生物质转化工程 第五周ppt课件
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duli3-生物转化-PPT文档资料52页
（四）其他结合反应
1、乙酰结合：在乙酰转移酶的催化下，芳 香胺类，酰肼类、磺胺类化合物与乙酰辅 酶A结合。
反应场所：肝、肠粘膜细胞。
可掩盖胺类毒物中具有重要生物活性的氨 基，但乙酰化后，水溶性降低。
N H 2
C H 3 C O -S C o A +
H NCO 3 CH
+C o A S H
2、氨基酸结合
但存在局部性还原环境：肠道是厌氧环境， 存在含还原酶的菌丛。
某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如 NADPH-CyP P450还原酶。
氧化反应的可逆反应：NAD(P)+ NAD(P)H
催化还原反应的酶类主要存在于肝、肾和肺 的微粒体和胞液中。
1、羰基还原反应：醛类、酮类的还原：
RCHORCH2OH RCOR’ RCOHR’ 2、硝基还原反应：硝基还原酶，以 NADPH或NADH作为还原剂。
部位：主要在肝微粒体中进行，肾、
肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中 占有最重要的地位。
+UTP
U DP G焦磷 酸 化UDP-G
UDP-G脱氢酶
NAD+
HOOC
NADH+H+
O
O UDP
(UDP-GA, 葡萄糖醛酸)
形成O-葡萄糖醛酸化物
形成N-葡萄糖醛酸化物
OH
O C6H9O6
硫酸结合产 物，转化为 具有高度活 性的化合物。
五、生物转化的复杂性
(一) 生物转化的多样性
同一污染物在体内可能存在不同的 代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同 的毒性。
OH
NH2 不致癌
H2N
NH2
NHOH
生物质转化PPT课件
26
2021/7/23
27
生物质化学转化为清洁燃料是生物质能源化利用的重 要技术路线之一
通过生物质直接液化、定向气化、间接液化等生产气 体燃料、液体燃料及含氧燃料（甲醇、二甲醚等）
2021/7/23
化学转化
28
高品位液体燃料
目前石油是我 国高品位液体 燃料主要来源
• 我国人均石油储量不到世界 平均水平的1/10
生物质转化
2021/7/23
1
能源概念和分类
能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资 源
按形成条件，能源分为一次能源和二次能源
一次能源指自然界中现成存在，可直接取用的能源
一次能源又可分为可再生能源和非再生能源
二次能源指由一次能源加工转换成的另一种形态的能 能源源按来源分可分为三类
太阳能 地球能 引力能
2.生物质生产的季节性很强。 植物的生长有季节性，难以为化学工业提供稳定的原 料供应，对于现代化学工学的工艺流程提出新的要求
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12
生物质作为化学化工原料的缺点
3.在考虑用作化学化工原料的生物质是传统的粮食， 把粮食原料改作化学化工原料是否合适？
生物质的获取需要土地，大面积的种植对环境有何 影响？
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48
开展微藻生物柴油技术研发的意义
• 开辟一项有长远发展前途的新产业，促进我国相关多学 科的基础研究
• 战略性进入可再生能源领域，从根本上解决“生物原料” 问题
• 减少CO2排放可以进入CDM国际交易，具有商业价值， 这将进一步提高微藻生物柴油技术项目的经济性
• 提前进入温室气体减排运作，2012年中国很可能将正式 承诺减排协议，这意味着项目潜在的经济性巨大
生物质能的转换与控制技术PPT课件
30
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沼气发电机原理：
31
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（2）沼气燃料电池发电
燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，当源源不 断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。依据电解质的不 同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧 化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能 的一种装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。
27
图5－4 沼气内燃机发电系统的工艺流第程2图7页/共66页
图5－5是广东省佛山市利 用城市垃圾综合处理产生沼
气，用于发电的工艺流程图。
1—污泥进料口 2—发酵池 3—循环管道 4—循环泵 5—溢流管 6—沼气储气罐 7—沼气发动机 8—三相交流发电机 9—消化污泥阀10—沉淀池 11—溢流管 12—排渣阀 13—贮留池 14—排污管
