工原料 ） 制造甲醇 二甲醚 合成氨等。 合成氨等。
生物质能源应用简介
李先豪 2011年11月16日 2011年11月16日
内容提要
1 生物质能 2 生物质固硫型煤技术 3 生物质热解与直接液化技术 4 生物质气化技术 5 生物燃料 6 生物质能开发利用技术展望
1 生物质能
1.1 生物质与生物质能
生物质的广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、 生物质的广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、 微生物为食物的动物及其生产的废弃物。 微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农 作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。 作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。 生物质的狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、 生物质的狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、 果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、 ）、农产品加 果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加 工业下脚料、 工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃 物等物质。 物等物质。 生物质的特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。 生物质的特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。 生物质能： 生物质能：生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种 能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。 能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。地球上的植物进 行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的0.2%， 行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的 ， 这个比例虽不大，但绝对值很惊人： 这个比例虽不大，但绝对值很惊人：光合作用消费的能量是目前 人类能源消费总量的40倍 人类能源消费总量的 倍。