能源环境-与-生物质能的应用-生物质气化ppt课件

生物质热解气化
气化的概念
气化:是指通过加热将固体或液体燃料转化为气体燃料 的热化学过程。
生物质气化:就是利用空气中的氧气或含氧物质作为气 化剂，将生物质中的碳转化生成可燃气体的过程。
生物质热解气化
按气化剂分类
不用气化剂
生物质气化
使用气化剂
热解
空气气化 氧气气化 氢气气化 水蒸气气化 复合式气化
生物质热解气化
各类生物质资源量
废弃物种类 农作物秸秆
年产资源量 亿吨
7.71
实物资源量 亿吨
4.71
可利用率 %
61
实物量折标煤 亿吨
2.38
已利用资源量 亿吨
0.08
林业剩余物
1.82
1.54
84
0.88
0.03
农产品加工废弃物
0.89
0.80
90
0.44
0.02
畜禽粪便量（规模化养殖场）
13.17
8.37
64
1995年左右，目前生物质热解制油 主流设备研已经普遍完成研发。之 后，随着试验规模的反应装置逐步 完善化，欧美示范性和商业化运行 的热裂解项目不断开发和建造。
2005年后，国外 科研机构开始加 大力度研发生物 油的深加工技术。
1980
1990
1995
2000
2005
2010
1990年左右，欧美一些国 家开始建设速热解示范性
主要参与项目
主持完成江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（褐煤直接热解特性实验研究，项目编号 CXZZ13_0431）
国家“十二五”科技支撑计划项目 以主要研究者参与江苏省环保厅重点课题（高湿污泥高温热解制取高氢燃气实验研究，项目
编号）
国家863计划项目（基于太阳能和生物质的热电冷联合供能系统，项目编号 2008AA05Z207），青海省科技支撑计划项目及江苏省工业支撑计划（BE2013127）
作用可以再生，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再 生的碳源；
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
可运输
风能
水能
太阳能
生物质能 海洋能
生物质能源特点
生物质
•各种速生的能源林、薪炭林、经济林、用材林、灌木林，木材及森林工业 废弃物； •农业废弃物,如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、蔗渣等； •水生植物； •油料植物； •城市和工业有机废弃物； •动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。
太阳能聚光生物质气化原理
利用太阳能聚光产生的高温驱动热化学反应（或循环）， 将太阳能和生物质的化学能进行改性和提质，转化为可大 规模储运的清洁化学能，或者一氧化碳和氢等基础化工原 料，同时实现太阳能的存储和化石燃料的清洁利用
生物质热解气化
生物质热解制油技术发展历程
20世纪80年代初，加拿大 Waterloo大学开始了以提高液体 产率为目标的循环流化床研究， 为现代快速、闪速裂解提供了 基础，被公认为本领域中最广 泛深入的研究成果。
汽油、柴油、重油、氢、激光
能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，象太阳能、风力、水 力、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等均可称为能源和清洁型能源。
能源现状
12.10%
28.40%
23.70%
世界
35.80%
6.20%
69.70%
中国
21.10% 3%
石油 天然气 煤炭 其它
化石燃料，储量有限，不可再生！
目录
1. 研究背景 2. 我国的能源、环境现状 3. 开发生物质能源 4. 生物质资源的特性 5. 生物质气化技术概况
研1. 究研背究景背景
中国可持续发展面临的五大能源挑战
温室气体排放量巨 大而且迅速增加
能源需求总量巨大 且快速增长，供应 能力日趋紧张
液体燃料短缺， 高度依赖进口， 能源安全堪忧
工厂或试验台。
2000年左右，中国各科 研机构纷纷开始对生物 质热解设备的研发。
近期，中国一些科研 机构也开始研发生物 油的深加工技术。
➢ 生物质液化技术在世界上还属于新技术，生产工艺上尚有很多问题有待解决和完善。
➢ 中国在生物油热解液化设备研究方面明显落后于国外，国内开发的反应器主要以接触式 和混合式为主，具有代表性的是流化床式反应器和旋转锥反应器。目前我国热解液化工艺 整体上尚有许多需要改进之处。
2010-2012年在江苏省现代低碳技术研究院实习，期间参与上海世博会低碳技术应用调研 （在世博园区调研30天），参与“2010上海世博会低碳技术研究报告”的编写。
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
0.053
0.048
90
0.05
-
-
503.22
-
0.04
0.27
0.011
0.01
90
0.01
-
生物质能源特点
生物质资源的特点
1) 可再生性 生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合
生物质气化技术研究
—汽车学院
2015年10月14日
个人简介
高豪杰，盐城工学院，汽车工程学院，能源与动 力工程系，讲师，博士；
2014年毕业于南京工业大学，机械与动力工程学 院，化工过程机械专业，硕博连读；
主要从事生物质热化学转化，新能源装备技术方 面的研究；发表相关论文6篇，已授权发明专利两 项。
Cyclone
: Bed hot
particle :anBdsiocmhaasrs
: grid
Advantages: simple design, good maturity.
Advantages: highest throughput, fuel flexible, tolerates moisture
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
常规环境污染严重
农村和小城镇急需 大量清洁、便利的 能源服务
研究背景
能源的特征及分类
按其形态特征或转换和利用的层次划分：
能源
可再生能源：水力
常规能源
一次能源
不可再生能源：煤炭、石油 天然气
可再生能源:太阳能、生物能、风能
新能源
地热能、海洋能
不可再生能源：核燃料
二次能源 电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽
Drawbacks: low calorific value gas Drawbacks: Complex operation. with a high tar and fines content.