4．我国发展和利用生物质能源的意义
（1）拓宽农业服务领域、增加农民收入 （2）缓解我国能源短缺、保证能源安全 （3）治理有机废弃物污染、保护生态环境 （4）广泛应用生物技术、发展基因工程
12
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5、世界生物质能发展前景与利用现状
作为新世纪的可替代能源之一，生物质能占到全 世界总能耗的15%，数量相当巨大，是21世纪能源供 应中最具潜力的能源。因它来自自然界，无污染，同 时又是可再生能源而引起各国的重视。根据EL Insights于2010年9月发布的报告，从2010年到 2015年，全球生物制造市场预计将从5,729亿美元增 加至6,937亿美元，相当于在此期间的复合年增长率 (CAGR)为3.9%。在今后几年，生物质在生物发电、 生物燃料和生物产品部门应用领域将大幅增长，生物 质发电的市场价值将从2010年450亿美元增加到 2020年530亿美元。
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沼气发电机原理：
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（2）沼气燃料电池发电
燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，当源源不 断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。依据电解质的不 同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧 化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能 的一种装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。
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图5－4 沼气内燃机发电系统的工艺流第程2图7页/共66页
图5－5是广东省佛山市利 用城市垃圾综合处理产生沼
气，用于发电的工艺流程图。
1—污泥进料口 2—发酵池 3—循环管道 4—循环泵 5—溢流管 6—沼气储气罐 7—沼气发动机 8—三相交流发电机 9—消化污泥阀10—沉淀池 11—溢流管 12—排渣阀 13—贮留池 14—排污管
4．我国发展和利用生物质能源的意义
（1）拓宽农业服务领域、增加农民收入 （2）缓解我国能源短缺、保证能源安全 （3）治理有机废弃物污染、保护生态环境 （4）广泛应用生物技术、发展基因工程
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5、世界生物质能发展前景与利用现状
作为新世纪的可替代能源之一，生物质能占到全 世界总能耗的15%，数量相当巨大，是21世纪能源供 应中最具潜力的能源。因它来自自然界，无污染，同 时又是可再生能源而引起各国的重视。根据EL Insights于2010年9月发布的报告，从2010年到 2015年，全球生物制造市场预计将从5,729亿美元增 加至6,937亿美元，相当于在此期间的复合年增长率 (CAGR)为3.9%。在今后几年，生物质在生物发电、 生物燃料和生物产品部门应用领域将大幅增长，生物 质发电的市场价值将从2010年450亿美元增加到 2020年530亿美元。
人教版高中生物必修一第五章课件_PPT幻灯片
细胞呼吸的概念：
有机物在细细胞胞内内经过一系列的氧氧化化分分解解， 最终生成CO22或其他产物，并且释释放放出出能能量量的总 过程。又叫生物氧化。 实质：氧化分解有机物释放能量
问题探讨
1.呼吸作用与物质的燃烧有什么共同点？
两者的共同点是：都是物质的氧化分解过程； 都能产生CO2等产物，并且都释放出能量。26
主要场所：细胞质基质
酶 乳酸+少量能量 （马铃薯块茎、玉米胚、脊椎动物
肌细胞、乳酸菌）
无氧呼吸总反应式
C6H12O6 酶 2 C3H6O3(乳酸) + 少量能量
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官 （马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞等）
C6H12O6 酶 2 C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 例：大多数植物、酵母菌
（1）细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的？ （2）细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量？ （3）细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机
