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1、生物燃料的生产转化途径 目前,获得生物燃料的途径主要有3 种:物理转化(physical conversion)、生物化学转化(biochemical conversion)和热化学转化(thermochemical conversion)物理转化:要改变生物质的结构,得到棒状、粒状、块状等各种固体成型燃料(煤砖、煤球、耗尽油后的橄榄饼)生物化学转化（包括间接液化）:目前的生物质能利用中用得最多、最广泛。所得燃料可有沼气，乙醇，生物柴油 热化学转化:直接燃烧技术、直接液化技术、热解技术和气化技术.其中直接液化技术主要包括生物质的裂解和高压液化两类1生物质能的转化利用技术：2第三节 生物质液化1

2、.概念 将固体生物质转化为液体燃料，称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化间接液化和直接液化两种。间接液化间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；生物质直接液化生物质直接液化主要包括生物质的裂解和高压液化两类，用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品，如棉籽油等植物油，经提炼成为可替代柴油的燃料-生物油。3 生物质液化技术主要包括生物质液化技术主要包括生物化学法制造燃料乙醇生物化学法制造燃料乙醇和和热化热化学法生产生物油学法生产生物油，热化学法又可分为快速热解液化和加压，热化学法又可分为快速热解液化和加压液化。液化。经过近经过近30年的研究与开发，车用燃料乙醇的

3、生产已实现产年的研究与开发，车用燃料乙醇的生产已实现产业化，快速热解液化已达到工业示范阶段，加压液化还处业化，快速热解液化已达到工业示范阶段，加压液化还处于实验研究阶段。于实验研究阶段。我国生物质资源丰富，每年可利用的资源量达我国生物质资源丰富，每年可利用的资源量达50亿亿t，仅农，仅农作物秸秆就有作物秸秆就有7亿亿t，但目前大部分作为废弃物没有合理利，但目前大部分作为废弃物没有合理利用，造成资源浪费和环境污染。如果将其中的用，造成资源浪费和环境污染。如果将其中的50采用生采用生物质液化技术转化为物质液化技术转化为燃料乙醇和生物油燃料乙醇和生物油，可以得到，可以得到5亿亿10亿亿t油当量油当量

4、的液体燃料，基本能够满足我国的能源需求。因的液体燃料，基本能够满足我国的能源需求。因此，发展生物质液化在我国有着广阔的前景。此，发展生物质液化在我国有着广阔的前景。4 生物油生物油是指在中温是指在中温(500600)、隔绝氧气的条件下将、隔绝氧气的条件下将生物质生物质(木材、秸秆等木材、秸秆等)颗粒物迅颗粒物迅速加热使其裂解，再迅速冷凝速加热使其裂解，再迅速冷凝后得到的一种棕黑色液体。它后得到的一种棕黑色液体。它具有原料来源广泛、可再生、具有原料来源广泛、可再生、便于运输、能量密度较高等特便于运输、能量密度较高等特点，是一种潜在的液体燃料和点，是一种潜在的液体燃料和化工原料。化工原料。生物油简

5、介生物油简介生物转化流化床式热辐射反应器 生生物物质质化学转化旋转锥式真空移动床式烧蚀式图图.生物质热解液化主要技术种类生物质热解液化主要技术种类生物油生物油的组成和理化性质受多个因素影响，如原料种类、含水量、反应的组成和理化性质受多个因素影响，如原料种类、含水量、反应器类型、反应参数、产物收集方法等，但不同途径制得的生物油仍具有一器类型、反应参数、产物收集方法等，但不同途径制得的生物油仍具有一些共同的性质，如些共同的性质，如水分含量高、含颗粒杂质、黏度大、稳定性差、有腐蚀水分含量高、含颗粒杂质、黏度大、稳定性差、有腐蚀性等，性等，这与传统石化燃料这与传统石化燃料(柴油、汽油柴油、汽油)有很大

6、不同，也给生物油用于柴油有很大不同，也给生物油用于柴油机带来了很多困难。机带来了很多困难。生物油用途生物油用途 生物油作为燃料可用于窑炉、锅炉等产热设备，将生物油用于柴油生物油作为燃料可用于窑炉、锅炉等产热设备，将生物油用于柴油机也具有很大应用前景，对减少柴油消耗、缓解高品质燃料油供应紧机也具有很大应用前景，对减少柴油消耗、缓解高品质燃料油供应紧张有重要意义。张有重要意义。生物油能完全溶于酒精，掺入少量酒精可极大地提高燃料性质，降生物油能完全溶于酒精，掺入少量酒精可极大地提高燃料性质，降低粘度，增强稳定性，利用乙醇，增加了其价格低的优点，与商用级低粘度，增强稳定性，利用乙醇，增加了其价格低的优

