《生物质能源工程》

第一章绪论

1、生物质（biomass）的概念：自然界中有生命的、可以生长的各种有机物质，以及由这些生命体所派生、排泄和代谢出来的各种有机物质。

2、植物生物质的元素组成：主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分构成。植物生物质主要由C、H、O、N、S这5种元素组成。(它们的含量约为：碳50%、氢6%、氧43%、氮1%)

3、纤维素、半纤维素和木质素的定义：纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过1, 4-β苷键联结而成的均一的

线状高分子化合物。

半纤维素是由两种或两种以上单糖基（葡萄糖基、木糖基、甘露糖

基、半乳糖基、阿拉伯糖基等）组成的非均一聚糖，并且分子中

往往带有数量不等的支链。

木质素是由苯基丙烷结构单元（即C6-C3单元）通过醚键、碳-碳

键连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物。

4、生物质中水分的种类游离水：在植物生物质的细胞腔或孔隙中的水分，一般为多层吸附水或毛细管水。

结合水：在植物生物质中与纤维素的羟基形成氢键结合的水。

热解水：生物质中的有机质在热解过程中生成的水。

5、生物质的灰分：生物质的灰分是生物质中所有可燃物质完全燃烧以及生物质中的矿物质在一定温度下发生一系列分解、化合等反应后剩下的残渣，主要由CaO、K2O、Na2O、MgO、SiO2、Fe2O3、P2O3等组成。

6、生物质挥发分：生物质在隔绝空气的条件下加热到一定温度，并在该温度下停留一定时间，其有机物质受热分解析出的气态产物，即为挥发分，包括饱和的和不饱和的芳香族碳氢化合物，以及生物质中结晶水分解后蒸发的水蒸汽等。析出挥发分后余下的固体残余物称为焦碳或半焦。

7、生物质中的固定碳：生物质出去“水分”“灰分”“挥发分”后的残留物。

8、生物质能的利用转化技术：物理化学法、热化学法、生物化学法。

9、生物质的特点：1. 资源丰富2. 品种多样3. 用途广泛4. 可再生5. 低污染

10、生物质能的定义：生物学角度：生物质能是直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能的形式固定和储藏在生物体内的能量。

能源角度：利用生物质原料生产的一种可再生清洁能源。

11、生物质能的特点：（1）丰富；（2）洁净；（3）产量大；（4）可再生（5）易燃，挥发组分高，炭活性高（6）二氧化碳“零”排放，降低温室效应

第二章生物质压缩成型技术

1、生物质压缩成型技术的概念：在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸杆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、块状或颗粒状的成型燃料

2、生物质成型燃料特点：成型燃料具有体积小、密度大、储运方便、使用方便卫生、燃烧持续稳定、燃烧效率高、燃烧后灰渣及烟气中污染物含量小。

3、生物质压缩成型的黏结机制：（1）固体颗粒桥接或架桥（2）非自由移动黏结剂作用的黏结力（3）自由移动液体的表面张力和毛细压力（4）粒子间的分子吸引力或静电引力（5）固体粒子间的充填或嵌合

4、生物质压缩成型的颗粒特性：（1）流动性（2）充填性（3）压缩性

5、生物质压缩成型的2个阶段：第一阶段：在压缩初期，较低的压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减小。

第二阶段：当压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小的粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力储存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。

6、生物质压缩成型的电势特性、吸附层、扩散层：固体颗粒与液体接触，在固体颗粒表面会发生电荷的优先吸附现象，使固体表面带电荷，而与固体表面接触的液体会形成相反电荷的扩散层，构成双电层结构。

吸附层随固体而运动；

扩散层不随固体运动而运动，当液体流动时它是一个可流动层。

扩散双电层的正电荷等于固体表面的负电荷。

7、生物质压缩成型的化学成分变化：（1）木质素100℃时开始软化，160℃时开始熔融，形成胶体物质。在压缩成型过程中，木质素在温度和压力的共同作用下发挥黏结剂功能，黏附和聚合生物质颗粒，提高成型物的结合强度和耐久性。（2）半纤维素由复合聚糖组成，起黏结剂的作用。（3）水在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起黏结剂作用。降低木质素玻璃化转变温度，使生物质能在更低温度下压缩成型。（3）有机抽出物成分树脂、蜡、腐殖质等也是黏结剂，但对温度和压力比较敏感。在适宜的温度和压力下，在压缩成型过程中也能发挥有效的黏结作用。（4）纤维素由纤维素分子形成微纤丝，在成型块中类似于混凝土中的“钢筋”作用，成为提高成型块强度的“骨架”。