物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能 不用大量的能量就足以进行，而且糖类、脂肪中 储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细 胞又是怎样解决这一矛盾的呢？
有氧呼吸小结
①主要场所：线粒体
②能量去向： 一部分以热能形式散失 (1709kJ/mol,约60%) 另一部分转移到ATP中 (1161kJ/mol,约40%)
③总反应式：
C6H12O6+6O2酶 6CO2+ 6H2O +能量38个
④有氧呼吸概念：
ATP
细胞在_氧___的参与下，通过_多__种__酶__的催化作用，把 _葡__萄__糖__等有机物__彻__底__氧_化__分__解____，产生__C_O_2_和
第五章 生物质气化技术PPT课件
18
2 生物质气化的反应过程
④CO变换反应 CO＋H2O（g）→ H2 +CO2； ΔH＝-43.514KJ/mol
该式是制取以H2为主要成分的气体燃料的重要反应。也提 供甲烷化反应所需的H2。
当温度高于850℃时，此反应的正反应速度高于逆反应，有 利于生成H2，通常要求反应温度高于900℃。
1.1 生物质气化的概念 生物质气化的特点：
➢ 气化是将化学能的载体由固态转换为气态 ➢ 气化反应中放出的热量则小得多 ➢ 气化后的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能 ➢ 生物质转化为可燃气后，利用效率明显提高，用途更为广泛 ➢ 系统复杂，生成的燃气相对其他主要气体燃料而言热值较低，
不便于储存运输，须有专门的用户或配套的利用设施。
生物质完全燃烧理论空气量可根据元素分析计算：
V= 1 （1.866[C]+5.55[H]+0.7[S]+0.7[O]） 0.21
V为理论空气量(m3/kg) ；[C]为C元素含量%
实际空气需要量：
VL=φV
25
3 气化过程的几个基本参数
（2）气体产率
气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在 标准状态下的体积。 相关因素：
干燥层
湿料
气
体
干水 物分
100~250℃ 高温气流
氧化层燃烧
11
2 生物质气化的反应过程
2.2 热分解反应
秸秆受热后发生裂解反应，大部分的挥发分从固体中分离出去。 裂解需要大量热量，温度降到400~600℃。裂解反应方程式为：
CH1.4O0.6=0.64C+0.44H2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4
2 生物质气化的反应过程
④CO变换反应 CO＋H2O（g）→ H2 +CO2； ΔH＝-43.514KJ/mol
该式是制取以H2为主要成分的气体燃料的重要反应。也提 供甲烷化反应所需的H2。
当温度高于850℃时，此反应的正反应速度高于逆反应，有 利于生成H2，通常要求反应温度高于900℃。
1.1 生物质气化的概念 生物质气化的特点：
➢ 气化是将化学能的载体由固态转换为气态 ➢ 气化反应中放出的热量则小得多 ➢ 气化后的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能 ➢ 生物质转化为可燃气后，利用效率明显提高，用途更为广泛 ➢ 系统复杂，生成的燃气相对其他主要气体燃料而言热值较低，
不便于储存运输，须有专门的用户或配套的利用设施。
生物质完全燃烧理论空气量可根据元素分析计算：
V= 1 （1.866[C]+5.55[H]+0.7[S]+0.7[O]） 0.21
V为理论空气量(m3/kg) ；[C]为C元素含量%
实际空气需要量：
VL=φV
25
3 气化过程的几个基本参数
（2）气体产率
气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在 标准状态下的体积。 相关因素：
干燥层
湿料
气
体
干水 物分
100~250℃ 高温气流
氧化层燃烧
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2 生物质气化的反应过程
2.2 热分解反应
秸秆受热后发生裂解反应，大部分的挥发分从固体中分离出去。 裂解需要大量热量，温度降到400~600℃。裂解反应方程式为：
CH1.4O0.6=0.64C+0.44H2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4
生物质资源转化与利用 第五章 生物质直接气化技术
5.1.1 生物质气化原理
生物质气化都要通过气化炉完成。典型的下吸收式生物质 气化过程通常包括生物质的干燥、热解、氧化和还原4个阶 段，这4个阶段在气化炉中对应形成4个区域。 以气体在炉内自上而下流动的气化炉工作情况，介绍生物质 气化原理 1）干燥层 100~250 oC的高温作用下，生物质中的自由水和结合水被加 热析出，此过程比较缓慢，需要大量的热量。
主要缺点
系统复杂，生成的 燃气相对其他主要 气体燃料而言热值 较低，不便于储存 运输，须有专门的 用户或配套的利用 设施。
生物质气化的主要原料:
废木材、柴薪、秸秆、果壳、稻壳、木屑等。一般都是挥发分高、 灰分少、易裂解的生物质废弃物。
