能源化学-生物质能源
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物质的大部分挥发组分可在4ห้องสมุดไป่ตู้0C左右释放出， 而煤在800C 才释放出30％左右的挥发组分；
燃烧过程污染相对低
生物质灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；
容易气化 储量大、分布广泛、易于获得
地球上每年生物质能总量约 1400-1800亿吨(干 重），相当于目前每年总能耗的十倍
属于可再生能源 生物质能量密度低，燃料热值低
生物质能的利用与转化技术
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质 直接燃烧
生物质能源
生物质燃烧
生物质燃烧可能涉及的过程
(1) 生物质中水的蒸发过程；
❖ 即使经过数年干燥的木材,其细胞结构中仍含有15
%～20 %的水;
(2) 挥发分（低分子量物质）的释放、燃烧 ；
(3) 纤维素与半纤维素等受热分解、气化、燃烧；
生物质能源
生物质能概述
What is biomass energy ?
是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光
合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能
量。
CO2 + H2O {CH2O} + O2
通过光合作用，植物 每年转化约2000亿吨的C02 中的碳为碳水化合物，并 存储了3ⅹ1013GJ的太阳能， 相当于目前世界能源消耗 量的10倍左右。
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质与煤的联合燃烧：
➢可以改善煤的着火性能
生物质的挥发分初析温度远低于煤,使得着火 燃烧提前，最大燃烧速率前移的趋势，获得更 好的燃尽特性。
➢可以提高煤的利用率
生物质在燃烧的过程中放热比较均匀，而单一 煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期。煤中与 生物质混和,可以改善燃烧放热的分布状况,对 于燃烧前期的放热有增进作用。
(4) 过渡阶段：木质素高温炭化、着火。
(1)(4) 固定碳的燃烧：
❖ 在完全燃烧条件下，能量完全释放，生物质完全转
变为灰烬。
生物质能源 生物质直接燃烧
生物质燃烧
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质燃烧动力学
生物质的燃烧过程是从挥发分的着火燃烧开 始，燃烧过程受挥发分的热解释放过程控制
A（固） B（固）+ C(气)
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质直接燃烧技术
—— 锅炉燃烧
锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质 作为锅炉的燃料燃烧，以提高生物质的利用效 率，适用于相对集中、大规模地利用生物质资 源。
生物质燃料锅炉的种类很多，按照锅炉燃 用生物质品种的不同可分为：木材炉、薪柴炉、 秸秆炉、垃圾焚烧炉等；按照锅炉燃烧方式的 不同又可分为流化床锅炉、层燃炉等。
如玉米。薯类作物等。
➢ 纤维素类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙 醇；也可转化为气体、液体和固体燃料。如速生 林木、芒草等。
➢ 油料类能源植物：提取油脂后生产生物柴油。 如油菜、花生等油料作物。
➢ 烃类能源植物：提取含烃汁液，产生接近石油 成分的燃料。
生物质能源
生物质能概述
生物质能源、资源的特点
挥发组分高，易燃，燃烧相对充分；
d
E
Ae RT
f
( )
dt
--- 转化率 f ( ) ---挥发分热解释放函数
E --- 表观活化能
生物质能源
生物质能利用与转化
固定碳的燃烧
C + O2 = CO2 ＋408.86 KJ/mol C + 1/2 O2 = CO ＋123 .45KJ/mol 2CO + O2 = CO2 ＋570.87 KJ/mol （高于700ºC）
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质 气化技术
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质气化
—— 将生物质转化为CH4、CO、H2等可燃气体
基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，
使较高分子的有机碳氢化合物裂解成较低分子量的高品位可 燃气体。
根据气化机理可分为热解气化和反应性气化, 其中后者 又可根据气化剂的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气 化、氢气气化及其这些气体的混合物的气化。