中生物质热解气化 国
林 从事生物质研究开发的单位概况
业 科
学单位有40多家：清华大学、中国科技大学、浙 研究院江学大 、学华、 东中理国工科大学 学院 、、 上山 海东 理大 工学 大、 学山、东东理北工林大业 林大学、哈尔滨工业大学、东南大学、沈阳农业 产化大学、北京工业大学、南京工业大学、首都师 学范大学、山东、辽宁、河南等省的能源研究所 工业研、沼大科连所环、科上院海、沼农科业所部、农杭工州院沼、科农所机、院长、沙成新都技 究 术研究所、湖南省林科院、林化所等单位。
生物质热解气化
生物质能发展历史
✓ 1839年，世界上第一台上吸式生 物质气化炉问世
✓ 第二次世界大战期间：液体燃料缺 乏，揭开生物质能现代利用技术的 序幕
✓ 二战之后：石油供应状况好转，研 究开发工作暂时搁置
✓ 20世纪70年：受到石油危机的影 响，各种生物质能利用技术广泛开 发，并开始大规模工业应用。
和川崎重工等单位都致力于高湿生物质热解技术的开发，并取得了
良好的成绩；
德国鲁奇公司正在进行100MW生物质燃气联合循环(IGCC)的示
范工程，成功后将是一种高效的发电系统；
美国可再生能源实验室(NREL)和夏威夷大学也在进行IGCC的蔗渣
发电系统的研究；
荷兰特温特(Twente)大学进行流化床气化器和焦油催化裂解装置
1. 大幅提高能源利用效率，努力建设节约型社会，我们每个人 都应该主动增强危机意识、节约意识与环保意识，充分认识 到我国资源短缺危机，了解节能环保对国家及个人的真正意 义，真正树立起节能环保意识。
2. 积极利用国际资源，提高石油资源储备；
3. 大力开发利用可再生能源，实现能源资源利用的可持续发
展。相对于传统能源，可再生能源普遍具有污染少、储量大 的特点，对于解决当今世界 严重的环境污染问题和资源（特 别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。
Biomass gasification reactors
Fixed bed technology
Fluidized bed technology
Updraft gasifier DowndraftHale Waihona Puke Baidugasifier Bubbling fluidized bed
Circulating fluidized bed
化石能源输运过程中的环境问题
我国的环境现状
化石能源使用过程中的环境问题
化石燃料的燃烧造成的大气污染
我国的环境现状
化石能源使用过程中的环境问题
PM2.5超标及雾霾天气
特别专题
我国的环境现状
温室效应
1976年 8月25日
长江源 姜根迪如冰川对比
2010年 3月15日
我国的能源环境现状
我们应该怎样应对？
生物质能源特点
我国有丰富的生物质资源
发展生物燃料我国有丰富的资源基础
研究表明生物质的可利用资源量能源潜力折标煤4.24亿吨，相当于2010年全 国一次能源消费总量（30.8亿吨标煤）的大约1/7；
相关土地评估显示，我国现有边际性土地资源量1.6亿公顷，边际性土地种植 相应能源植物的产能潜力约为4.95亿吨标煤。
利用。
开发生物质能源
可再生能源分类
可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、 水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。
生物质能源是可再生能源领域唯一可以转化为液体和气体燃料的能 源。生物质能源储量较大，它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而 且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
全球石油探明储量可供生产40多年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年 我国石油探明储量可供生产15年、天然气仅可供生产30年、煤炭81年
——《BP世界能源统计2006》
我国的环境现状
化石能源开采过程中的环境问题
煤矿开采造成的地陷 露天开采形成巨大的人工坑
造成房屋塌陷 造成房屋塌陷
我国的环境现状
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
开发生物质能源
为什么要大力发展可再生能源
1. 化石能源不可再生，迟早要枯竭 2. 发展可再生经济可以开辟新的能源供应途径,有效增加能
源供应量, 有效降低环境污染，降低对化石燃料的依存度；
3. 可再生能源对环境生态不产生或很少产生污染，可以实
现较低的碳排放甚至是零碳排放；
4. 资源分布广泛，资源丰富，可循环利用，适宜就地开发
的研究，推出了近于实用的无焦油气化系统。
生物质热解气化
太阳能生物质气化技术
传统方法存在的问题： 1）耗能大，外部加热的方式耗化石燃料；内部加热的方法，消耗近40%
的生物质原料。2）需要高温高加热速率，耗能强度大 3）采用空气作为气化剂，产出燃气中含有大量氮气，稀释了可燃气，使
热值降低。
生物质热解气化
➢ 国外对生物油深加工的研究早已展开，但是暂时没有取得突破性进展。
➢ 中国在生物油深加工方面的研究尚处于起步阶段，研发的机构不多。东北林大、中科大、 山东理工对生物油与柴油混合制备乳化油技术进行了研究，但短期内无法取得突破性进展。
我主要参与研究项目
主要研究课题
生物质热化学转化技术
褐煤的高效清洁转化技术 固体废弃物的高温热解制取清洁燃料和化学燃料技术