生物质气化的主要用途:
1）民用炊事与取暖 2）烘干谷物、木材、果品、炒茶等 3）发电 4）区域供热等 5）工业企业用蒸汽
2）热分解层 热解是指生物质的基本热解反应过程，可以看做是其纤维素、 半纤维素、木质素热解过程的综合体现。 生物质被加热到500~600 oC时，半纤维素、纤维素、木质素 热分解析出焦油、CO2、CO、氢气、甲烷等大量可燃气和生 物质炭。 CO 温度超过240 oC 左旋葡萄糖酐 温度进一步升高 CO2 纤维素 单糖、多糖 大分子苷键断裂 碳碳和碳氧键断裂 水 脱水低聚糖
4）还原层 在没有氧气的条件下，生物质炭与气流中的 CO2、水、氢气 发生一系列反应，还原层没有氧气存在，CO2和水在这里还 原成 CO 和氢气，进行吸热反应，温度开始降低，一般温度 在700~900 oC。 C+CO2 → 2CO C+H2O(g) → CO+H2 C+2H2O(g) → CO2+2H2 CO+H2O(g) → CO2+H2 △H = +162.30 kJ △H = +118.74 kJ △H = +75.19 kJ △H = +43.56 kJ
生物质资源转化与利用 第五章 生物质直接气化技术
℃
干燥层 热解层 氧化层 还原层 喉 管 区 空气
热解层500-700
氧化层1000-1200
还原层700-900
1200 800 400 ℃
灰室
优点
结构简单，有效层高度几乎不变，运行稳定性好。负压 操作可随时打开填料盖，操作方便。运行可靠，燃气焦油含量低。 气流下行方向与热气流升力相反，使风机功耗增加； 可燃气须经过灰层和储灰室吸出，灰分较高；气体经高温层流出， 出炉温度较高。因此不适于水分大、灰分高且易熔结的物料。
水蒸气与生物质比为0.95
氢气气化：
是使氢气同碳及水发生反应生成大量甲烷，形成高热值燃气 （22.3~23.5MJ/m3标准状态气）的工艺。
优点：高质量气体燃料，用途广泛，效率高。 缺点： 反应需在高温高压且具有氢源的条件下进行，条件
苛刻，实际应用很少。
热分解气化：
热解气化是将农作物秸秆在热解炉中进行隔绝空气干馏, 获得以 CH4、H2为主的中热值可燃气, 同时获得木炭和木焦油等产品。 这种方法既不用氧气也不用外加热源，气体热值可达到 10.7 MJ/m3以上。
气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、
低温干馏气体、炭黑。
5.1.2 生物质气化工艺
不用： 热分解气化 气化介质 使用： 空气 氧气 水蒸气 混合气体 氢气
混合气体通常为 空气（氧气）与水蒸气
空气气化：
以空气为气化介质的自供热气化工艺系统。获得以CO为主的 低热值燃气。
惰性N2全部保留，燃气热值较低（5MJ/m3左右）
22260~23520
设备简单，自 无N2，热值高， 热值高，供 高质气，需氢 供热，热值低 高效 热与高C料 气，高压高温 锅炉、干燥 合成燃料、合成氨 热源、管网
干燥层 热解层 氧化层 还原层 喉 管 区 空气
热解层500-700
氧化层1000-1200
还原层700-900
1200 800 400 ℃
灰室
优点
结构简单，有效层高度几乎不变，运行稳定性好。负压 操作可随时打开填料盖，操作方便。运行可靠，燃气焦油含量低。 气流下行方向与热气流升力相反，使风机功耗增加； 可燃气须经过灰层和储灰室吸出，灰分较高；气体经高温层流出， 出炉温度较高。因此不适于水分大、灰分高且易熔结的物料。
水蒸气与生物质比为0.95
氢气气化：
是使氢气同碳及水发生反应生成大量甲烷，形成高热值燃气 （22.3~23.5MJ/m3标准状态气）的工艺。
优点：高质量气体燃料，用途广泛，效率高。 缺点： 反应需在高温高压且具有氢源的条件下进行，条件
苛刻，实际应用很少。
热分解气化：
热解气化是将农作物秸秆在热解炉中进行隔绝空气干馏, 获得以 CH4、H2为主的中热值可燃气, 同时获得木炭和木焦油等产品。 这种方法既不用氧气也不用外加热源，气体热值可达到 10.7 MJ/m3以上。
气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、
低温干馏气体、炭黑。
5.1.2 生物质气化工艺
不用： 热分解气化 气化介质 使用： 空气 氧气 水蒸气 混合气体 氢气
混合气体通常为 空气（氧气）与水蒸气
空气气化：
以空气为气化介质的自供热气化工艺系统。获得以CO为主的 低热值燃气。
惰性N2全部保留，燃气热值较低（5MJ/m3左右）
22260~23520
设备简单，自 无N2，热值高， 热值高，供 高质气，需氢 供热，热值低 高效 热与高C料 气，高压高温 锅炉、干燥 合成燃料、合成氨 热源、管网
生物质转化工程 ppt课件
煤化工及石油化工对生物质利用的启示
催化裂化
核心技术开发
原料: • 稳定 • 大规模供应
固定床
移动床
技术: • 催化剂 • 工艺
提升管
产品: • 燃料, • 化学品
煤化工及石油化工对生物质利用的启示
热电厂 2.8 Billion Ton
二氧化碳减排
石油化工
1.1 Billion Ton
CO2
Emission
