生物质资源转化与利用-第四章-生物质液化技术-糖类转化的介绍
生物质干热液化技术
生物质干热液化技术
生物质干热液化技术是一种将生物质转化为液态燃料的技术。
该技术利用高温和高压条件，将生物质转化为液态燃料，如生物油、生物柴油等。
生物质干热液化技术的优点是可以高效地将生物质转化为液态燃料，同时可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。
此外，该技术还可以将生物质中的纤维素、半纤维素等有机物质转化为有用的化学品，提高生物质的附加值。
生物质干热液化技术的应用前景非常广阔，可以用于生产生物油、生物柴油、化学品等。
该技术可以应用于农村地区，利用农业废弃物、林业废弃物等生物质资源，生产液态燃料，为农村地区提供可再生能源。
此外，该技术还可以应用于工业领域，利用工业废弃物等生物质资源，生产化学品，减少对化石燃料的依赖。
生物质干热液化技术是一种非常有前途的生物质转化技术，具有高效、环保、可持续等优点，可以为人类社会提供可再生能源和化学品。
生物质转化的技术和应用
生物质转化的技术和应用随着全球能源需求的不断增长，传统能源的不可持续性成为人们日渐关注的问题。
其中，生物质能源作为一种可再生、低碳、环保的能源，备受研究和发展。
生物质能源是指通过利用植物、动物等生物质转化为能源的过程。
其中，生物质转化技术是将生物质转化为有用产品的关键。
本文将介绍目前主要的生物质转化技术和应用。
一、生物质热化学转化技术生物质热化学转化技术是指利用高温和高压条件下，将生物质转化为液体或气体燃料的技术。
该技术是目前最成熟的生物质能源化利用方式。
1. 液化技术生物质的液化技术主要包括快速热解和流化床热解两种。
其中，快速热解是在高温和高压水蒸气氛围下，使生物质快速裂解成液态产品，包括木质素油、小分子芳香烃和碳酸氢钾等。
而流化床热解则是将生物质在氧化气氛下在流化床内进行高温裂解，获得液态燃料（如生物油）和气态产物（如合成气）。
2. 气化技术生物质的气化技术主要包括直接气化和间接气化两种。
其中，直接气化是将生物质在氧化气氛下在高温和高压下进行气化，产生合成气和焦油等；而间接气化则是在无氧条件下将生物质气化为焦炭和合成气。
二、生物质生物化学转化技术生物质生物化学转化技术是指通过微生物的代谢作用，利用生物质转化成有用的化合物，主要包括酶解和发酵两种。
1. 酶解技术生物质酶解技术是通过微生物的酶解作用将生物质转化为单糖、双糖等简单糖类，再通过后续的发酵过程获得生物质乙醇、生物质生物甲烷等有用产物。
其中，酶解技术主要有酸性酶解和碱性酶解两种。
2. 发酵技术生物质发酵技术是通过微生物的代谢作用将简单糖类或其他有机物质转化为产气、产液或产固体等生物质能源产品。
其中，生物质发酵技术主要包括乙醇发酵、生物质生物甲烷发酵等。
三、生物质催化转化技术生物质催化转化技术是一种比较新颖的生物质转化技术。
该技术是利用催化剂协同生物质分解，以获得高效率的生物质能源转化过程。
目前主要研究生物质催化转化技术的催化剂有贵金属、金属氧化物、酸性材料、纳米材料等。
生物质资源的化学转化与利用研究
生物质资源的化学转化与利用研究1. 引言生物质是指来自植物、动物以及微生物的可再生有机物，具有广泛的资源潜力。
在当前全球能源危机和环境污染问题日益突出的背景下，生物质资源的化学转化与利用研究变得至关重要。
本文将探讨生物质资源的不同化学转化方法以及它们在可再生能源、化学品和材料等领域中的应用。
2. 生物质的化学转化方法2.1 生物质的热解生物质的热解是指在高温下将生物质转化为气体、液体和固体产物的过程。
其中，液体产物被称为生物质液体。
生物质液体可以作为替代石油的可再生能源，广泛应用于燃料、溶剂和化学品等方面。
2.2 生物质的气化生物质的气化是利用气化剂将生物质转化为可燃气体的过程。
气化产物主要包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
这些气体可以作为燃料供给发电设备，并可通过合成气技术进一步转化为化学品和液体燃料。
2.3 生物质的液化生物质的液化是指在溶剂的存在下，通过化学反应将生物质转化为液体产物的过程。
生物质液化主要用于生产生物基液体燃料，如生物柴油和生物乙醇等。
这些生物基液体燃料具有低碳排放和清洁燃烧的特点。
2.4 生物质的催化转化生物质的催化转化是利用催化剂将生物质分子转化为有机化合物的过程。
催化转化可通过裂解、加氢、氧化和酯化等反应实现。
催化转化方法可用于生产生物基化学品、材料和药物等高附加值产品。
3. 生物质资源的利用3.1 可再生能源生物质资源的化学转化是一种重要的可再生能源获取途径。
利用生物质热解、气化和液化等技术可以生产生物基燃料，如生物柴油和生物乙醇，用于替代传统的石油燃料。
同时，生物质资源还可以直接燃烧发电，以及生产生物气和生物热。
3.2 化学品与材料生物质资源的化学转化还可以生产多种高附加值的化学品和材料。
例如，生物质催化转化可以生产生物基聚合物，用于制备生物塑料和生物纤维等可降解材料。
此外，生物质还可以提取出多种天然产物，如木质素和纤维素等，用于生产化学品和材料。
3.3 环境保护与可持续发展生物质资源的化学转化与利用对环境保护和可持续发展具有重要意义。
生物质液化技术简介
