生物质能源的生产及利用

市场竞争力尚较弱
Ⅱ区：较高补贴才能 实现产业化的技术
技 术 成 熟 程 度
糖淀粉乙醇 植物油油柴油
综 Ⅲ区： 较低补贴即可实 合 现产业化的技术 效 益 平 大型沼气 衡 工业供热 点 成型燃料
废油柴油
燃烧发电
气化发电 纤维素乙醇 热解液化
窑炉燃料
工业示范水平
化工品利用 气化合成
生物丁醇 航空燃料 生物质制氢 能源藻利用 Ⅳ区： 急需探索的新型利 用模式
存带来不利条件
生物质能利用技术
直接燃烧和发电
直接燃烧 有机物质+O2 CO2 H 2O 热量
烧木材的锅炉
炉灶燃烧技术：农用炉灶10% 15% 省柴灶30% 燃料种类：木材炉、颗粒燃烧炉、薪柴炉、秸秆炉 锅炉燃烧技术 燃烧方式：流化床锅炉、层燃炉 生物材发电：72%废木材、18%城市垃圾、4%煤气和1%沼气
具备 赢利能力
生 物 质 热 解 液 化
生 物 质 发 酵 制 备 丁 醇 等
气 化 合 成 燃 料
催 化 制 备 航 空 燃 料
进入 应用示范
能 源 植 物
能 源 藻
突破 原理创新
产 业 化 时 间
目 录
1、生物质能源简介
2、沼气的生产及利用现状
3、存在的问题 4、思路、进展和收益 5、前景及展望
2)再生塔
再生塔分
为上、下两 段。上下塔
可以是异径
的， 是一个常压
设备，为了
安装和制作 方便，也可
以制成上下
塔同一直径.
加压水洗法
压力水洗脱碳工艺，其主要过程是利用CH4和CO2在水中溶解度的差 异，利用水吸收脱除沼气中的CO2的过程，甲烷浓度可根据循环水流量
进行控制，浓度最高可达95%。加压是为了能够在降压过程中将CO2较
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脱碳原则流程
碳化气 再生气
吸收液制备
吸 收 系 统
溶液 再生
原料气
热源
二段吸收、二段再生流程
冷却器
CO2气
脱碳气
冷却器
流程特点：节省蒸汽 净化度高
再 生 塔
吸 收 塔
原 料 气
水 力 透 平
蒸 汽
再 沸 器
(1)吸收塔 吸收塔是加压设备。 采用两段吸收，进入 上塔的溶液量仅为整 个溶液量的四分之一 到五分之一，同时气 体中大部分二氧化碳 又都在塔下部被吸收， 因此全塔分成上下两 段：上塔直径较小而 下塔直径较大。
Байду номын сангаас物转换技术
原料：
蔗糖渣、淀粉、纤维素
畜牧废弃物、农业废弃物、工业有机废水、生活污水、垃圾填埋
糖类(发酵、蒸馏） 酒精 淀粉类（蒸煮、糖化、发酵、蒸馏） 沼气 秸秆、杂草、水生植物、人畜粪便、各种有机废水
目 录
1、生物质能源简介
2、沼气的生产及利用现状
3、存在的问题 4、思路、进展和收益 5、前景及展望
H2S：有毒、恶臭，直接燃烧可不去除，用于内燃机时为防 腐蚀，应进行脱硫处理
平均热值：约21 520 kJ/m3
合1.45立方煤气或0.69立方天然气
沼气发生及综合利用（传统模式）
沼气生产及利用（工业模式）
沼气技术的利用
民用燃气 家用燃气灶、热水器 小型供暖热水炉等
沼气
发电
内燃机驱动发电
车用燃气
加压水洗法
生物天然气 一级解压气回流 分子筛脱水
活塞压缩机
制冷机组 二氧化碳吸收塔
减压阀
循环水泵
二级解析塔
二氧化碳
空气
加压水洗法
沼气与循环水增压：采用空气压缩机对沼气进行增压，其中1-2台配备 变频电机，用于在沼气净化过程中进行流量调节，并进行余热回收。 循
环水增压可选择大流量离心泵或者柱塞泵并联运行，在吸收塔下部可以
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化学溶剂法
化学溶剂法是以碱性溶液吸收H2S及CO2等，并于再生
时又将其放出的方法，包括使用有机胺的MEA法、DEA法、 DIPA法、DGA法、MDEA法及位阻胺法等。
化学溶剂法
常规胺法
选择性胺法
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化学溶剂法
甲基二乙醇胺法(MDEA) 1.选择性好。由于MDEA水溶液与H2S反应比CO2快 的多，在脱除H2S的同时只能脱除部分CO2； 2.节约能量。与MEA法相比，MDEA法溶液浓度高， 酸气负荷高，溶液循环量小，加之解析热低和CO2吸收量 低，可大大降低工艺过程所需能量； 3.腐蚀轻微。与MEA法相比，该法解析温度较低，再 生系统腐蚀轻微； 4.稳定性好。不与CO2环化成恶唑烷酮类或衍生成其 它变质产物，也不会因原料气含CS2或COS而变质，故不 需设复活设施； 5.溶剂损失小。MDEA蒸气压低，故气相损失小；该 溶剂稳定性好，变质损失亦小。