这些特性显示出PTT美好的工业化前景，它不仅可以作为新型合成纤维在地毯和 纺织品方面有着广阔的应用前景，而且在工程热塑性塑料领域也有巨大的应用 潜力，因此PTT将成为PET、PBT、尼龙66等聚合物的强劲竞争对手。
NREL’s Definition
美国国家再生能源实验室 （U.S. National Renewable Energy Laboratory, NREL）:
以生物质为原料，将生物质转化工艺和设备相结合，用 来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。
生物炼制过程与产品
生物质
成份分离
碳水化合物
淀粉
生
- 食物; - 生物塑料; - 溶剂; -纤维; -生物洗涤剂; -化学品 -燃料 - …….
废弃物
生物质炼制：生物催化与化学催 化的有机结合
生物质
生物催化 化学催化
物理方法 ……
热、电
燃料 化学品 材料
生物合成气平台
生物炼制：以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、 物理方法或这几种方法集成的方法，生产一系列化学品、 材料与能源的新型工业模式。 Science, 2006, 311: 484-498
1,3-丙二醇
1,3-丙二醇
PTT
生物质的热化学转换 ppt课件
PPT课件
10
PPT课件
11
生物质气化发电
• 生物质气化发电技术又称生物质发电系统，简单 地说，就是将各种低热值固体生物质能源资源 （如农林业废弃物、生活有机垃圾等）通过气化 转换为生物质燃气，经净化、降温后进入燃气发 电机组发电的技术。
PPT课件
12
发电方式
• 生物质气化发电可通过三种途径实现：生物质气化产生燃气作 为燃料直接进入燃气锅炉生产蒸汽，再驱动蒸汽轮机发电；也 可将净化后的燃气送给燃气轮机燃烧发电；还可以将净化后的 燃气送入内燃机直接发电。在发电和投资规模上，它们分别对 应于大规模、中等规模和小规模的发电。
② 干馏。将木材原料在干馏釜中隔绝空气加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗 聚剂、木馏油和木炭等产品的方法。
③ 热解液化。把林业废料及农副产品在缺氧的情况下中温（500~650℃）快 速加热，然后迅速降温使其冷却为液态生物原油的方法。
PPT课件
15
PPT课件
16
生物质直接液化
• 生物质直接液化是在较高压力下的热化学转化过程，温度一般 低于快速热解，热体产物的高位热值可达25~30MJ/kg，明显 高于快速热解液化，但因其技术成本高目前还难以商业化。
6
生物质气化炉
• 生物质气化炉是气化反应的主要设备。生物质气化技术的基本应用 方式主要有以下四个方面：供热、供气、发电和化学品合成。生物 质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送各 入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。此类系统相对简单， 热利用率较高。气化率可达70%以上，热效率也可达85%。
• 20世纪70年代，能源危机的出现，重新唤起了人们对生物质 气化技术的兴趣。以各种农业废弃物、林业废弃物为原料的 气化装置生产可燃气，可以作为热源， 或用于发电，或生产 化工产品（如甲醇、二甲醚及氨等）。
生物质转化优秀课件
(9)
40 到 1,090 万吨
(10)
123
内蒙古 河北
黑龙江 3,729.85 吉林
辽宁
4,900.77
山西
山东
4,900.77
陕西
河南 5,297.46
江苏 3,900.45
湖北
安徽
浙江
湖南
江西
广西
广东
人工种植能源作物
光皮树
麻疯树
光棍树
蓖麻
甘薯
甘蔗
薪
炭
林 象草
芦竹
我国可供利用的边际性土地约6千万公顷， 能源作物种植可有效扩大生物质利用规模。
2.3% 工业用
24% 饲料
58.7% 可用作能源
生物质的能源化利用
生物质—秸秆
生活用能 热/电
液体燃料
世界各大国开发生物质能源化的进展
1）美国生物质能占总能源消耗的4%，规划2020 年将达12％
2）欧洲生物质约占总能源消费量的2%，规划 2020年生物质燃料替代20%的化石燃料
3）日本生物质约占总能源消费量的0.9%，规划 2010年达2%
7. 生物质资源比原油有更大的灵活性。原油的组成和 性质与一系列地理因素有关，
生物质的结构单元具有结构多样性，可用于生产不同 的产品。
生物质作为化学化工原料的缺点
1.在经济上没有竞争力。 石油工业已经相当成熟，已经形成了大规模。高效率 的生产系统。 利用生物质作原料的化学工业体系仍处于研发阶段。
4.增大生物质的使用量可增长原油的使用时间，为可 持续发展做出贡献，为一些必须使用原油为原料的产 品的生产提供保证；
5.使用生物质可减少大气中CO2浓度的增加，从而延 缓温室效应；
生物质能转化利用方式 ppt课件
液化是把固体状态的生物质经过一系列化学加工过程使其转化成液体燃料主要是指汽油柴油液化石油气等液体烃类产品有时也包括甲醇乙醇等醇类燃料最新版整理ppt生物质燃烧技术是传统的能源转化形式是人类对能源的最早用利
PPT课件
生物质能转化利用方 式
主讲：赵## 制作：解##
1
PPT课件
生物质能：