生物质液化技术简介８．１．概述随着我国国民经济的持续发展导致对能源需求的高速增长，大量化石燃料燃烧利用过程中所排放的SO2、NOx等污染物使生态环境受到严重污染，同时，作为世界上第二大CO2排放国，CO2大量排放所加剧的"温室效应"影响在我国也得到了重视，另外，由于石油危机的数次爆发以及石油价格的不稳定，也促使代用液体燃料的开发应用提上了日程。
相比于煤炭等化石燃料，生物质是一种可再生清洁能源资源，同时因为生物质利用过程中具有CO2零排放特点，从而对于缓解日益严重的"温室效应"有着特殊的意义。
在生物质的能源化利用领域中，生物质热裂解液化技术是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术。
该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料（生物油），其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改性加工使液体燃料的品质接近柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。
相比于常规的化石燃料，生物油因且其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为二十一世纪的绿色燃料。
在生物质热裂解液化的各种工艺中，国外采用了多种不同的试验装置和技术路线，以达到增加生物油产率和提高能源利用水平的目的。
如快速裂解、加氢裂解、真空裂解、低温裂解、部分燃烧裂解等，但一般认为在常压下的快速裂解仍是生产液体燃料最为经济的方法，其一般可分为如下几类：(a)机械接触式反应器，其主要通过一灼热的反应器表面直接或间接与生物质接触，将热量传递到生物质使其快速升温从而达到快速热裂解，典型的有英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、NREL提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥生物质热裂解制油反应器等；(b) 间接式反应器，这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解所需的热量，其主要通过热辐射进行热量传递，如美国Washington大学的热辐射反应器；(c) 混合式反应器，其主要是借助热气流或气固多相流对生物质进行快速加热，其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于热裂解一次产物及时析出，如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和GTRI 的快速引射流反应器等。
生物质转化与资源化利用研究
生物质转化与资源化利用研究随着人类对能源需求不断增长，传统的化石能源已经面临着枯竭的危机，急需一种替代能源来推动人类经济的可持续发展。
而在这个领域中，生物质转化及其资源化利用便是备受关注的研究方向。
一、生物质转化技术生物质转化技术是指以生物质为原料，通过一系列的物化转化过程，得到具有高附加值的化学品、燃料或电力能源。
这一技术既能充分利用农林废弃物、城市垃圾等生物质资源，降低排放污染物，又能减少化石能源消耗及其带来的环境问题。
1.生物质热解技术生物质热解技术是指在无氧或缺氧条件下，将生物质分解成固态炭、液态炭和气体炭等多种产物的热化学反应过程。
其中，液态炭可用作燃料和化学品的原料，固态炭可用作制备吸附材料、生产活性炭或作为建材等，气体炭可用于制氢、发电或直接燃烧。
2.生物质气化技术生物质气化技术是指将生物质原料在高温下与气体反应，生成氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体混合物的化学反应过程。
这些气体混合物可以作为工业原料或燃料来利用，也可以通过转化成其他的化学品。
3.生物质液化技术生物质液化技术是指将生物质处于高温高压的溶剂下，通过生物质分子内部作用力降解，生成液态产物的化学反应过程。
这些产物既包括燃料，也包括化学品原料和有效的催化剂等。
二、生物质资源化利用生物质的资源化利用便是在生物质转化的基础上，进一步对生产出的产物进行研究，提高其附加值的过程。
这些产物不仅可以用作传统能源，还可用作化学品原料、化妆品和医药等领域的基础材料。
1.高附加值生物燃料高附加值生物燃料是指具有高规格化、低烟尘、低腐蚀、环保、可再生等优点的生物燃料。
通过对生物质热解和气化等技术的研究，可以得到一系列具有高附加值的生物燃料，包括生物柴油、生物甲烷、生物乙醇、生物天然气等。
2.生物质化工品生物质化工品是指通过生物质转化或利用其原料来制造的大量化工品。
其中包括生物聚酯、生物基塑料、生物降解能品、生物质炭化产物等，这些产物的生产过程中不仅可以减轻化石能源消耗，还能减少污染物的排放。
生物质的化学转化及其应用研究
生物质的化学转化及其应用研究生物质可以被定义为一切来自可再生资源的物质，包括木质素，纤维素，半纤维素，淀粉，蔗糖等，这些物质可以通过化学转化变为生物燃料和化学品。
生物质的化学转化技术已经成为当前可持续发展的热点领域之一，具有可再生、可降解、无毒无害等诸多优点，本文将对生物质的化学转化及其应用研究进行深入探讨。
一、生物质的化学转化技术1. 糖类的转化生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等聚合物以及蛋白质、脂类和碳水化合物等小分子组成，其中碳水化合物即糖类占据很大的比重。
