生物质能源利用简介.ppt
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1、生物质能源应用简介生物质能源应用简介李先豪李先豪20112011年年1111月月1616日日1内容提要内容提要1 生物质能生物质能2 生物质固硫型煤技术生物质固硫型煤技术3 生物质热解与直接液化技术生物质热解与直接液化技术4 生物质气化技术生物质气化技术5 生物燃料生物燃料6 生物质能开发利用技术展望生物质能开发利用技术展望21 1 1 1 生物质能生物质能生物质能生物质能1.1 1.1 生物质与生物质能生物质与生物质能生物质的广义概念:生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、生物质的广义概念:生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作微
2、生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。生物质的狭义概念:生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果生物质的狭义概念:生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。质。生物质的特点:可再生性、低污染性、广泛分布性。生物质的特点:可再生性、低污染性、广泛分布性。生物
3、质能:生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能生物质能:生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,直接或间接来源于植物的光合作用。地球上的植物进行光量形式,直接或间接来源于植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费的能量,占太阳照射到地球总辐射量的合作用所消费的能量,占太阳照射到地球总辐射量的0.2%,这个,这个比例虽不大,但绝对值很惊人:光合作用消费的能量是目前人类能比例虽不大,但绝对值很惊人:光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的源消费总量的40倍。倍。31.2 1.2 生物质能的转化利用技术生物质能的转化利用技术42 2 2 2 生物质固硫型煤技术生物质固硫
4、型煤技术生物质固硫型煤技术生物质固硫型煤技术2.1 2.1 生物质固硫型煤生产工艺生物质固硫型煤生产工艺52.2 2.2 生物质固硫型煤燃烧特性生物质固硫型煤燃烧特性1)点火性能)点火性能 可燃基挥发分比原煤高,进入炉膛后,生物质首先燃烧,使型可燃基挥发分比原煤高,进入炉膛后,生物质首先燃烧,使型煤短时间达到着火点,生物质燃料燃烧后体积收缩,使型煤产生很煤短时间达到着火点,生物质燃料燃烧后体积收缩,使型煤产生很多孔道及空袭,形成多孔形球体。多孔道及空袭,形成多孔形球体。2)燃烧机理)燃烧机理 静态渗透式扩散燃烧静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部,不会发生热解析炭冒烟现象。燃烧由表面
5、及不断深入到内部,不会发生热解析炭冒烟现象。3)固硫特性)固硫特性 生物质比煤先燃烧,形成的空隙起到了膨化疏松作用,使固硫生物质比煤先燃烧,形成的空隙起到了膨化疏松作用,使固硫剂剂CaO颗粒内部不易发生烧结,可使空袭率增加,增大颗粒内部不易发生烧结,可使空袭率增加,增大SO2和和O2向向CaO颗粒内的扩散作用,提高钙的利用率。颗粒内的扩散作用,提高钙的利用率。可在较低的可在较低的Ca/S下,使固硫率达到下,使固硫率达到50%以上。以上。63 3 3 3 生物质热解与直接液化技术生物质热解与直接液化技术生物质热解与直接液化技术生物质热解与直接液化技术3.1 3.1 生物质热化学转换生物质热化学转
6、换73.2 3.2 生物质热解技术生物质热解技术烧炭:少量空气进行热分解制取木炭的方法。烧炭:少量空气进行热分解制取木炭的方法。干馏(低温干馏干馏(低温干馏500-580 0C,中温干馏,中温干馏660-750 0C,高温干馏,高温干馏900-1100 0C):隔绝空气的环境加热,制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木):隔绝空气的环境加热,制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品。炭等产品。快速热解:在缺氧的情况下快速加热,然后迅速将其冷却为液态生物原油快速热解:在缺氧的情况下快速加热,然后迅速将其冷却为液态生物原油的热解方法。尽可能获得更多的液体产物。的热解方法。尽可能获得更多的
7、液体产物。3.3 3.3 生物质热解过程与原理生物质热解过程与原理1)生物质热解过程和产物)生物质热解过程和产物过程过程-a.干燥阶段:干燥阶段:120-150 0C,水分蒸发。,水分蒸发。b.预炭化阶段:预炭化阶段:150-275 0C,木材化学组成发生变化,不稳定组分分解,木材化学组成发生变化,不稳定组分分解为为CO2、CO和少量醋酸。和少量醋酸。c.炭化阶段:炭化阶段:275-450 0C,木材急剧热分解,产生大量产物,发出大量,木材急剧热分解,产生大量产物,发出大量的反应热。的反应热。d.煅烧阶段:煅烧阶段:450-500 0C,进行木炭的煅烧,排除残留在木炭中的挥发,进行木炭的煅烧,