7、点，与商用级别的乙醇相比，这些混合产品更有利于环保。别的乙醇相比，这些混合产品更有利于环保。生物油不溶于柴油，但它可被柴油乳化，加拿大和意大利一些科学生物油不溶于柴油，但它可被柴油乳化，加拿大和意大利一些科学家致力于用表面剂使生物油和柴油乳化，将家致力于用表面剂使生物油和柴油乳化，将10%至至30%的生物油加入的生物油加入柴油中能提高其稳定性、防腐性、粘度、十六烷值，类似于纯柴油。柴油中能提高其稳定性、防腐性、粘度、十六烷值，类似于纯柴油。通过催化重整可提升生物油品质，将其转变同石油一样的性能。生通过催化重整可提升生物油品质，将其转变同石油一样的性能。生物油可被气化或转变成人造气，生物基的合成

8、生物柴油或生物甲烷，物油可被气化或转变成人造气，生物基的合成生物柴油或生物甲烷，合成气可直接用于合成气可直接用于SO或或PEM燃料，合成柴油可用在普通的石油引擎。燃料，合成柴油可用在普通的石油引擎。热解液化副产品碳灰可制作有机化肥，占产出物质的热解液化副产品碳灰可制作有机化肥，占产出物质的15%-20%。秸秆、林业废弃物等生物质秸秆、林业废弃物等生物质快速热解液化技术快速热解液化技术是是采用常压、超高加热速率采用常压、超高加热速率(103 K/s104 K/s)、超短产物停留时间、超短产物停留时间(0.5 1 s)及适中的裂解温及适中的裂解温度度(500左右左右),使生物质中的使生物质中的有机

9、高聚物分子有机高聚物分子在在隔绝空气的条件下迅速隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子断裂为短链分子,生成生成含有含有大量可冷凝有机分子的蒸汽大量可冷凝有机分子的蒸汽,蒸汽被迅速冷凝蒸汽被迅速冷凝,同同时获得液体燃料时获得液体燃料、少量不可凝气体和焦炭、少量不可凝气体和焦炭。液体燃料被称为生物油液体燃料被称为生物油(bio-oil),为棕黑色黏性为棕黑色黏性液体液体,基本不含硫、氮和金属成分基本不含硫、氮和金属成分,是一种绿色燃是一种绿色燃料料7生物质热解技术生物质热解技术l 生物质热解及其特点生物质热解及其特点生物质在无空气等无氧情况下发生不完全热降解生生物质在无空气等无氧情况下发生不完全热降解

10、生成炭、可冷凝液体和气体产物的过程。成炭、可冷凝液体和气体产物的过程。产物：炭、液体和气体产物：炭、液体和气体l 生物质热解原理生物质热解原理 物理变化物理变化-热量传递，破坏氢键热量传递，破坏氢键 化学变化化学变化-复杂的化学反应复杂的化学反应l 生物质热解工艺生物质热解工艺 工艺流程：干燥工艺流程：干燥粉碎粉碎热解热解产物炭和灰的分产物炭和灰的分离离气态生物油的冷却气态生物油的冷却生物油的收集等。生物油的收集等。l 生物质热解产物：生物质热解产物：生物油（用作燃料油）；不可凝气体；灰等。生物油（用作燃料油）；不可凝气体；灰等。8 生物质热解液化技术的一般工艺流程生物质热解液化技术的一般工艺

11、流程由物料的干燥、粉碎、热解、产物炭和由物料的干燥、粉碎、热解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却和生物油灰的分离、气态生物油的冷却和生物油的收集等几个部分组成。的收集等几个部分组成。原料干燥和粉碎原料干燥和粉碎 生物油中的水分会生物油中的水分会影响油的稳定性、粘度、影响油的稳定性、粘度、PH值、腐蚀性值、腐蚀性以及一些其它特性，而天然的生物质原以及一些其它特性，而天然的生物质原料中含有较多的自由水，相比从生物油料中含有较多的自由水，相比从生物油中去除水分，反应前物料的干燥要容易中去除水分，反应前物料的干燥要容易的多，因而在一般的热解工艺中，为了的多，因而在一般的热解工艺中，为了避免将自由水带

12、入产物避免将自由水带入产物，物料要求，物料要求生物质热解技术工艺流程生物质热解技术工艺流程干燥到水份含量低于干燥到水份含量低于10%10%（质量分数）。快速热解制油工艺要求高的传热速率，除了从反（质量分数）。快速热解制油工艺要求高的传热速率，除了从反应器的传热方面入手，原料尺寸也是重要的影响因素，通常对原料需要进行粉碎处理，应器的传热方面入手，原料尺寸也是重要的影响因素，通常对原料需要进行粉碎处理，不过随着原料的尺寸变得越小，整个系统的运行成本也会相应提高。不过随着原料的尺寸变得越小，整个系统的运行成本也会相应提高。热裂解反应器热裂解反应器 反应器是热解的主要装置，反应器类型的选择和加热方式是