8、生物质压缩成型的影响因素：1. 生物质原料种类2. 生物质原料含水率3. 生物质原料粒度4. 成型压力5. 成型温度

9、生物质压缩成型技术种类：1. 常温压缩成型2. 热压成型3. 炭化成型

11、生物质压缩成型生产的一般工艺流程：生物质原料的收集、粉碎、干燥、压缩成型、成型燃料切断、冷却和除烟尘待主要环节。

1）生物质原料收集：（1）加工厂的服务半径

（2）农户供给加工厂原料的形式

（3）秸杆等原料在田间经风吹、日晒、自然风干的程度

2）生物质原料粉碎：对于颗粒成型燃料，一般需要将90%的原料粉碎至直径2mm以下。

3）生物质原料干燥：通过干燥使原料的含水率符合成型要求的范围内。与热压成型机配套使用的干燥机有回转圆筒式干燥机、立式气流干燥机二种：

4）压缩成型：生物质压缩成型一般分为螺杆挤压式、活塞挤压式（或冲压式）和压辊成型机等。

5）成型燃料的切断：棒状成型燃料的切断有二种方式：

（1）设计一个旋转刀片切断机，将运到冷却传送带上的生物质棒状燃料切割成整齐匀称的长度，其断面平整光滑。

（2）让挤出的棒状燃料触碰到平滑而倾斜的阻碍物，靠弯曲应力使其断裂，其长度均称，但断面不光滑。

流程：

6）成型过程的冷却与除烟尘：

7）典型生物质压缩成型生产

12生物质压缩成型设备种类：螺杆挤压式、活塞挤压式（或冲压式）和压辊成型机等。

13.生物质成型燃料的物理特性：（1）形状和密度松弛密度：生物质成型燃料出模后，由于弹性变形和应力松弛，其压缩密度逐渐减小，一定时间后密度趋于稳定，此时成型燃料的密度又称为松弛密度

生物质成型燃料的耐久性反应了成型块的黏结性能，它是由成型块的压缩条件和松弛密度决定的。耐久性作为表示成型块品质的一个重要特性，主要体现在成型块的不同使用性能和储藏性能方面。耐久性可细分为抗变形性、抗跌碎性、抗滚碎性、抗渗水性、抗吸湿性。

14、生物质成型燃料的燃烧特性：生物质成型燃料是经过高压形成的燃料，其密度远大于原生生物质，其结构和组织特性决定了挥发分的逸出速率和传热速率都大大降低。

点火温度升高，点火性能变差，但比型煤的点火性能要好，仍为生物质的点火特性。

燃烧速度适中，挥发分燃烧所需要的氧与外界扩散的氧匹配较好，燃烧稳定、完全，减小了能量及热损失。生物质成型燃料由于密度大、燃烧热效率高，燃烧时更接近于固体燃料的燃烧方式－－“颗粒燃烧模式”，其性能优于薪材和秸杆，具有中值煤的特性。

第三章生物质热裂解技术

1、生物质热裂解的概念：生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供给条件下利用热量切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质，最终生成生物油、可燃气体和木炭的过程。

2、生物质热裂解反应机理：（1）从生物质组成成分分析生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种

主要组成物以及一些可溶于极性或非极性溶剂的抽提物组成。

半纤维素分解温度：225~350 ℃

纤维素分解温度：325~375 ℃

木质素分解温度：250~500 ℃

半纤维素和纤维素热裂解主要产生挥发性物质，木质素主要分解为炭。

（2）从物质、能量的传递分析

首先，热量被传递到颗粒表面，并由表面传递到颗粒内部，热裂解过程由外至内逐层进行。生物质颗粒被加热的部分迅速分解生成炭和挥发分。其中，挥发分由可凝性气体和不凝性气体组成，可凝性气体经快速冷凝得到生物油。即一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油、不凝性气体。