因此，糖类的转化是生物质的主要化学转化路线之一。
糖类的转化技术主要通过裂解、加氢、缩合、氧化等反应途径进行。
2. 纤维素的转化纤维素是构成植物细胞壁的基本物质之一，其可转化为生物质燃料和化学品的方法主要有：酸催化裂解、碱催化裂解、生物转化、化学处理等。
3. 木质素的转化木质素是植物细胞壁中的次要成分，其化学结构复杂而多样，难以被生物降解。
生物质中含有的木质素是可以通过热解、氧化、还原和酸碱处理等手段进行转化。
二、生物质的应用研究1. 生物质燃料生物质燃料是指以植物生物质为原料生产的各种燃料，如生物柴油、生物乙醇、再生可持续的纤维素醇等。
生物质燃料具有独特的优点，如天然环保、资源可续、CO2排放低等，但也存在一些长期的技术问题，如生产成本高、燃料适用性差等难题需要解决。
2. 生物基化学品生物基化学品是由生物质衍生而来的各种有机合成化学品，如生物基宽带、生物基涂料、生物基石油、生物基颜料等。
生物基化学品由于其原料来源可持续性强和具有良好的可降解性，可以用来替代传统的石化化学品，在提高可持续发展能力和环境友好性方面具备很大的潜力。
3. 生物质塑料生物质塑料是由生物质转化而来的一类塑料，包括聚乳酸、淀粉聚合物等，其可以被有效的回收利用和降解。
相比传统塑料，生物塑料对环境的影响更小，更易于回收利用，具有更好的可持续性。
三、总结与展望生物质的化学转化技术将生物质转化为生物燃料和化学品的过程不断完善，其在生物质资源保护和资源高效利用方面具备重大的潜力。
生物质资源的化学转化与利用
生物质资源的化学转化与利用随着环境问题的日益严重，人们对可再生能源的需求也越来越迫切。
生物质资源作为一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
然而，生物质资源的利用仍然面临着一些挑战，其中最主要的问题是如何进行高效的化学转化。
本文将探讨生物质资源的化学转化与利用的现状和未来发展方向。
首先，我们需要了解生物质资源的特点。
生物质资源主要包括植物纤维、农作物秸秆、林木废弃物等，是一种由光能转化而来的有机物质。
相比于化石燃料，生物质资源不仅来源广泛，而且具有低碳排放、可再生等优势。
因此，生物质资源的化学转化与利用被视为一种可持续发展的能源选择。
其次，我们来看一下生物质资源的化学转化技术。
目前，生物质资源的化学转化主要包括生物质制氢、生物质制油和生物质制糖等几个方面。
生物质制氢是将生物质资源通过热解、气化等技术转化为氢气，用于替代传统的化石燃料。
生物质制油是将生物质资源通过催化裂解、热解等技术转化为液体燃料，如生物柴油和生物乙醇。
生物质制糖是将生物质资源通过酶解、发酵等技术转化为糖类，用于生产生物基化学品和生物能源。
然而，生物质资源的化学转化仍然存在一些挑战。
首先，生物质资源的复杂性导致化学转化过程的复杂性。
生物质资源中含有多种组分，如纤维素、半纤维素和木质素等，它们的结构复杂、相互交织，使得化学转化的选择性和效率受到限制。
其次，生物质资源的转化过程需要高温、高压等条件，对设备和能源的要求较高。
此外，生物质资源的化学转化还面临着经济性和可持续性的挑战，如生产成本高、资源利用率低等问题。
为了克服这些挑战，科学家们正在不断研究和开发新的化学转化技术。
一方面，他们致力于改进现有的化学转化方法，提高转化效率和选择性。
例如，通过催化剂的设计和优化，可以实现生物质资源的高效转化。
另一方面，他们也在探索新的化学转化途径，如生物催化、微生物发酵等。
这些新技术可以降低转化温度和压力，减少能源消耗，提高资源利用率。
此外，生物质资源的化学转化与利用还需要与其他领域的技术相结合。
生物质能源的转化与利用
生物质能源的转化与利用一、引言随着全球能源危机的日益加剧，生物质能源作为一种可再生、清洁的能源形式，正受到越来越多的关注。
本文将探讨生物质能源的转化与利用，对其在能源领域的潜力进行分析，并提出可行的解决方案。
二、生物质能源的来源生物质能源主要来自植物、动物和微生物，其中以植物为主要来源。
植物的生物质主要包括木材、秸秆、农作物废弃物等。
这些生物质通过生物催化剂的作用，经过降解、发酵等过程，可以转化成各种形式的能源。
三、生物质能源的转化技术1. 生物质的物理转化生物质的物理转化主要包括热解、气化和液化。
热解是通过高温将生物质分解为燃料气体、液体和固体残渣。
气化是将生物质在氧气或水蒸气的作用下，转化为合成气。
液化是将生物质转化为液体燃料，如生物柴油。
2. 生物质的化学转化生物质的化学转化主要包括酶解、发酵和化学合成。
酶解是利用酶将复杂的生物质分解为简单的糖类。
发酵是将糖类转化为乙醇、丁醇等可燃的生物酒精。
化学合成是利用化学反应将生物质转化为烃类燃料。
四、生物质能源的利用领域1. 热能利用生物质能源可以通过燃烧产生热能，用于供暖和工业生产。
燃烧过程中产生的烟尘和有害气体可以通过合理的处理设备减少对环境的污染。
2. 电力利用生物质能源可以通过发电厂进行燃烧发电，或者通过生物质气化发电。
这种利用方式不仅可以满足电力需求，还可以减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放。
3. 生物质燃料利用生物质能源可以转化为生物柴油、生物乙醇等燃料，用于交通运输和工业领域。