热化学转换技术
原料：木材、稻壳、农作物秸秆
高温 气化法 CO、H 、CH 、水蒸气及其它少量碳氢化合物 供氧不足 隔绝空气 热分解法 固体、气体、液体燃料 液化法 高压 液体产品 低温
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用作燃料 液体、气体 提炼、净化，合成为其它产品 产品 燃烧或气化 固体（炭、木炭） 吸附剂、代替焦炭
沼气脱硫脱碳方法
化学溶剂法
其他方法
物理溶剂法
沼气 脱硫脱碳
间歇法 化学-物理 溶剂法
直接转化法
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化学溶剂法
化学溶剂(主要是醇胺类) 法是沼气脱硫中使 用最为频繁的方法，迄今仍处于主导地位。
在低操作压力下，它们比物理溶剂或混合溶 剂更为适用，因为此时H2S 等酸气的脱除过程主 要为化学过程所控制，而较少依赖于组分的分压。 而且,化学溶剂对烃类的溶解度很小，不会造成大 的烃损失。
增加水轮机，回收水的压力能。 吸收塔设计：吸收塔操作压力设计为1.0MPa，方便产品气经过脱水后 无需增压直接进入管网(0.8MPa)。一级解吸塔设控制解析压力在0.42MPa
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化学溶剂法
与MDEA和其他醇胺相比，采用合适的MDEA配方溶 液脱硫脱碳可明显降低溶液循环量和能耗，而且其降解率 和腐蚀性较低，故目前已在国外获得广泛应用。
影响醇胺溶液脱硫脱碳装置投资、运行费用最主要的
参数是溶液的循环量和重沸器能耗，而这些参数又与原料 气中酸性组分含量、吸收塔压力、温度、净化气质量要求
以及所选用溶液的性能有关。
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化学溶剂法
但是这些配方溶液也给MDEA溶液带来了一些 负面影响：
1.降低了胺液有效浓度。磷酸等加入MDEA溶液实际 上形成了无法再生的热稳定盐，这就降低了溶液内有效胺 液浓度。有效胺液浓度的降低将使可操作的气液比下降， 气液比下降不仅使能耗增加，也会造成CO2共吸收率的上 升； 2.使溶液的腐蚀性增强。“配方”中的酸形成的热稳定 盐将使溶液的腐蚀性增强。
生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 从根本上说，生物质能来源于太 阳能，是取之不尽的可再生能源 和最有希望的“绿色能源”。
生物质能特点
优点
• 可再生 • 低污染
• 普遍易取 • 可储存运输 • 气化较容易
缺点
• 能量密度低 • 重量轻、体积大，给运输
带来难度 • 风雨雪火等外界因素为保
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生物质能源 的生产及利用
新疆化工设计研究院 姜涛
15099565995
目 录
1、生物质能源简介
2、沼气的生产及利用现状
3、存在的问题 4、思路、进展和收益 5、前景及展望
1、生物质能源简介
太阳能 H 2O CO2 CH 2O O2 植物
呼吸作用消耗
光合
太阳能
作用
绿色植物
问题症结
由于上述问题的存在，导致沼气生产利用的市 场前景不好，沼气中的主要组份——甲烷没有充 分地体现其清洁燃料的价值，受能量密度低，生 产、输送半径小等制约，未能象石油化工一样形 成现代化的产业链。沼气用作民用，负荷波动大， 生产受制约，用作锅炉燃料或发电，其主竞争对 象是煤炭，价格处于绝对劣势，由此导致沼气生 产利用的步履艰难。
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化学溶剂法
MDEA配方溶液
MDEA 配方溶液系以MDEA为主剂、在溶液中加有改 善其某些性能的化学剂。当沼气中含少量H2S且CO2/ H2S 比值较高，但CO2含量不是很高且不需深度脱除CO2 时， 就可考虑采用合适的MDEA配方溶液。