生物质能源
生物质能概述
光合作用的总过程
光化学反应 电子传递
↓
↓
太阳光能------→电能-------→活跃化学能（同化力）
·h
·e
ATP，NADPH2
（光反应）
↓
CO2＋H2O-----→稳定化学能
C6H12O6
（暗反应，酶促反应）
↓↓↓
生物质：n
(C6H12O6)
生物质能源
生物质能概述
光合效率
光合作用过程中，每分解一个水分子，释放一个O2分子，需转移4 个电子，而每个电子的转移要通过两个受激发的色素系统（光系统 I & II）接力进行，因而理论上需要8个以上的光量子。
每个摩尔的波长为680纳米的红光和波长为420纳米的紫光分别含能 180千焦耳和297千焦耳，都形成含热量 46.89千焦耳的1摩尔碳水 化合物（CH2O），其能量利用率分别为26％和16％。白光包括从 380～720纳米的各种波长的光量子，其能量利用率约为 20％。这 是叶绿素所吸收的光量子的理论最高能量利用率。
田间作物植被在光合层建成后的最佳期间，日光能的利用率可达 3～4％，整个植物生长季的光能利用率约为1～2％，全球表面平均 则为0.1％，
生物质能源
生物质能概述
能源植物
—— 以提供能源为目的的植物
➢ 糖类能源植物：可直接发酵生产燃料乙醇。如 甘蔗、甜高梁、甜菜等。
➢ 淀粉类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇。
水蒸气的反应
C + H2O +118kJ/mol → CO + H2 C + 2H2O +76kJ/mol → CO2 + H2 C + 2H2 → CH4 + 75 kJ/mol
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质直接燃烧技术
—— 炉灶燃烧
炉灶燃烧操作简便、投资较省，主要问题是 低效率。溢出的火苗和可燃烧气体使绝大多数的 热无法利用而白白浪费。以木材燃烧制沸水过程 而言,1m3 干木材含10GJ 能量,而使1L 水提高1 ℃ 需要412KJ 的热能,所以煮沸1L 水需要少于400KJ 的能量,数值上仅相当于40cm3 的木材——仅仅是 一根小树枝而已。可实际上在一个小的火炉上, 大概需要至少50 倍的木材,即效率不超过2% 。
根据采用的气化反应器的不同又可分为固定床气化、流 化床气化和气流床气化
生物质能源 生物质气化反应器
生物质能利用与转化
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质的反应性气化
在气化过程中使用不同的气化剂, 可以 得到三种不同质量的气化产品气，
燃烧过程污染相对低
生物质灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；
容易气化 储量大、分布广泛、易于获得
地球上每年生物质能总量约 1400-1800亿吨(干 重），相当于目前每年总能耗的十倍
属于可再生能源 生物质能量密度低，燃料热值低
生物质能的利用与转化技术
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质 直接燃烧
生物质能源
生物质燃烧
生物质燃烧可能涉及的过程
(1) 生物质中水的蒸发过程；
❖ 即使经过数年干燥的木材,其细胞结构中仍含有15
%～20 %的水;
(2) 挥发分（低分子量物质）的释放、燃烧 ；
(3) 纤维素与半纤维素等受热分解、气化、燃烧；
生物质能源
生物质能概述
What is biomass energy ?
是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光
合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能
量。
CO2 + H2O {CH2O} + O2
通过光合作用，植物 每年转化约2000亿吨的C02 中的碳为碳水化合物，并 存储了3ⅹ1013GJ的太阳能， 相当于目前世界能源消耗 量的10倍左右。
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质与煤的联合燃烧：
➢可以改善煤的着火性能
生物质的挥发分初析温度远低于煤,使得着火 燃烧提前，最大燃烧速率前移的趋势，获得更 好的燃尽特性。
➢可以提高煤的利用率
生物质在燃烧的过程中放热比较均匀，而单一 煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期。煤中与 生物质混和,可以改善燃烧放热的分布状况,对 于燃烧前期的放热有增进作用。
(4) 过渡阶段：木质素高温炭化、着火。
(1)(4) 固定碳的燃烧：
❖ 在完全燃烧条件下，能量完全释放，生物质完全转
变为灰烬。
生物质能源 生物质直接燃烧
生物质燃烧
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质燃烧动力学