这种利用方式不仅可以减少对石油能源的依赖，还可以减少尾气排放，改善空气质量。
五、生物质能源的挑战与解决方案1. 资源供给不稳定生物质能源的供给受到季节、地域等因素的限制，不够稳定。
解决这一问题的关键是提高生物质能源的生产效率，利用多种生物质资源，合理规划种植布局，确保持续供给。
2. 转化技术成本高昂生物质能源的转化技术仍处于发展阶段，相关设备和工艺成本较高。
解决这一问题的关键是加大研发投入，提高技术水平，降低成本，使生物质能源在经济上更具竞争力。
生物质资源转化与利用
生物质资源转化与利用随着环保和可持续发展意识的日益增强，生物质资源利用成为全球范围内的普遍趋势。
生物质资源是指植物、动物以及微生物等生物体中所含的有机物质，如木材、农作物秸秆、林业剩余物、动物瘤、废弃物和生活垃圾等。
生物质能够通过不同的技术手段转化为生物质能、液态生物能、气态生物质能以及化学原料，具有广泛的应用前景和环保效益。
一、生物质资源的转化方式生物质资源的转化方式主要包括直接燃烧、焚烧发电、生物质能源的液化、气化和催化转化等技术。
1. 直接燃烧直接燃烧是指将生物质资源作为燃料进行燃烧，将释放的热能转化为电能或其他形式的能量。
直接燃烧因技术简单、易于掌握，能够有效减少温室气体排放等优点而在某种程度上得到了广泛应用。
但同时，直接燃烧所需配套设施较为复杂，环境污染问题也比较严重。
2. 焚烧发电焚烧发电是将生物质废弃物进行热解、氧化，将其转化为热能再转化为电能，同时能够将排放物中释放的氮、硫、氯等物质减少到最小限度，具有较好的环保效益。
但在技术上较为复杂，同时焚烧发电过程中的能源损耗较大，效率也相应较低。
3. 生物质能源的液化生物质能源的液化是指利用生物质燃料制备生物质柴油等液态生物能源的过程。
生物质能够化学转化为生物质燃料，从而替代传统的石油、天然气等化石能源，同时也能够减少对环境的影响。
4. 生物质能源的气化生物质能源的气化是指将生物质原料分解、氧化、还原，产生含有CO、H2、CH4、CO2等气体的燃料气体的过程。
该技术具有高效节能、减少环境污染等优点，但气化过程所需能源较大。
5. 催化转化催化转化是指在特定条件下，通过添加催化剂将生物质转化为液体或气体的过程。
催化转化技术与传统炼油工艺类似，能够实现生物质原料的高效利用与能源化，同时也能够减少对环境的影响。
二、生物质资源利用的现状与展望目前，全球生物质资源利用技术正在快速发展，生物质能所占比例也在逐年增长。
欧盟、美国、日本等发达国家的生物质资源利用率已经达到30%以上，而中国的生物质资源利用率仍处于较低水平。
生物质资源转化与利用-第四章-生物质液化技术-糖类转化的介绍
离子液体中常见的阳离子和阴离子
离子液体的优点
离子液体无味、不燃，其蒸汽压极低，因此可用在高真空 体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题； 离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应 在均相条件下进行，同时可减少设备体积； 可操作温度范围宽（-40～300℃），具有良好的热稳定性和 化学稳定性，易与其它物质分离，可以循环利用； 表现出 Lewis、Franklin 酸的酸性，且酸强度可调。
熔点 沸点 密度 折射率 闪点 储存条件 敏感性 稳定性 28-34 °C 114-116 °C 1mm Hg 1.243 g/mL at 25 °C n20/D 1.562 79 °C 2-8°C 对光和空气敏感 对光敏感，易吸水
5-HMF的潜在应用
5-HMF的一些下游转化工艺
5-HMF下游产品对石化产品的替代潜力
β-D-吡喃果糖 sugar α-pyranose β-pyranose α-furanose β-furanose
β-D-呋喃果糖 open-chain
Fructose
2.5%
65%
6.5%
25%
0.8%
果糖转化制5-HMF的影响因素
溶剂或反应体系的选择
催化剂的选择
非水溶剂中含水量的影响 工艺条件 反应温度
淀粉
纤维素
菊粉
淀粉和纤维素的组成单元均为葡萄糖。
纤维素
淀粉
如何利用糖类生物质？
生物质资源转化与利用生物质液化技术共53页文档
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•47、采菊东篱下，悠然见山。•48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
生物质转化的技术与应用
生物质转化的技术与应用生物质转化是利用生物质资源进行能源、化学品和材料生产的过程。
目前，随着非化石能源的越来越受到关注，生物质转化技术得到了广泛的应用和发展。
本文将从生物质转化技术的发展历程、技术类别以及应用领域等多个角度来探讨生物质转化的技术与应用。
1.生物质转化技术的发展历程生物质转化技术的发展历程可以追溯到早期的酿酒和制糖工业。
20世纪80年代初，以生物技术和现代化学工艺技术为代表的生物质能源产业逐渐兴起。
1992年，西班牙诞生了全球第一台生物质发电机组。
此后，随着各国对生态环境和可再生能源的重视，生物质能源产业得到了空前的发展。
目前，生物质热值、化学品和材料的开发利用已非常成熟。
2.生物质转化技术的类别生物质转化技术包括物理方法、化学方法和生物方法三大类，其中生物方法又分为微生物法和酶法。