13、各种技术反应器是热解的主要装置，反应器类型的选择和加热方式是各种技术路线的关键环节。适合于快速热解的反应器型式是多种多样的，但所有热解制油实用性路线的关键环节。适合于快速热解的反应器型式是多种多样的，但所有热解制油实用性较强的反应器都具备了三个基本特点：加热速率快，反应温度中等和气相停留时间短。较强的反应器都具备了三个基本特点：加热速率快，反应温度中等和气相停留时间短。生物质热解技术工艺流程生物质热解技术工艺流程 焦炭和灰的分离焦炭和灰的分离 在生物质热解制油在生物质热解制油工艺中，一些细小的焦炭颗粒不可避免工艺中，一些细小的焦炭颗粒不可避免地进入到生物油液体当中。研究表明：地进入到生物油液体

14、当中。研究表明：液体产物中的焦炭会导致生物油不稳定，液体产物中的焦炭会导致生物油不稳定，加快聚合过程，使生物油的粘度增大，加快聚合过程，使生物油的粘度增大，从而影响生物油的品质。同时，生物质从而影响生物油的品质。同时，生物质中几乎所有的灰分都保留在焦炭当中，中几乎所有的灰分都保留在焦炭当中，而灰分是影响生物质热解液体产物收率而灰分是影响生物质热解液体产物收率的重要因素，它的存在将大大催化挥发的重要因素，它的存在将大大催化挥发成分的二次分解，所以分离焦炭也会影成分的二次分解，所以分离焦炭也会影响分离灰分。分离焦炭除了采用热蒸汽响分离灰分。分离焦炭除了采用热蒸汽过滤外，还可以通过液体过滤装置（滤过

15、滤外，还可以通过液体过滤装置（滤筒或过滤器等）来完成，目前，后者仍筒或过滤器等）来完成，目前，后者仍处于研究开发阶段。处于研究开发阶段。焦炭的分离虽然很困难，但是对所有的系统而言都是必不可少的。焦炭的分离虽然很困难，但是对所有的系统而言都是必不可少的。液体生物油的收集液体生物油的收集 液体的收集一直以来都是整个热解过程中运行最困难的部分，目前几乎液体的收集一直以来都是整个热解过程中运行最困难的部分，目前几乎所有的收集装置都不能很有效的收集。这是因为裂解气产物中挥发份在冷却过程中与非冷凝所有的收集装置都不能很有效的收集。这是因为裂解气产物中挥发份在冷却过程中与非冷凝性气体形成了烟雾状的气溶胶形态

16、，是一种由蒸汽、微米级的小颗粒、带有极性分子的水蒸性气体形成了烟雾状的气溶胶形态，是一种由蒸汽、微米级的小颗粒、带有极性分子的水蒸气分子组成的混合物，这种结构给液体的收集带来困难。在较大规模的反应系统中，采用与气分子组成的混合物，这种结构给液体的收集带来困难。在较大规模的反应系统中，采用与冷液体接触的方式进行冷凝收集，通常可以收集到大部分的液体产物，但进一步的收集则需冷液体接触的方式进行冷凝收集，通常可以收集到大部分的液体产物，但进一步的收集则需要依靠静电捕捉等对处理微小颗粒比较有效地技术了。要依靠静电捕捉等对处理微小颗粒比较有效地技术了。生物质热解反应器分类生物质热解反应器分类 应用于生物质

17、热解的反应器具有加热速率快、反应温度中等、气相停留时间短等共同特征。综合国外介绍的生物质热解制油反应器，主要可按生物质的受热方式分为三类。机械接触式反应器机械接触式反应器 这类反应器的共同点是通过灼热的反应器表面直接或间接与这类反应器的共同点是通过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而使其高速升温达到快速热解，其采用的热量传生物质接触，将热量传递到生物质而使其高速升温达到快速热解，其采用的热量传递方式主要为热传导，辐射是次要的，对流传热则不起主要作用。常见的有烧蚀热递方式主要为热传导，辐射是次要的，对流传热则不起主要作用。常见的有烧蚀热解反应器、丝网热解反应器、旋转锥反应

18、器等。解反应器、丝网热解反应器、旋转锥反应器等。间接式反应器间接式反应器 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解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解所需热量，其主要通过热辐射进行热量传递，对流传热和热传导则居于其次要地位，所需热量，其主要通过热辐射进行热量传递，对流传热和热传导则居于其次要地位，常见的热天平也可以归属此类反应器。常见的热天平也可以归属此类反应器。混合式反应器混合式反应器 其主要是借助热气或气固多相流对生物质进行快速加热，其主导其主要是借助热气或气固多相流对生物质进行快速加热，其主导热量方式主要为对流换热，但热辐射和热传导有时也不可忽略，常见