生物质的燃烧过程是从挥发分的着火燃烧开 始，燃烧过程受挥发分的热解释放过程控制
A（固） B（固）+ C(气)
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质直接燃烧技术
—— 锅炉燃烧
锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质 作为锅炉的燃料燃烧，以提高生物质的利用效 率，适用于相对集中、大规模地利用生物质资 源。
生物质燃料锅炉的种类很多，按照锅炉燃 用生物质品种的不同可分为：木材炉、薪柴炉、 秸秆炉、垃圾焚烧炉等；按照锅炉燃烧方式的 不同又可分为流化床锅炉、层燃炉等。
如玉米。薯类作物等。
➢ 纤维素类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙 醇；也可转化为气体、液体和固体燃料。如速生 林木、芒草等。
➢ 油料类能源植物：提取油脂后生产生物柴油。 如油菜、花生等油料作物。
➢ 烃类能源植物：提取含烃汁液，产生接近石油 成分的燃料。
生物质能源
生物质能概述
生物质能源、资源的特点
挥发组分高，易燃，燃烧相对充分；
d
E
Ae RT
f
( )
dt
--- 转化率 f ( ) ---挥发分热解释放函数
E --- 表观活化能
生物质能源
生物质能利用与转化
固定碳的燃烧
C + O2 = CO2 ＋408.86 KJ/mol C + 1/2 O2 = CO ＋123 .45KJ/mol 2CO + O2 = CO2 ＋570.87 KJ/mol （高于700ºC）
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质 气化技术
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质气化
—— 将生物质转化为CH4、CO、H2等可燃气体
基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，
使较高分子的有机碳氢化合物裂解成较低分子量的高品位可 燃气体。
根据气化机理可分为热解气化和反应性气化, 其中后者 又可根据气化剂的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气 化、氢气气化及其这些气体的混合物的气化。
生物质能源
生物质能概述
光合作用的总过程
光化学反应 电子传递
↓
↓
太阳光能------→电能-------→活跃化学能（同化力）
·h
·e
ATP，NADPH2
（光反应）
↓
CO2＋H2O-----→稳定化学能
C6H12O6
（暗反应，酶促反应）
↓↓↓
生物质：n
(C6H12O6)
生物质能源
生物质能概述
光合效率
光合作用过程中，每分解一个水分子，释放一个O2分子，需转移4 个电子，而每个电子的转移要通过两个受激发的色素系统（光系统 I & II）接力进行，因而理论上需要8个以上的光量子。
每个摩尔的波长为680纳米的红光和波长为420纳米的紫光分别含能 180千焦耳和297千焦耳，都形成含热量 46.89千焦耳的1摩尔碳水 化合物（CH2O），其能量利用率分别为26％和16％。白光包括从 380～720纳米的各种波长的光量子，其能量利用率约为 20％。这 是叶绿素所吸收的光量子的理论最高能量利用率。
田间作物植被在光合层建成后的最佳期间，日光能的利用率可达 3～4％，整个植物生长季的光能利用率约为1～2％，全球表面平均 则为0.1％，
生物质能源
生物质能概述
能源植物
—— 以提供能源为目的的植物
➢ 糖类能源植物：可直接发酵生产燃料乙醇。如 甘蔗、甜高梁、甜菜等。
➢ 淀粉类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇。
水蒸气的反应
C + H2O +118kJ/mol → CO + H2 C + 2H2O +76kJ/mol → CO2 + H2 C + 2H2 → CH4 + 75 kJ/mol
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质直接燃烧技术
—— 炉灶燃烧
炉灶燃烧操作简便、投资较省，主要问题是 低效率。溢出的火苗和可燃烧气体使绝大多数的 热无法利用而白白浪费。以木材燃烧制沸水过程 而言,1m3 干木材含10GJ 能量,而使1L 水提高1 ℃ 需要412KJ 的热能,所以煮沸1L 水需要少于400KJ 的能量,数值上仅相当于40cm3 的木材——仅仅是 一根小树枝而已。可实际上在一个小的火炉上, 大概需要至少50 倍的木材,即效率不超过2% 。
根据采用的气化反应器的不同又可分为固定床气化、流 化床气化和气流床气化
生物质能源 生物质气化反应器
生物质能利用与转化
生物质能源
生物质能利用与转化
生物质的反应性气化
在气化过程中使用不同的气化剂, 可以 得到三种不同质量的气化产品气，