生物质能(biomass energy ) ，就是太阳能 以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即 以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源 于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、 液态及气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一 种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳 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，但目前的利用率不到3%。
直接液化: 液化是把固体状态的生物质经过一 系列化学加工过程，使其转化成液体燃料(主要是 指汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有 时也包括甲醇、乙醇等醇类燃料)的清洁利用技术
7PPΒιβλιοθήκη 课件 燃烧：（人类对能源的最早用利）
8
PPT课件
燃烧法应用生物质能：
生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，是 人类对能源的最早用利。生物质燃烧所产生的 能源可应用于炊事、室内取暖、工业过程、区 域供热、发电及热电联产等领域。炊事方式是 最原始的利用方式，主要应用于农村地区，效 率最低，一般在15％一20％左右。人们通过 改进现有炉灶，以提高燃烧效率及热利用率。
14
PPT课件
谢谢！
15
生物质压缩成型的设备一般分为螺 旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压成型。 将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃 物挤压成固体燃料，能源密度相当于中 等烟煤，可明显改善燃烧特性。生物质 成型燃料应用在林业资源丰富的地区、 木材加工业、农作物秸秆资源量大的区 域和生产活性炭行业等。
PPT课件
生物质能转化利用方 式
主讲：赵## 制作：解##
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生物质能：
生物质能(biomass energy ) ，就是太阳能 以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即 以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源 于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、 液态及气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一 种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳 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，但目前的利用率不到3%。
直接液化: 液化是把固体状态的生物质经过一 系列化学加工过程，使其转化成液体燃料(主要是 指汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有 时也包括甲醇、乙醇等醇类燃料)的清洁利用技术
7PPΒιβλιοθήκη 课件 燃烧：（人类对能源的最早用利）
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燃烧法应用生物质能：
生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，是 人类对能源的最早用利。生物质燃烧所产生的 能源可应用于炊事、室内取暖、工业过程、区 域供热、发电及热电联产等领域。炊事方式是 最原始的利用方式，主要应用于农村地区，效 率最低，一般在15％一20％左右。人们通过 改进现有炉灶，以提高燃烧效率及热利用率。
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谢谢！
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生物质压缩成型的设备一般分为螺 旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压成型。 将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃 物挤压成固体燃料，能源密度相当于中 等烟煤，可明显改善燃烧特性。生物质 成型燃料应用在林业资源丰富的地区、 木材加工业、农作物秸秆资源量大的区 域和生产活性炭行业等。
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油脂通过醇解反应生产的柴油燃料
CH2OOC R1 CHOOC R2 CH2OOC R3