19、的有流化床反热量方式主要为对流换热，但热辐射和热传导有时也不可忽略，常见的有流化床反应器、快速引射床反应器、循环流化床反应器等。应器、快速引射床反应器、循环流化床反应器等。目前进行的生物质热解制油技术研究中，针对第一类和第三类的反应器的工作开目前进行的生物质热解制油技术研究中，针对第一类和第三类的反应器的工作开展得相对较多，并取得了一定的进展，这些反应器的成本较低且宜大型化，从而能展得相对较多，并取得了一定的进展，这些反应器的成本较低且宜大型化，从而能在工业上投入实际应用。在工业上投入实际应用。生物质热解反应器分类生物质热解反应器分类生物化学法技术生物化学法技术 纤维素分子内和分子间纤维素分子

20、内和分子间存在氢键存在氢键，聚集态结构复，聚集态结构复杂且结晶度高、反应活性低；天然纤维素原料中杂且结晶度高、反应活性低；天然纤维素原料中含有的含有的木质素和半纤维素在空间上可阻碍木质素和半纤维素在空间上可阻碍甚至封甚至封闭闭纤维素分子与酶或化学试剂的接触纤维素分子与酶或化学试剂的接触，酶可及度，酶可及度差，更增加了水解的难度。差，更增加了水解的难度。生物化学法技术中的化学法：采用酸、碱、有机生物化学法技术中的化学法：采用酸、碱、有机溶剂或氧化剂等化学试剂与纤维素原料进行反应溶剂或氧化剂等化学试剂与纤维素原料进行反应，以，以降解脱除原料中的木质素和半纤维素并溶解降解脱除原料中的木质素和半纤维素

21、并溶解部分纤维素部分纤维素。生物法。生物法:：利用可降解木质素的微生：利用可降解木质素的微生物或酶选物或酶选择性地脱除原料中的木质素择性地脱除原料中的木质素。主要产物：乙醇和沼气主要产物：乙醇和沼气12生物燃料乙醇生物燃料乙醇及其特点以高糖分生物质为原料经以高糖分生物质为原料经发酵、蒸馏发酵、蒸馏制成乙醇，制成乙醇，进一步进一步脱水脱水使乙醇含量达使乙醇含量达99.6%以上，再加上适以上，再加上适量量变性剂变性剂而制成。经适当加工，燃料乙醇可以制而制成。经适当加工，燃料乙醇可以制成乙醇汽油、乙醇柴油、乙醇润滑油等。成乙醇汽油、乙醇柴油、乙醇润滑油等。燃料乙醇燃烧充分，节能环保，抗爆性能好。燃料

22、乙醇燃烧充分，节能环保，抗爆性能好。燃烧过程燃烧过程CO2及含硫气体排放低于汽油燃料。及含硫气体排放低于汽油燃料。加入加入10%燃料乙醇的乙醇汽油燃烧：燃料乙醇的乙醇汽油燃烧：CO排量下排量下降降30.8%，碳氢化合物排量下降，碳氢化合物排量下降13.4%，CO2排排量下降量下降3.9%。13生物柴油 生物柴油生物柴油-又叫生物甲酯、酯化油脂，即脂又叫生物甲酯、酯化油脂，即脂肪酸甲酯的混合物，它与柴油分子碳数相近。肪酸甲酯的混合物，它与柴油分子碳数相近。制备原料：食用油及餐饮废油、动物脂肪、制备原料：食用油及餐饮废油、动物脂肪、油籽、树种等油籽、树种等-含有丰富的脂肪酸甘油酯。含有丰富的脂肪酸

23、甘油酯。制备原理：脂肪酸甘油酯与低碳醇之间的转制备原理：脂肪酸甘油酯与低碳醇之间的转酯化反应，即催化剂存在下的酯交换。酯化反应，即催化剂存在下的酯交换。14生物柴油简单工艺流程(1)物理精炼物理精炼:首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中的磷脂，胶质等物质的磷脂，胶质等物质)。再将油脂预热、脱水、脱气进。再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量蒸汽，在蒸汽温度下，入脱酸塔，维持残压，通入过量蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂肪酸游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂肪酸以外的净损失，油脂中的游离酸可降到极低量，色素

24、也以外的净损失，油脂中的游离酸可降到极低量，色素也能被分解，使颜色变浅。各种废动植物油在自主研发的能被分解，使颜色变浅。各种废动植物油在自主研发的催化剂作用下，采用酯化、醇解同时反应工艺生成粗脂催化剂作用下，采用酯化、醇解同时反应工艺生成粗脂肪酸甲酯。肪酸甲酯。(2)甲醇预酯化甲醇预酯化:首先将油脂水化脱胶，用离心机除去首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水化时形成的絮状物，然后将油脂脱水。原磷脂和胶等水化时形成的絮状物，然后将油脂脱水。原料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预酯料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯。蒸出甲醇水，经分馏后，无化，使