在多孔生物质颗粒内部，挥发分还将进一步裂解，形成不凝性气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分离开生物质颗粒时，还将穿越周围的气相组分，进一步裂解，称为二次裂解反应，生成二次生物油和不凝性气体。

与慢速热裂解相比，快速热裂解的传热过程发生在极短的原料停留时间内，强烈的热效应使原料迅速地裂解，不再出现中间产物，直接产生热裂解产物。另外，热裂解产物的迅速淬冷使其来不及降解成小分子的不凝性气体，从而最大限度地增加了液态生物油的产量。

（3）从反应进程分析

（1）干燥阶段（120~150 ℃）（2）预热裂解阶段（150~275 ℃）（3）固体分解阶段（275~475 ℃）（4）煅烧阶段（450~500 ℃）

3、生物质热裂解反应动力学：求活化能和频率因子具体看PPT

4、生物质热裂解过程影响因素：1. 温度2. 固体和气相滞留期3. 生物质原料特性4. 压力5. 升温速率

5、生物质热裂解液化技术的工艺流程：物料的干燥、粉碎、热裂解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却、生物油的收集

6、典型生物质热裂解液化装置的结构：

7、生物油的组成：生物质热裂解产物主要由生物油、不凝性气体和木炭组成。

生物油是含氧量极高的复杂有机混合物，几乎包括所有种类的含氧有机化合物，如醚、酯、醛、酮、酚、醇、有机酸等。每种生物油中，苯酚、蒽、萘、菲、有机酸的含量较大。

8、生物油的典型特性：

9、生物油的精制：（1）生物油加氢处理（2）沸石催化转化（3）生物油乳化（4）生物油催化裂解（5）生物油水蒸汽催化重整（6）生物油的酯化（7）生物油的分子蒸馏（8）生物油的气化

第四章生物质气化技术

1、生物质气化：以生物质为原料，以氧气（游离氧、结合氧）、空气、水蒸汽、水蒸汽/氧气混合气、氢气为气化剂，在高温不完全燃烧条件下，使生物中相对分子量较高的有机碳氢化合物发生链裂解并与气化剂发生复杂的热化学反应而产生相对分子质量较轻的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体的过程。

2、气化与燃烧的区别：气化过程：提供充足的空气或氧气，原料充分燃烧；

目的是直接获取热量；

燃烧产物为二氧化碳和水等不可再燃烧的烟气。

燃烧过程：只提供热化学反应所需的那部分氧气；

尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中；

气化产物为一氧化碳、氢气和甲烷等低分子烃类可燃气体。

3、固定床下吸式气化炉、固定床上吸式气化炉、单流化床气化炉、循环流化床气化炉：工作过程、优缺点：固定床下吸式气化炉的工作过程

生物质原料从顶部加入，然后依靠重力逐渐由顶部移动到底部；空气从上部进入，向下经过各反应层，燃气由反应层下部吸出；灰渣从底部排出。由于原料移动方向与气体流动方向相同，所以也叫顺流式气化。

刚进入气化炉的原料遇到下方上升的热气流，首先脱除水分；下移过程中当温度升高到200~250℃左右时发生热解并析出挥发分；挥发分随之与空气一起向下流动，当进入氧化区时，挥发分和一部分生物质

焦炭与空气中的氧气发生不完全氧化反应，并使炉内局部温度迅速升至1000℃以上；在氧气耗尽后的还原区，剩余焦炭与气体中的二氧化碳和水蒸气发生还原反应而生成一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体；最后，这些混合气体由气化炉下部引出炉外。

固定床下吸式气化炉的优点

固定床下吸式气化的最大优点是气化气体中的焦油含量比固定床上吸式低许多，因为挥发分中的焦油在氧化层和还原层得到了一定程度的氧化和裂解，因此，这种气化技术比较适宜应用于需要使用洁净燃气的场合。