+ 3CH3OH
CH3OOC R1 CH3OOC R2 CH3OOC R3
CH2OH + CHOH
CH2OH
三 甘 酯 甲 醇
脂 肪 酸 甲 酯
生物柴油
甘 油
甲 醇：也可以用乙醇替代，但甲醇价廉 生物柴油：主要由C16-C18脂肪酸甲酯组成
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生物柴油的性能特征
生物柴油在下述方面具有比普通柴油优良的性能：
➢ 具有较好的润滑性能，使发动机的磨损降低，延长使 用寿命；
➢ 闪点高，在运输，储存，使用方面的安全性好； ➢ 十六烷值高,燃烧性能好； ➢ 硫、芳烃含量低，含氧量高，燃烧残碳低，排放好
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生物柴油的用途
直接用作车用优质柴油，即100%生物柴油（B100） 与石油柴油调配使用，品种有2%、5%、10%和20%，即B2、
Hydrodeoxygenation Zeolite upgrading
Alkyl benzenes, pAhroemnoaltsics, coke
C5 Sugars
(Xylose)
Dehydration
Furfural
Aqu. Phase Proc.
C8-C13 n-Alkanes, Alcohols MTHF (Methyltetrahydrofuran)
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跨国石油和粮油集团纷纷进军生物柴油领域
Chevron Technology Ventures LLC
➢ 获得Galveston Bay Biodiesel 22%股权，2006年底在 Texas建设生物柴油生产和分销设施
DOW化学与世界能源联合生产生物柴油
法国Total公司和芬兰Neste公司合作建设新一代生 物柴油装置，2008年投产
规划2010年产量达到800～1000万吨
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美国生物柴油发展概况
利用丰产的大豆为原料发展生物柴油 2003年，销售量为8万吨 2005年11月份美国的全国生物柴油协会估计，大约45家公司
正在积极生产生物柴油 据2006年1月份“生物杂志（Biodiesel Magazine）”报导，
美国2006年将建成15个生物柴油厂，总能力75万吨，同时扩 建3个生物柴油厂，扩建能力为15万吨 2007年9月，美国生物柴油协会称：美国共有148个生物柴油 厂，但一部分未运转 美国规划2011年生物柴油生产115万吨，2016年到330万吨
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生物质原料
农林废弃物等木质生物质资源
木质素 .
低品位油脂
生物航空燃料
Jet fuel: 10% in a typical refinery
Technology, Fuels, Operations & Infrastructure Potential Role for Carbon Credits to Bridge
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国外以精制原料油生产生物柴油的工艺
普遍采用液碱催化二段酯交换工艺
Biodiesel Industries BioSource Fuels, LLC Energea -- Klosterneuburg, Austria Superior Process Tech. Crown Iron Works Bratney Companies Westfalia Separator, Inc. Pacific Biodiesel Renewable Products Development Laboratories Biodiesel International
联美实业（美国）阗仁德环保能源有限公司在 上海建5万吨/年生物柴油厂
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（三）
发展生物柴油产业的关键是原料
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原料对生物柴油生产的影响
植物油的价格占成本的70～85％ 植物油性质和组成决定加工流程与产品方案 油料亩产量影响生产装置规模
（几千吨～25万吨/年）
油料收集、运输、物流半径和油品市场影响厂址选择 原料供应有季节性 往往需要采用多种原料以保证连续生产
Alkyl esters (Bio-diesel) C1-C14 Alkanes/Alkenes
Green diesel/green jet Direct Use
Zeolite Aqueous or S.C. Reforming
Aromatics, alkanes, coke Hydrogen
G.W. Huber, S. Iborra, A. Corma; Chemical Reviews 106, 4044 (2006).