25、游离酸转变成甲酯。蒸出甲醇水，经分馏后，无游离酸的分出游离酸的分出C12-16棕榈酸甲酯和棕榈酸甲酯和C18油酸甲酯。油酸甲酯。15(3)酯交换反应酯交换反应:经预处理的油脂与甲醇一起，加入经预处理的油脂与甲醇一起，加入少量少量NaOH做催化剂，在一定温度与常压下进行做催化剂，在一定温度与常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯，采用二步反应，通酯交换反应，即能生成甲酯，采用二步反应，通过一个特殊设计的分离器连续地除去初反应中生过一个特殊设计的分离器连续地除去初反应中生成的甘油，使酯交换反应继续进行。成的甘油，使酯交换反应继续进行。(4)重力沉淀、水洗与分层。重力沉淀、水洗与分层。(5)甘油的分离与

26、粗制甲酯的获得。甘油的分离与粗制甲酯的获得。(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。生物柴油的获得。整个工艺流程实现闭路循环，原料全部综合利整个工艺流程实现闭路循环，原料全部综合利用，实现清洁生产。大致描述如下：用，实现清洁生产。大致描述如下：原料预处理原料预处理(脱水、脱臭、净化脱水、脱臭、净化)-反应釜反应釜(加醇加醇+催化剂催化剂+70)-搅拌反应搅拌反应1小时小时-沉淀分离排杂沉淀分离排杂-回收醇回收醇-过滤过滤-成品成品16生物酶催化法生产生物柴油 原理：油脂原理：油脂+低碳醇低碳醇-脂肪酶脂肪酶-转酯化反转酯化反应应

27、-相应的脂肪酸甲酯及乙酯相应的脂肪酸甲酯及乙酯 脂肪酶：酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、毛霉脂肪酶：酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、毛霉脂肪酶等脂肪酶等 为高效利用脂肪酶，减低成本，工艺上常为高效利用脂肪酶，减低成本，工艺上常采用脂肪酶固定化技术。采用脂肪酶固定化技术。利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点，具和、醇用量小、无污染物排放等优点，具有环境友好性有环境友好性17超临界法制备生物柴油 原理：植物油和超临界甲醇之间的酯交换反应，原理：植物油和超临界甲醇之间的酯交换反应，不用催化剂。不用催化剂。超临界状态下，甲醇和油脂成为均相，反应速率超

28、临界状态下，甲醇和油脂成为均相，反应速率常数大，反应时间短。不使用催化剂，分离工艺常数大，反应时间短。不使用催化剂，分离工艺简单，不排放废酸、碱液。简单，不排放废酸、碱液。油脂在油脂在200C以上会迅速发生水解，生产游离以上会迅速发生水解，生产游离脂肪酸、单甘油酯、二甘油酯等。而游离脂肪酸脂肪酸、单甘油酯、二甘油酯等。而游离脂肪酸在水和甲醇共同形成微酸性体系中具有较高活性，在水和甲醇共同形成微酸性体系中具有较高活性，故能和甲醇发生酯化反应，且不影响故能和甲醇发生酯化反应，且不影响酯交换反应酯交换反应继续进行继续进行18生物柴油特性 （1）比普通柴油更优异的产品性能）比普通柴油更优异的产品性能1

29、）较好的低温流动性和燃烧性能2）具有无腐蚀性的特点3）较好的润滑性 （2）比普通柴油更多元的环保特质）比普通柴油更多元的环保特质1）排放烟度低、保护大气环境2）不含对人体有害的重金属3）可再生的原料19国际及国内生物柴油技术状况国际及国内生物柴油技术状况 生物柴油产业在发达国家发展迅速，美国、生物柴油产业在发达国家发展迅速，美国、德国、日本、巴西，包括印度都推动这项产业的德国、日本、巴西，包括印度都推动这项产业的发展，累计总产量已超过发展，累计总产量已超过1000万吨，生物燃料已万吨，生物燃料已实现规模化生产和应用。实现规模化生产和应用。2005年，全世界生物燃年，全世界生物燃料乙醇的总产量约

30、为料乙醇的总产量约为3107t，其中巴西和美国的，其中巴西和美国的产量均约为产量均约为1.2107t；生物柴油总产量约；生物柴油总产量约2.2106t，其中德国约为，其中德国约为1.5106t。我国提出发。我国提出发展各种石油替代品，将发展生物液体燃料确定为展各种石油替代品，将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。国家产业发展方向。20生物质燃料油发电技术生物质燃料油发电技术 生物柴油是一种清洁的可再生能源，是生物柴油是一种清洁的可再生能源，是以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黄连以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黄连木等油料林木果实为原料制成的液体燃料，木等油料林木果实为原料制成的液体燃料

31、，具有原料来源广泛、可再生性强、污染性低具有原料来源广泛、可再生性强、污染性低等特点，是优质的石油、柴油代用品。等特点，是优质的石油、柴油代用品。21生物燃料油发电方式生物燃料油发电方式22生物质能的转化利用技术：2324生物质原料生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。生物质具体的种类很多，植物类中最主要的有木村、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。从生物学角度，生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。对生物质气化等热化学转换方法来说，更关注的是原料的元素分析成分、工业分