8、排除残留在木炭中的挥发物质,提高木炭中固定碳含量。物质,提高木炭中固定碳含量。产物产物-固体:木炭固体:木炭 液体:粗木醋酸,包括液体:粗木醋酸,包括200种以上有机物,酸类、醇类、醛类、酯类、种以上有机物,酸类、醇类、醛类、酯类、酚类、芳香化合物、杂环化合物及胺类等。酚类、芳香化合物、杂环化合物及胺类等。气体:气体:CO2、CO、CH4、C2H4 和和H2 82)生物质热解的原理)生物质热解的原理包括分子键断裂,异构化和小分子聚合等反应。包括分子键断裂,异构化和小分子聚合等反应。3)影响生物质热解的因素)影响生物质热解的因素 a.热解的最终温度:木炭产量随温度升高逐渐降低热解的最终温度:木炭
9、产量随温度升高逐渐降低 木醋酸组成在木醋酸组成在270-400 0C变化较大,变化较大,4000C变化变化不显著。不显著。b.升温速率:加热速率加快,木炭产量下降,焦油产量增加,最大可升温速率:加热速率加快,木炭产量下降,焦油产量增加,最大可达达80%的生物原油产率的生物原油产率 c.压力:在压力:在1.33Pa的真空下热解,不释放热量,的真空下热解,不释放热量,3.15MPa热解,放大热解,放大量的热。量的热。d.含水率:含水率过高,热解所需时间较长。较干的木材热解会放热含水率:含水率过高,热解所需时间较长。较干的木材热解会放热较快,降低木炭产量较快,降低木炭产量 e.木炭的形态:沿纤维方向
10、的热导率比纤维垂直方向的热导率大。木炭的形态:沿纤维方向的热导率比纤维垂直方向的热导率大。f.反应的气氛:采用过热蒸汽处理,可得到酸率反应的气氛:采用过热蒸汽处理,可得到酸率8%。93.4 3.4 生物质快速热解技术生物质快速热解技术1)生物质快速热解)生物质快速热解 生物质在缺氧的状态下,在极短的时间(生物质在缺氧的状态下,在极短的时间(0.5-5s)加热到)加热到500-540 0C,然后其产物迅速冷凝的热解过程。,然后其产物迅速冷凝的热解过程。2)快速热解工艺)快速热解工艺 103.5 3.5 生物原油的燃料特性及应用生物原油的燃料特性及应用1)相对密度)相对密度 液体燃料在液体燃料在2
11、0 0C下的密度与下的密度与4 0C水的密度之比,生物燃油为水的密度之比,生物燃油为1.2,柴,柴油为油为0.85,热值相当于,热值相当于40%相同质量的燃油。相同质量的燃油。2)热稳定性)热稳定性 加热到加热到100 0C以上时,会析出占原有质量以上时,会析出占原有质量50%的木炭。的木炭。因此需要加氢裂解或水蒸气裂解因此需要加氢裂解或水蒸气裂解3)应用)应用 替代燃油在固定场所应用替代燃油在固定场所应用 提取化工原料提取化工原料 3.6 3.6 生物质生物质直接液化技术直接液化技术生物质在高压下,直接与氢气发生反应,转化为液体燃料的热化学反应过程。生物质在高压下,直接与氢气发生反应,转化为
12、液体燃料的热化学反应过程。一般需使用催化剂。一般需使用催化剂。热解与液化的区别热解与液化的区别热化学过程热化学过程催化剂催化剂压力压力/MPa主要产物主要产物热解热解不需要不需要0.1-0.5生物原油生物原油液化液化需要需要5-20液化油液化油11工艺:工艺:1)一步法催化加氢液化技术)一步法催化加氢液化技术 由德国开发,连续液化(由反应器、热分离器和冷却器组成),由德国开发,连续液化(由反应器、热分离器和冷却器组成),生物质颗粒与催化剂和循环油混合,反应在生物质颗粒与催化剂和循环油混合,反应在20MPa氢分压和氢分压和380 0C下下进行约进行约15 min,进入气相的液体产品在热分离器中快
13、速蒸馏,塔底重,进入气相的液体产品在热分离器中快速蒸馏,塔底重油用作循环油,其余液体产物冷却到室温后得到沸程油用作循环油,其余液体产物冷却到室温后得到沸程60-360 0C的油品,的油品,其中其中99%为正己烷可溶物。为正己烷可溶物。2)水中液化)水中液化 日本开发,间歇反应器,以日本开发,间歇反应器,以He为载气,反应温度为为载气,反应温度为250-400 0C,催化剂为碱金属的碳酸盐,产油率为催化剂为碱金属的碳酸盐,产油率为50%(采用发酵残渣为原料)。(采用发酵残渣为原料)。Na2CO3+H2+2CO-2HCOONa+CO22C6H10O5+2HCOONa-2C2H10O4+H2O+CO
14、2+Na2CO33)煤与生物质共同液化)煤与生物质共同液化 可降低煤的液化温度,增加低分子量的戊烷可溶物,生物质与煤可降低煤的液化温度,增加低分子量的戊烷可溶物,生物质与煤相互作用机理不明。相互作用机理不明。液化油的性质:液化油的性质:高黏度、高沸点的酸性物质高黏度、高沸点的酸性物质124 4 4 4 生物质气化技术生物质气化技术生物质气化技术生物质气化技术4.1 4.1 气化的基本原理气化的基本原理1)氧化层)氧化层C+O2CO22C+O2-2CO2CO+O2-2CO22H2+O22H2O2)还原层)还原层C+H2OCO+H2C+CO22COC+2H2CH4 4.2 4.2 气化过程的指标气
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