2.1物理方法物理方法主要利用机械作用、热作用、辐射作用等对生物质进行改性和加工。
物理方法的主要优点是能够使用广泛、技术简单、投资少；缺点则是在转化过程中有较高的能耗和损失。
物理方法包括机械切割、压榨和脱水等。
机械切割包括切片、磨粉等，主要应用于生物质的机械构件的制备和木质材料的加工；压榨和脱水则可以用来制备生物质颗粒、压块和苜蓿干等。
2.2化学方法化学方法主要利用强酸、碱等物质对生物质进行化学反应，实现生物质转化成化学品或能源的目的，化学方法的主要优点是适用性广、节能、高效；缺点则是技术难度大、成本高。
化学方法包括生物质的热解、气化、液化等。
生物质热解指将生物质加热至一定温度后，在缺氧或少氧气氛下进行气态或液态生物质的分解反应，生产出固体残渣、可燃气体和液态有机化合物。
生物质气化指将生物质在高温下与氧气反应，将其转化为一氧化碳、二氧化碳、水蒸气和氢气的混合气体。
生物质液化指将生物质在高压、高温和催化剂作用下，转化成液态产物。
2.3生物方法生物方法主要是利用微生物或酶对生物质进行降解、转化和利用，生物方法的主要优点是技术简单、无污染、成本低；缺点则是反应时间长。
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61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
生物质资源转化与利用生物质液化技术
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
Hale Waihona Puke 谢谢！
生物质能源的气化与液化技术
生物质能源的气化与液化技术生物质能源是一种可再生的能源，其气化与液化技术被广泛研究和应用，以解决能源短缺和环境污染等问题。
本文将从生物质能源的定义、气化与液化技术的原理和应用、技术的优势和挑战等多个方面展开探讨，并探讨未来的发展趋势。
1. 生物质能源的定义生物质能源是指来自植物、动物和微生物的有机物质，可以通过气化、液化等技术转化为可用能源的一种能源形式。
生物质资源广泛，包括木材、秸秆、农作物废弃物、食品废弃物等，具有可再生、气候友好、低排放等特点，被视为清洁能源之一。
2. 气化技术的原理和应用生物质气化是将生物质经过高温、高压下的化学反应，将其转化为气态产物的过程。
气化技术可以分为直接气化和间接气化两种方式，分别适用于不同的生物质类型和规模。
直接气化是指将生物质直接暴露在气化剂中，使其在高温下发生气化反应，产生合成气、焦油等产物。
这种气化方式能够快速高效地转化生物质，但同时也容易造成产物中焦油含量过高的问题。
间接气化则是通过生物质热解产生的固体残渣再与气化剂反应，生成合成气等产物。
这种气化方式可以有效控制焦油生成，提高气化效率，适用于高效清洁能源生产。
气化技术广泛应用于生物质能源燃料、化工原料等领域，为解决能源短缺和环境污染等问题提供了新思路。
3. 液化技术的原理和应用生物质液化是将生物质通过热解、溶解等过程转化为液态产物的技术。
液化技术可以分为热液化、催化液化、超临界流体液化等方式，具备高效、环保、灵活等特点。
热液化是将生物质在有机溶剂中高温加热，使其发生裂解、溶解等反应，生成液态产物。
这种液化方式操作简单，但溶剂回收困难，成本较高。
催化液化则是在催化剂的作用下，加速生物质的化学反应，提高液化效率和产物质量。
这种液化方式可以有效控制溶剂使用量，提高产物的附加值。
超临界流体液化利用超临界流体的特性，在超临界状态下对生物质进行液化，可有效提高反应速率和产物质量。
这种液化方式操作简便，产物纯度高，但设备投资较大。
生物质能源的转化与利用
生物质能源的转化与利用生物质是一种广泛存在的可再生资源，通常指由植物或动物的有机物质构成的物质，例如农作物残渣、林木废料、城市固体垃圾等。
利用生物质能源有助于减少对有限石化能源的依赖，保护环境，达到可持续发展的目标。
本文将介绍生物质能源的转化与利用方法。
一、生物质能源转化技术生物质能源转化技术通常包括生物质热化、生物质液化和生物质气化三种方式。
1. 生物质热化生物质热化包括干燥、炭化和气化三个阶段。
其中，干燥将有机物质的水分去除，炭化将生物质转化为炭质物，并释放出气体和液体产物，气化将放热气体与炭质物反应，生成可用于发电和供热的气体。
2. 生物质液化生物质液化将生物质转化为液体燃料。
液化过程通常包括分解、裂解、酯化和加氢四个步骤。
其中，分解将生物质分解为小分子有机物，裂解将有机物转化为液体油，酯化将油酯化生成生物柴油或生物液化气，加氢将生物柴油或生物液化气加氢为液化石油气。
3. 生物质气化生物质气化是将生物质转化为可用于发电和供热的气体。
气化过程包括干式气化、湿式气化和半干式气化。
其中，干式气化将生物质在无氧条件下转化为气体，湿式气化将生物质在水蒸气气氛下转化为气体，半干式气化则将两种方法结合起来。
二、生物质能源利用方式生物质能源转化为热能、电能和燃料等多种形式，可以广泛应用于生产生活中。
1. 热能利用生物质可直接燃烧产生热能，用于供暖、干燥、烘烤等领域。
同时，热能还可以通过热力发电的方式转化为电能，用于发电、供电等领域。
2. 燃料利用生物质可以转化为各种燃料，例如生物柴油、生物乙醇、生物液化气等，广泛应用于交通、工业、农业等领域。
3. 生物质燃气利用生物质气化产生的燃气可以用于生产燃气发动机发电或热电联产，或者用于城市燃气、工业气等领域。