MDEA配方溶液是一种高效气体脱硫脱碳溶液,它通过 在MDEA溶液中复配不同的化学剂来增加或抑制MDEA 吸 收CO2的动力学性能。 因此，有的配方溶液可比MDEA具有更高的脱硫选择 性，有的配方溶液也可比其他醇胺溶液具有更好的脱除 CO2效果。
改进气质
提高热值
生产
改进布局、规范建设环节、提 升安全要求、加强安全管理
利用
扩大规模、增强适应负荷能力
沼气生产及利用
沼气生产和利用总体可划分为三个环节
厌氧发生 沼气净化 处理 输配及 利用
净化处理环节
根据前述的思路，改善气质、提高热值，其主要环节在于沼气 的净化处理，在此基础上，才具备大规模储备、输配的可能， 以适应用户负荷变动。
I 区：急需加强研 发的先进技术
市场竞争力
沼气工程的竞争力不够强
生 物 质 气 化 燃 气 代 替 燃 油 燃 气
竞 争 能 力
沼 气 工 程 及 生 物 燃 气 利 用
生 物 质 直 燃 发 电
淀 粉 制 备 燃 料 乙 醇
废 油 制 备 生 物 柴 油
生 物 质 气 化 发 电
生 物 质 工 业 供 热 和 生 活 采 暖
自然界将过程中产生的废物循环利用
技术已有足够的成熟度
沼气利用 燃烧发电 燃料乙醇 生物柴油 成型燃料 气化发电 热解液化 纤维素乙醇 气化合成 化工品制备 航空煤油 生物制氢 能源微 藻微生物电池
液体燃料 16%
发电 23%
成型燃料 10%
沼气 51%
随着低碳能源政策的落实，生物质 能源产业将成为重要的能源供应方 式之一。
2、沼气的生产及利用现状
什么是沼气？
沼气——沼泽？
甲烷
二氧化碳 其他 甲烷
CH4（50%~70%）
CO2（30%~40%） H2、N2、CO、H2S、NH3
2、沼气的生产及利用现状
微生物在厌氧条件下对有机物质进行分解代谢的产物
• CH4：气体燃料，浅蓝色火焰、对水的溶解度极小
•
•
CO2：用石灰水吸收形成碳酸钙沉淀
沼气的净化
沼气净化的主要任务是脱硫、脱碳、脱水
沼气脱硫脱碳有多种多样的工艺，但主导 工艺是胺法及加压水洗法，新技术有：膜 分离法、生化脱硫法、变压吸附(PSA)法； 脱水通常使用低温分离法，需要深度脱水 时则用分子筛法，新技术有：膜分离法、 超声速脱水等。
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目 录
1、生物质能源简介
2、沼气的生产及利用现状
3、存在的问题 4、思路、进展和收益 5、前景及展望
4、思路、进展和收益
造成沼气缺乏竞争力的主要问题在于竞争对手（煤）选择不当，如果选择油、
气等能源品种为竞争对手，拓展其价格升值空间，潜在的优势将发挥出来。需要
针对其劣势解决规模化、品质差、稳定性、安全性等问题。
燃气汽车
沼气技术的利用
沼液、沼渣的利用
植物
植物通过光合作用将CO2和水转 化成有机物（多糖等） 动物摄取植物果实等，转化为脂 肪酸、氨基酸等，自粪便排出 微生物分解植物多糖及动物粪便 等，产生沼气及沼液、沼渣（是 优良的肥料，用作促进植物生长）
植物
动物 微生物
微生物
动物
通过沼气技术的利用，人类获得了清洁的燃料，
3、存在的问题
CO2含量高、甲烷纯度低
热值低
规模小
规范化、工业化 的生产装置少
气质差
含硫高、含水高
安全性差
供气压力低，缓冲容 量小，难以应对负荷 变化
不稳定
已建成和在运行的 沼气工程存在安全 隐患： 布局不合理，工程 建设不规范； 设备设施、管线缺 陷较多； 防火、防中毒窒息 措施不到位； 建设及运行管理人 员对沼气工程安全 认识不到位 安全事故频发
容易解吸出来，从而实现沼气净化工程的连续运行，在1Mpa下，CH4和 CO2分离度是25。
制冷：在大规模沼气净化过程中，低温运行有助于降低能耗，因此需 要将体系内的循环液体降温至5oC左右。从气柜出来的气体经过制冷机
组降温至5oC 后进入吸收塔逆流操作。在此过程中，对制冷剂产生的热 量进行回收，最终与沼气压缩机的余热回用并用余热回用系统。
草食动物
肉食动物
残枝败叶等
遗体及粪便等
遗体及粪便等
微生物
生物质：由光合作用而产生的各种有机体，包括所有动物、
植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机 物质。是地球上存在最广泛的物质。
生物质能：蕴藏在生物质中的能量。是把太阳能转化为化 学能后固定和贮藏在生物体内的能量。它是一种唯一可再