32、析成分和发热值。25 元素分析成分：即原料中各组成元素、水分和灰分的百分比含量。在进行热化学转换研究时，将生物质原料的元素分析成分分为七种：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）、灰分（A）。工业分析成分：即原料中水分（M）、灰分（A）、固定碳（FC）、挥发分（V）的百分比含量。其中挥发分是指在加热后原料中析出的挥发物质，主要是有机的碳氢化合物；固定碳是指析出挥发成分后残留的碳，这部分碳与灰分在一起成为木炭。26同固体燃料煤炭相比，生物质原料的特点是：挥发分高而固定碳低：煤炭的挥发分一般为20%左右，固定碳为60%左右。生物质原料特别是秸秆类原料的固定碳在20以下，挥发分

33、却高达70%左右；原料中氧含量高，因此在干馏和气化过程中都会产生一氧化碳，不像煤炭干馏时可以产生一氧化碳含量很低的干馏煤气；木材类原料的灰分极低，只有l3，秸秆类原料高一些，但总的说来是灰分校低的原料；发热值明显低于煤炭，一般只相当于煤炭的1/22/3；硫含量低，这是生物质原料优点之一，它的使用不会像煤炭那样产生大量的二氧化硫，从而造成酸雨一类的环境问题。27 发热值：每千克生物质原料完全燃烧后放出的热量叫作发热值。发热值分为高位发热值Qgr低位发热值 Qnet两种，如果燃烧后烟气中的水蒸气完全凝结，此时的发热值为高位发热值；如果水蒸气没有凝结，则为低位发热值。两者的差别是烟气中水蒸气的汽化潜

34、热。水蒸气有两个来源：一是原料中带入的水分，新鲜的生物质原料含有超过50%（质量分数）的大量水分，是不能直接用作汽化和燃烧的，在采伐或收割以后要经过一段时间的干燥，让水分降到1520以下才能使用；二是原料中的氢元素与氧反应生成的水分。在燃气的冷却过程和燃气燃烧使用后，水蒸气的汽化潜热均无法利用，所以实际应用的是低位发热值。由于生物质原料水分含量和氢含量均较高，这两个发热值有时差别较大。28生物质气化原理生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧。气化过程和常见的燃烧过

35、程的区别是：燃烧过程供给充足的氧气，使原料充分燃烧，目的是直接获取能量，燃烧后的产物是二氧化碳和水蒸气等不可再燃烧的烟气；气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，而尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物是含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。29气化过程热分解过程热解是高分子有机物在高温下吸热所发生的不可逆裂解反应。其总的结果是大分子的碳氢化合物的链被打碎，析出生物质中的挥发物，留下木炭构成进一步反应的床层。热解反应是个吸热过程。在热解反应中产生的焦油影响燃气使用，需要抑制其产生并从燃气中去除。30燃烧过程 热解反应和后面叙述的还原反应都是吸热反应，为维持反应必须供应足够的热

36、量。最简单的方法是向反应层供入空气，通过燃烧获得热量。参与燃烧的主要是碳和空气。氧化层的反应主要是碳和空气的两相反应。31还原过程 还原层位于氧化层的后方，燃烧后的水蒸气和二氧化碳与碳反应生成氢和一氧化碳等，从而完成了固体生物质原料向气体燃料的转变。主要的反应有：还原反应是吸热反应，温度越高反应越强烈。温度低于600时，反应己相当缓慢。因此，还原层与氧化层的界面是氧含量等于零的界而，还原层结束的界面大致为温度等于600的界面。32生物质气化的介质 生物质气化有多种形式，如果按气化介质分，可分为使用气化介质和不使用气化介质两种，而使用气化介质中又可分为：空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气氧气

37、混合气化和氢气气化等。空气气化技术直接以空气为气化剂,是目前应用最广,也是所有气化技术中最简单、最经济的一种。由于大量氮气的存在,稀释了燃气中可燃气体的含量,氮气占到总体积的50%55%,燃气热值较低,通常为5 6MJ/m3.可直接用于供气、工业锅炉等.33 氧气气化是指向生物质燃料提供一定氧气，使之进行氧化还原反应，产生可燃气，但没有隋性气体N2，在与空气气化相同的当量比下，反应温度提高，反应速率加快，反应器容积减小，热效率提高，气化气热值提高一倍以上。在与空气气化相同反应温度下，耗氧量减少，当量比降低，因而也提高气体质量，氧气气化产生的燃气热值与城市煤气相当。在该反应中应控制氧气供给量，既

38、保证生物质全部反应所需要的热量，又不能使生物质同过量的氧反应生成过多的二氧化碳。氧气气化生成的可燃气体的主要成分为一氧化碳、氢气及甲烷等，其热值为 15000kJ/m3左右，为中热值气体。34 水蒸气气化是指水蒸气同高温下的生物质发生反应，它不仅包括水蒸气和碳的还原反应，尚有CO与水蒸气的变换反应，各种甲烷化反应，及生物质在气化炉内的热分解反应等，其主要气化反应是吸热反应过程，因此，水蒸气气化的热源来自外部热源及蒸汽本身热源，但反应温度不能过高，该技术较复杂，不宜控制和操作。气体的热值可以达到1092018900kJ/m3，为中热值气体。水蒸气气化经常出现在需要中热值气体燃料而又不使用氧气的气