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我国发展生物柴油的原料
——不与食用粮油争地
提供价廉油源——林业原料：
➢ 麻风树油、黄连木油、橡胶籽油等 ➢ 但有一个培育过程
目前的主要原料——废弃油脂：
➢ 餐饮业废油 ➢ 榨油厂下脚料 ➢ 废弃动物脂肪
利用东南亚棕榈油、麻疯果油等
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（四）
国外生物柴油生产工艺 的现状与发展趋势
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什么是生物柴油
B5、B10、B20柴油 车用燃料润滑添加剂，能改善低硫柴油的润滑性 非车用柴油的替代品，如船用、炉用、农用 机械加工润滑剂，脱模剂 优质溶剂油，如用作脱漆剂、印刷油墨清洗剂、粘合剂
脱除剂，可用于工业清洗、脱漆、电子、航天工业、家 用、食品加工、沥青处理 用于代替脂肪酸生产精细油脂化学品
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Potential role for carbon credits
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芳香烃及酚类化合物
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煤直接液化是热与催化协同作用的典型过程
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生物质能源不同转化技术
热化学
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石油化工
• 以催化裂化及加氢裂化为核心 • 处理液态原料 • 生产交通燃料及化学品
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煤化工
• 处理固体原料 • 生产电力、热、液体燃料等多种
Hydrodeoxygenation Zeolite Upgrading
Emulsions
Aromatics, hydrocarbons Aromatics, light alkanes, coke
Direct Use
Lignin
(coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohols)
传递等 • 生物质能源概述、生物质热解气化基础等
课程安排
第五周：生物柴油 第六周：生物质热解及热解油精制 第七周：生物质气化及化学合成 第八周：生物质水热转化及生物基化学品
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生物质热化学转化
生物柴油
方云明 北京化工大学化学工程学院
化学工程楼A410 fangym@
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Hydrogen Methanol Alkanes
Gasoline Olefins
Biomass Feedstocks Cellulosic Biomass (wood, wood wastes, corn Stover, switch grass, agricultural waste, straw, etc.) Chemical Structure: cellulose, hemicellulose, lignin
使用生物柴油的注意事项
对橡塑部件具有溶胀性，与有些管路和垫圈不兼容
凝固点高（1.7-15.6℃），低温流动性不如普通柴油
氧化安定性差，可加添加剂改善
单位能量稍低，但燃烧完全可以弥补
典型2号柴油 生物柴油B100
热量单位/1b 18300 16000
热量单位/gal 129050 118170
（一） 生物柴油的性质及其用途
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什么是生物柴油
油脂通过醇解反应生产的柴油燃料
CH2OOC R1 CHOOC R2 CH2OOC R3
+ 3CH3OH
CH3OOC R1 CH3OOC R2 CH3OOC R3
CH2OH + CHOH
CH2OH
三 甘 酯 甲 醇
脂 肪 酸 甲 酯
生物柴油
甘 油
甲 醇：也可以用乙醇替代，但甲醇价廉 生物柴油：主要由C16-C18脂肪酸甲酯组成
Fast Pyrolysis Liquefaction
Corn Stover Bagasse
Corn
Sugarcane
Pretreatment & Hydrolysis
Corn Grain Hydrolysis
Steam-Reforming
Bio-oils (Sugars, Acids, Aldehydes, Aromatics)
获2010年全国优秀博士论文奖
香港科技大学
2008.1-2013.2
2009.2-2010.2
中国科学院青岛生物能源与过程研究所 美国亚利桑那州立大学
中国科学院卢嘉锡青年人才奖
从事微藻生物燃料研究
2013.10北京化工大学
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生物质利用概括图
Gasification
Syn-gas CO + H2
Water-gas shift MeOH Synthesis Fischer-Tropsch Synthesis
不同原料生产的生物柴油性质有差异
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（二） 油价飙升加速了国内外
生物柴油的发展
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欧盟生物柴油发展概况
欧盟为了履行“京都议定书”中减轻地球 温室效应的承诺，大力发展生物柴油
欧洲生物柴油的产量：
➢ 2002年，107万吨 ➢ 2003年，143万吨 ➢ 2004年，193万吨 ➢ 2005年，338万吨 ➢ 2006年，398万吨
Fermentation
APD/H
Ethanol, Butanol C1-C6 n-Alkanes
Triglycerides (Vegetable Oils, Algae)