三、生物质能源的优势与挑战生物质能源具有多种优势，例如可再生、可持续、易于获取、减少大气污染等。
同时，生物质能源的利用还有助于农村经济发展、改善农民生活水平和缓解农村劳动力和就业问题。
生物质资源的化学转化与利用研究
生物质资源的化学转化与利用研究生物质资源是指由植物和动物尸体、废弃物和能源作为原料进行利用的可再生资源。
它具有丰富的来源、广泛的适用性和可持续利用的特点，因而备受关注。
化学转化与利用是将生物质资源转化为有价值的化学品、能源或材料的过程，它不仅能提高生物质资源利用效率，还能减少对化石能源的依赖，降低对环境的影响。
本文将介绍生物质资源的化学转化与利用的研究现状和前景。
一、生物质资源的来源和组成生物质资源主要来源于农林废弃物、农作物秸秆、果皮、木材废料、动物粪便等，具有广泛的供应基础。
生物质资源的组成主要包括纤维素、半纤维素和木质素。
纤维素是生物质资源的主要成分，半纤维素和木质素是其次要成分。
这些成分的含量和特性直接影响生物质的化学转化与利用过程。
二、生物质资源的化学转化技术1. 生物质预处理技术生物质的预处理是将其物理或化学性质改变为适合后续转化的形式。
常用的预处理技术包括机械粉碎、热压缩、酸碱处理等。
预处理能够提高生物质的可降解性，同时降低转化过程中的能耗和环境污染。
2. 生物质转化为糖类将生物质转化为糖类是生物质化学转化的关键步骤，常用的方法包括酸水解法、碱法和酶解法。
酸水解法通过酸性条件将纤维素和半纤维素分解为糖类，碱法则是利用碱性条件使纤维素和半纤维素水解。
酶解法通过外源酶的作用将纤维素和半纤维素水解为糖类。
3. 糖类转化为生物燃料和化学品将糖类转化为生物燃料和化学品是生物质资源化学转化的重要领域。
糖类可以通过发酵法转化为生物乙醇、生物丁醇等生物燃料。
同时，糖类还可以经由催化裂解、氢化反应等方法转化为化学品，例如生物基化学品、生物塑料等。
4. 木质素的分离和利用木质素是生物质资源中含量较低但价值较高的成分，具有很强的抗氧化性和稳定性。
木质素的分离和利用可以通过溶剂抽提、酶解和催化裂解等方法实现。
木质素的利用可以用于生产化学品、香料、颜料等高附加值产品。
三、生物质资源的利用前景生物质资源的化学转化与利用具有广阔的前景。
生物质资源转化与利用-第四章-生物质液化技术
4.3.2生物质低压（常压）直接液化
高压液化的操作条件较为剧烈，人们在20世纪80年代开始了 对低压（常压）液化的研究。
有机溶剂中，木材的液化
无催化剂时，液化温 度高达240~270 oC
酸作催化剂时，反应 温度可降至70~150 oC
实例：以乙二醇，丁醇，环己醇，苯酚等为溶剂，采用浓 硫酸、盐酸、乙酸和甲酸为催化剂，初始氮气压力0.1MPa， 250 oC下反应0.5 h，而已得到95%的可溶于丙酮的产物，该 产物室温下为黑色柔软的焦油状固体，140 oC下可熔化。
溶剂
催化剂
生物质
干燥
粉碎
直接 液化 温度
收集
生物油
压力
主要产物—碳氢化合物（液化油）
4.2 生物质液化机理
（1）存在CO和催化剂Na2CO3的反应体系的直接液化机理 Appell等通过对存在CO和催化剂Na2CO3的液化反应体系的 研究，提出以下机理 a. Na2CO3和水、CO反应生成甲酸钠和CO2
乙酸、甲酸、 糠醛
芳香化合物
纤维素
半纤维素
木质素
不同生物质原料中三种组分含量不一样 三组分的主要液化产物也不一样 生物质种类影响生物质原油的组成和产率
Demirbas对9种生物质进行液化，发现粗油和焦的产量与原 料中木质素的含量有很大关系 油产率（%）=（42.548-0.388 × 木质素含量（质量分数%））
（3）反应体系内木质素的直接液化机理 木质素是一种主要又烷基酚组成的具有复杂三维结构的大分 子有机物，在液化过程中，固体残留物的产量随着原料中木 质素含量的增加而增加。 目前普遍接受的观点：木质素在大约250 oC以上会发生热解并 生成大量的苯氧基自由基，这些自由基可以通过缩聚和聚合 反应最终形成固体残留物。 当反应时间过长时，生物质粗油的产量会降低，这归因于一部 分粗油发生了重聚反应，转变成了固体残留物。 缩短生物质在反应温度下的停留时间将有助于粗油产量的增加。
生物质转化利用技术开发与应用
生物质转化利用技术开发与应用随着人类对环境保护的重视和对可再生能源的需求，生物质的转化利用技术越来越受到关注。
生物质转化利用技术是指将植物、动物及其代谢产物等可再生有机资源转化为能源、化学品、材料或肥料等产品的技术。
从生产过程、性质和能源潜力等角度来看，生物质转化利用技术是一个富有潜力的领域。
一、生物质转化技术分类1. 生物质的化学转化技术：是指将生物质作为原料，通过化学反应、氧化、热解等方式将其转化为燃料、肥料及化工原料等。
生物质化学转化技术的主要优点是原料来源广泛，可以利用各种生物质，不同种类生物质特性各异，生物多样性及其丰富性决定了生物质在化学转化中的巨大潜力。
2. 生物质的生物转化技术：是指利用生物酶、微生物等生物体，对生物质进行转化，主要是将复杂有机物分解为可被利用的产品。
如：酶解技术、发酵、厌氧消化等。
3. 生物质的物理转化技术：是指通过物理手段将生物质的有用成分分离出来，如过滤、离心、分离、浓缩等。
二、生物质转化利用技术应用1. 生物质热解技术：利用现代化学工业技术，将生物质热分解成液态、气态和固态，使之转化为制气、制油、制炭等能源产品，被广泛应用于有机肥料、农药等优质化肥、环保建材及制氢等领域。