39、化过程，如双床气化反应器中有一个床是水蒸气气化床。35空气（氧气）水蒸气气化 水蒸气-氧气混合气化是指空气（氧气）和水蒸气同时作为气化质的气化过程。从理论上分析，空气（或氧气）水蒸气气化是比单用空气或单用水蒸气都优越的气化方法。一方面，它是自供热系统，不需要复杂的外供热源，另一方面，气化所需要的一部分氧气可由水蒸气提供，减少了空气（或氧气）消耗量，并生成更多的H2及碳氢化合物，特别是有催化剂存在的条件下，CO变成CO2的反应的进行，降低了气体中CO的含量，使气体燃料更适合于用作城市燃气。36热分解气化 热分解气化是在完全无氧或只提供极有限的氧使气化不至于大量发生情况下进行的生物质热降解，可描述

40、成生物质的部分气化。它主要是生物质的挥发分在一定温度作用下产生挥发，生成四种产物：固体炭、木焦油和木醋液（可凝挥发物）和气化气（不可凝挥发物）。按热解温度可分为低温热解（60以下），中温热解（60900）和高温热解（900以上）。气化气热值约15000kJ/m3，为中热值气体。由于干馏是吸热反应，应在工艺中提供外部热源以使反应进行。加氢气化 氢气气化是使氢气同碳及水发生反应生成大量的甲烷，其反应条件苛刻，需在高温高压且具有氢源的条件下进行。其气化气热值可达2226026040kJ/m3，属高热值气化气，此类气化不常应用。37生物质气化设备及工作原理 用来气化固体燃料的设备叫做气化炉。气化炉是生

41、物质气化系统中的核心设备。生物质在气化炉内进行气化反应，生成可燃气。生物质气化炉可以分为固定床气化炉和流化床气化炉两种类型。而固定床气化炉和流化床气化炉又都有多种不同形式。固定床气化炉分为下吸式气化炉、上吸式气化炉、横吸式气化炉和开心式气化炉。流化床气化炉包括循环流化床气化炉、双流化床气化炉等。383940物料由气化炉顶部加入，气化剂（空气）由炉底部经过炉栅进入气化炉，产出的燃气通过气化炉内的各个反应区，从气化炉上部排出。在上吸式气化炉中，气流流动方向与向下移动的物料运动方向相反。向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干脱去水分，干生物质进入裂解区后得到更多的热量，发生裂解反应，析出挥发分，

42、产生的炭进入还原区，与氧化区产生的热气体发生还原反应，生成一氧化碳和氢气等可燃气体。反应中没有消耗掉的炭进入氧化区。上吸式固定床气化炉的氧化区在还原区的下面，位于四个区的最底部，其反应温度比下吸式气化炉要高一些，可达10001200，炽热的炭与进入氧化区的空气发生氧化反应，灰分则落入灰室41 上吸式气化炉的主要特点是产出气体经过裂解区和干燥区时直接同物料接触，可将其携带的热量直接传递给物料，使物料裂解干燥，同时降低了产出气体的温度，使气化炉的热效卒有所提高，而且裂解区和干燥区有一定的过滤作用，因此排出气化炉的产出气体中灰含量减少；上吸式气化炉可以使用较湿的物料（含水量可达 50），并对原料尺寸

43、要求不高；由于热气流向上流动，炉排可受到进风的冷却，温度较下吸式的低，工作比较可靠。上吸式气化炉也有一个突出的缺点，就是在裂解区生成的焦油没有经过气化区而直接混入可燃气体排出，这样产出气体中焦油含量高，且不易净化。一般情况下，上吸式气化炉在微正压下运行，气化剂（空气）由鼓风机向气化炉内送入4243生物质最初在物料的最上层，干燥区内，在这里由于受外腔里的热气体及内胆里热气体的热辐射，吸收热量，蒸发出生物质内的水分，变成干物料。之后随着物料的消耗向下移动入裂解区，由于裂解区的温度高，达到了挥发分逸出温度，因而生物质开始裂解，挥发分气体开始产生，干生物质逐渐分解为炭、挥发分及焦油等。而生成的炭随着物

44、料的消耗而继续下移落入氧化区。空气加入，在该区，由裂解区生成的炭与气化剂中的氧进行燃烧反应生成二氧化碳、一氧化碳，并放出大量的热能。这些能量保证了生物质气化过程的顺利进行。没有在反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，在这里，与裂解区及氧化区生成的二氧化碳发生还原反应生成一氧化碳；炭还与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳，灰渣则排入灰室中。下吸式气化炉的主要特点是结构比校简单，加料方便，产出气体中焦油含量少，由于是微负压运行，因此，操作方便，运行安全可靠。下吸式气化炉的缺点是产出气体流动阻力大，消耗功率增多，产出气体中含灰分校多，温度较高。流化床气化炉流化床气化炉有一个热砂床，生物质的燃烧和气化反应都在

45、热砂床上进行。在吹入的气化剂作用下，物料颗粒、流化介质（砂子）和气化介质充分接触，受热均匀，在炉内呈沸腾状态，气化反应速度快，产气率高，是惟一在恒温床上反应的气化炉。流化床气化炉分单床气化炉、双床气化炉及循环流化床气化炉。44 单流化床气化炉是最基本，也是最筒单的流化床气化炉。单流化床气化炉只有一个流化床反应器，气化剂从底部气体分布板吹入，在流化床上同生物质原料进行气化反应，生成的气化气直接由气化炉出口送入净化系统中，反应温度一般控制在800左右。单流化床气化炉流化速度较慢，比较适合于颗粒较大的生物质原料，而且一般情况下必须增加热截体，即流化介质。总的来说单流化床气化由于存在着飞灰和夹带炭颗粒

46、严重，运行费用较大等问题，它不适合于小型气化系统，只适合于大中型气化系统。通常情况下，单流化床气化炉采用的是鼓泡床形式。45 循环流化床气化炉的工作原理如图所示。与单流化床气化炉的主要区别是，在气化气出口处，设有旋风分离器或袋式分离器，循环流化床流化速度较高，使产出气中含有大量固体颗粒。在经过了旋风分离器或滤袋分离器后，通过料脚，使这些固体颗粒返回流化床，再重新进行气化反应，这样提高了碳的转化率。循环流化床气化炉的反应温度一般控制在700-900。它适用于较小的生物质颗料，在大部分情况下，它可以不必加流化床热载体，所以它运行最简单，但它的炭回流难以控制，在炭回流较少的情况下容易变成低速率的携带

47、床。46双流化床气化炉 双流化床气化炉，如图，分为两个组成部分，即第1级反应器和第2级反应器。在第1级反应器中，生物质原料发生裂解反应，生成气体排出后，送入净化系统。同时生成的炭颗粒经料脚送入第2级反应器。在第2级反应器中炭进行氧化燃烧反应，使床层温度升高，经过加温的高温床层材料，通过料脚返回第1级反应器，从而保证第1级反应器的热源，双流化床气化炉碳转化率也较高。47生物质燃气净化技术生物质燃气净化技术 杂质种类杂质种类典型成份典型成份可能引起问题可能引起问题净化办法净化办法颗粒灰、焦炭、热质、颗粒磨损、堵塞气固缩过滤水洗碱金属钠、钾等化合物高温腐蚀冷凝、吸附、过滤氮化物主要是氨和HCN形成N

48、O2水洗SCR等焦油各种芳香烃等堵塞、难以燃烧裂解、除焦、水洗硫氯HCL、H2S腐蚀污染水洗化学反应法燃气中的各种杂质特性燃气中的各种杂质特性48燃气高温过滤 焦油在300凝结，为避免，采用高温，400-600 燃气除焦技术：焦油裂解水洗除焦：同时有除焦、除尘和降温三方面的效果静电除焦：除尘、除焦效率高，一般达98%以上 49工作原理工作原理生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它能解决生物质难于燃用而又分布分散的特点，也可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑，污染少的优点。气化发电过程包括三个方面气化发电过程包括三个方面生物质气化：固体生物质气体

49、燃料气体净化：去除灰份，焦炭和焦油燃气发电：燃气轮机，燃气内燃机，余热锅炉，蒸汽轮机 生物质气化发电技术生物质气化发电技术50生物质气化发电技术的特点1，灵活性：可根据规模大小选用合适的发电设备，保证在任何规模下都有合理的发电效率。2，洁净性3，经济性：生物质气化发电技术是可再生能源技术中最经济的发电技术之一，综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平。51流程及主要设备流程及主要设备 生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构，燃气发生装置，燃气净化装置、燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成：52 进料机构：进料机构采用螺旋加料器，动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器既便于连续均匀进

50、料，又能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来，使气化所需空气只由进风机控制进入气化炉，电磁调速电机则可任意调节生物质进料量。燃气发生装置：气化装置可采用循环流化床气化炉或其他可连续运行的气化炉，主要由进风机，气化炉和排渣螺旋构成。生物质在气化炉中经高温热解气化生成可燃气体，气化后剩余的灰分则由排渣螺旋及时排出炉外。燃气净化装置：燃气需经净化处理后才能用于发电，燃气净化包括除尘、除灰和除焦油等过程。为了保证净化效果，该装置可采用多级除尘技术；例如惯性除尘器、旋风分离器、文氏管除尘器、电除尘等，经过多级除尘，燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净，除尘效果较为彻底；燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进