2. 生物质发酵技术：发酵技术是生物质转化的最直接方式之一，可以用于制备酒精、醋酸、乳酸、糖醇等有机酸，也可以转化为丰富的微生物蛋白质和蛋白质多肽。
此外，发酵技术还可以用于生产乳酸、丙酮、醋酸，及制备生物柴油等。
3. 生物质气化技术：生物质气化技术可以将固体生物质转化为气态燃料，液态或固态产品。
在工业化生产过程中，生物质气化技术可以转化生物质为能源、化学品及材料等高附加值产品。
4. 生物质液化技术：生物质液化技术可以将固体生物质转化为液态或半固态。
该技术因其高效、节能、环保等特点，成为生物质转化利用技术中的一种优秀技术。
液化后的生物质可以用于制备化学品、生物燃油和其他高附加值产品。
三、生物质转化技术的关键问题1. 生物质转化技术的经济性和可行性是关键问题之一。
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水/有机溶剂双相体系作溶剂 水作为溶剂具有诸多优点，但对于 5-HMF 的生成具有抑 制作用，而有机溶剂对于果糖的转化以及 5-HMF的稳定 性具有正面影响作用。 因此，有效地将水与有机溶剂结合成双相体系可能具有 如下的优点： 1. 水对于糖类的溶解度大，可解决果糖的溶解问题。 2. 水的成本较低，且绿色。 3. 由于与水溶液分层，生成的5-HMF将会被萃取到有几 层中，减少在水溶液中发生副反应的可能。 4. 分层后的有机相可以直接分离，并进一步对产物提纯， 减少了产物5-HMF从整个反应体系中分离的能耗。
在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与 阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的 作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物 的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低， 以至于熔点接近室温。
离子液体中常见的阳离子和阴离子
离子液体的优点
离子液体无味、不燃，其蒸汽压极低，因此可用在高真空 体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题； 离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应 在均相条件下进行，同时可减少设备体积； 可操作温度范围宽（-40～300℃），具有良好的热稳定性和 化学稳定性，易与其它物质分离，可以循环利用； 表现出 Lewis、Franklin 酸的酸性，且酸强度可调。
麦芽糖
乳糖
寡聚糖
定义：由2～9个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖链 的聚糖。
按单糖数量：分二糖、三糖、四糖等。
按还原性分： 还原糖： 有半缩醛羟基，即有C1-OH 或非还原糖：两个单糖都以端基脱水缩合，分子中无半缩醛 羟基。
多聚糖
定义：亦称多糖。一个分子多聚糖水解时能生成10个分子以 上单糖的糖叫多聚糖，如菊粉（果聚糖和葡果聚糖）、淀粉 和纤维素（葡聚糖），可用通式(C6H10O5)n表示
乙酰丙酸平台转化示意路线
1. 5-HMF具有芳香性结构特点，具有呋喃结构，官能
团种类较多。 2. 5-HMF主要通过六碳糖脱水制得。 3. 5-HMF是一种重要的化工中间体（平台化合物）， 并不主要作为最终产物。
4.以可再生的生物质资源生产5-HMF给新型替代能源
的开发提供了参考和发展方向。
生活中可能与5-HMF的接触
空间 结构
OH H2C CH O H
HO HC
0 CH
半缩醛 羟基 比其它 羟基更 活泼
CH HC HO OH
椅式构象与糖命名
平面结构
空间 构象
命名时为 α（β）—D（L）—糖名
名？
α—D—
葡萄糖
名？
β—Байду номын сангаас—
葡萄糖
H C
OH O CH 2OH α 型 37% 112°
H C HO
O OH OH OH CH 2OH 开链式 0.1% 52°
HO
H C O CH 2OH β 型 63% 19°
水溶液中α-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖和开链结构三者是并存的。
戊糖，多为五元环呋喃糖，如
o
o
核糖
脱氧核糖
糖的相对甜度
甜度是一个比较值，以蔗糖为标准定为100。
小常识（糖为什么是甜的？）
早在20世纪60年代，就有人提出了糖之所以甜，是因 为糖类分子中都含有多羟基，多羟基中两个氢原子之间有 一定的距离，这个距离恰好能与舌头上的味觉感受器形成 化学吻合物。这种化学吻合物可以刺激味觉感受器，使其 产生脉冲，进而由神经将脉冲传入大脑，使人感到甜味。
离子液体的缺点 成本较高 潜在毒性
果糖在不同离子液体中转化制5-HMF的性能示例
离子液体在果糖转化为5-HMF反应中可能的优点：
1. 非水性溶剂，为果糖的脱水反应提供非水环境； 2. 合适的离子液体具有吸水性，可以将果糖以及5-HMF分子周围的水 分吸走，促进果糖的脱水以及减少5-HMF可能发生的水解； 3. 离子液体对于果糖和催化剂的溶解性较好，可均相进行反应； 4. 离子液体经过功能化处理，可以同时作为溶剂与催化剂； 5. 采用与离子液体不溶的有机溶剂对产物5-HMF萃取后，离子液体可 以重新利用。
甘油醛
赤藓糖
木糖
葡萄糖
葡庚糖
自然界中单糖以戊糖、己糖数量最大，结构分多羟基醛、酮 的开链、半缩醛环状两种形式 天然情况以环状占绝大多数。以葡萄糖为例
开链
HC 0 HC OH HO CH HC OH HC OH H2C OH
O
吡喃环
？
吡喃环
C原子 结构
O
开链
HC 0 HC OH HO CH HC OH HC OH H2C OH
β-D-吡喃果糖 sugar α-pyranose β-pyranose α-furanose β-furanose
β-D-呋喃果糖 open-chain
Fructose
2.5%
65%
6.5%
25%
0.8%
果糖转化制5-HMF的影响因素
溶剂或反应体系的选择
催化剂的选择
非水溶剂中含水量的影响 工艺条件 反应温度
可能的缺点：
1. 对于原料，产物，催化剂的溶解性较好，分离产物不易； 2. 不适当的离子液体可能是憎水性的，不能溶解原料，对反应也不利； 3. 离子液体中的少量杂质以及均相催化剂很难剔除，因此使用过的离 子液体虽可能在萃取产物后继续用于果糖转化，但很难提纯回收 用于其他方面，造成成本上升。
蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水缩合形成。 纤维二糖：两个D-葡萄糖分子通过β构型的1，4键连接起来的。 麦芽糖：两个D-葡萄糖分子通过α构型的1，4键连接起来的。 乳糖：由一分子β-D- 半乳糖和一分子β-D- 葡萄糖在β-1 ， 4- 位 形成糖苷键相连。
二糖（双糖）的结构
蔗糖
纤维二糖
副反应
5.3.1果糖转化制5-HMF
果糖中含6个碳原子，也是一种单糖，它以游离状态大量存在于 水果的浆汁和蜂蜜中，果糖还能与葡萄糖结合生成蔗糖。 纯净 的果糖为无色晶体，熔点为 103 ～105℃，它不易结晶，通常为 黏稠性液体，易溶于水、乙醇和乙醚。D-果糖是最甜的单糖。
α-D-呋喃果糖 α-D-吡喃果糖
代表性单糖的结构
木糖
半乳糖
葡萄糖
阿拉伯糖
甘露糖
二糖（双糖）
单糖：二糖又名双糖，由二分子的单糖通过糖苷键形成，在一 种单糖的还原基团和另一种糖的醇羟基相结合的情况下，显示 出与单糖的共同化学性质，诸如还原于Fehling溶液、变旋光化、 脎形成等（如麦芽糖、乳糖），通过还原基结合的单糖则无这 种性质（如蔗糖、海藻糖）。 常见的二糖
5-HMF的氧化与还原
高分子聚合物
高分子聚合物
5-HMF的还原与醚化
能量密度 30 kJ/cm3 能量密度 30.3 kJ/cm3
汽油：能量密度 31.1 kJ/cm3；柴油：能量密度 33.6 kJ/cm3；乙醇：能量密度 23.5 kJ/cm3
5-HMF的缩合与精炼
航空燃油C8-C16
制备液态烷烃
自然界已发现的单糖主要是戊糖和己糖。常见的戊糖有D-（-）-核糖、D-（-） -2-脱氧核糖、D-（+）-木糖和L-（+）-阿拉伯糖。它们都是醛糖，以多糖或苷 的形式存在于动植物中。常见的己糖有D-（+）-葡萄糖、D-（+）-甘露糖、 D-（+）-半乳糖和D-（-）-果糖，前三者为醛糖，后者为酮糖。己糖以游离或 结合的形式存在于动植物中。
4.3 六碳糖转化制呋喃化学品
常见的己糖有D-（+）-葡萄糖、D-（+）-甘露糖、D-（+）-半乳 糖和D-（-）- 果糖，前三者为醛糖，后者为酮糖。己糖以游离或 结合的形式存在于动植物中。
主反应 -3 H2O 六碳糖
分子量180.16
+
HCOOH
副反应 其他化合物
分子量126.11
humins
腐殖质
生物质资源转化与利用
第四章 生物质直接液化技术 —糖转化制精细化学品
4.1 糖概述
糖的主要功能
1. 人类（或动植物）的三大能量（糖、蛋白质、脂肪）来源 之一。
xCO2 +yH2O+能量
2.生理作用：
植物光合作用 动物呼吸作用
Cx(H2O)y+xO2
植物的支持组织，细胞膜的组成部分；生物信息的携带、 传递者。
针对果糖（或糖类）转化制5-HMF的常用溶剂包括：二甲 基亚砜（ DMSO ）， N,N- 二甲基甲酰胺（ DMF ）， N,N二甲基乙酰胺（DMA），N-甲基吡咯烷酮（NMP），乙 醇，异丙醇等。 这些溶剂一方面可能会促进脱水反应的进行，另一方面 可能会抑制副反应的发生，但应注意醇类可能与5-HMF发 生醚化。
哪些物质属于糖?
广布于动植物体中，所有生物的细胞质和细胞核皆含核糖
动物血液含有葡萄糖， 肝脏、肌肉中含有糖 原，乳汁含有乳糖
植物体的组分约85％～90％为糖类。植物的细胞 壁、木质部、棉花、竹木等除水分以外，几乎全 是由纤维素所组成。粮食（谷类）含丰富的淀粉， 甘蔗和甜菜含大量蔗糖，鲜果含果糖和果胶
加热方式 反应时间 底物浓度
果糖转化制5-HMF的反应溶剂（体系）
水 极性有机溶剂
水/有机溶剂双相体系
离子液体
超临界流体
水作溶剂 水是最为廉价和绿色的溶剂，但大量作为溶剂对于果糖 （或糖类）脱水转化制 5-HMF 具有负面效应，因其能抑 制果糖的脱水，并造成5-HMF的水解。 因此，如果采用水作为果糖转化的溶剂，通常与高温或 其他特殊方式结合。 极性有机溶剂作反应溶剂
醛糖 按化学结构 酮糖 按含碳数 三糖（丙糖） 四糖（丁糖） 五糖（戊糖） 六糖（己糖） 按结构单元数 单糖 二糖
寡聚糖
多糖
醛糖与酮糖