固定床下吸式气化一般均采用安装在气化机组下游的罗茨风机或真空泵将空气吸进气化炉，气化炉内的工作环境为微负压，这样做的优点是加料口不需要严格的密封即可实现连续进料，这对于秸秆一类的生物质非常重要，因为这类生物质的堆密度很小，因此要设计一个能容纳一定时间料量的炉膛相当困难，即便能够做到，也很难保证气化能够稳定运行。

但微负压工作环境同样也会导致炉膛下部连续出灰的困难，若不增加专门的连续出灰装置，则只能将炉膛底部做得足够大来存放灰渣，运行时每隔一段时间停机清除一次灰渣。

固定床下吸式气化炉的缺点

固定床下吸式气化的最大缺点是炉排处于高温区，容易粘连熔融的灰渣，寿命难以保证。

固定床上吸式气化炉的工作过程

生物质原料从顶部加入，然后依靠重力逐渐由顶部移动到底部；空气从下部进入，向上经过各反应层，燃气从上部排出，灰渣从底部排出。由于原料移动方向与气体流动方向相反，所以也叫逆流式气化。刚进入气化炉的原料遇到下方上升的热气流，首先脱除水分；当温度升高到200~250℃左右时发生热解反应，析出挥发分；挥发分和一部分生物质焦炭与空气中的氧气发生不完全氧化反应，使炉内厨部温度迅速升至l000℃以上；剩余高温炽热的焦炭再与气体中的二氧化碳和水蒸气发生还原反应而生成一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体；最后，这些气体与热解层析出的挥发分混合，由气化炉上部引出炉外。

固定床上吸式气化炉的优点

①气化效率较高，因为热解层和干燥层充分利用了还原反应后的气体余热；

②燃气热值较高，因为气化气直接混入了真有较高热值的挥发分；

③炉排受到进风的冷却，不易损坏。

固定床上吸式气化炉的缺点

固定床上吸式气化的最大缺点是由于气化生成气直接混入了挥发分中的焦油而使气体中的焦油含量较高，这对于气体的使用是一个很大的问题，因为焦油冷凝后会沉积在管道、阀门、仪表和灶具上，严重时可破坏系统的正常运行。

单流化床气化炉的工作过程

单流化床气化炉是最基本也是最简单的一种流化床气化炉。如图所示，单流化床气化炉只有一个流化床反应器，反应器一般可分为上下两段，下部为气固密相段，上部为气固稀相段。气化剂从底部经由气体分布板进入流化床反应器，生物质原料从分布板上方进入流化床反应器。生物质原料与气化剂一边向上作混合运动、一边发生干燥、热解、氧化和还原等反应，这些反应主要发生在密相段，反应温度一般控制在800℃左右。稀相段的作用主要是降低气体流速，使没有转化完全的生物质焦炭不致被气流迅速带出反应器而继续留在稀相段发生气化反应。

单流化床气化炉的优点

①由于生物质物料粒度较细和剧烈的气固混合流动，床层内传热、传质效果较好，因而气化效率和气化强度都比较高；

②由于流态化的操作范围较宽，故流化床气化能力可在较大范围内进行调节，而气化效果和气化效率不会明显降低；

③由于床层温度不是很高且比较均匀，因而灰分熔融结渣的可能性大大减弱。

单流化床气化炉的缺点

①由于气体出口温度较高，故产出气体的显热损失较大；

②由于流化速度较高、物料颗粒又细，故产出气体中的固体带出物较多；

③流化床要求床内物料、压降和温度等分布均匀，故而启动和控制较为复杂；

④对于鼓泡床气化，最好在床层内添加一些热容量比较大的惰性热载体，否则气化效率和气化强度都难以令人满意。

循环流化床气化炉的工作过程

右图为循环流化床气化炉的工作原理图。它与单流化床气化炉的主要区别是生成气中的固体颗粒在经过了旋风分离器或滤袋分离器后，通过料脚再返回到流化床，继续进行气化反应。

循环流化床气化炉以空气为气化剂时的操作特性见下表。

循环流化床气化炉的优点

①由于操作气速可以明显提高而不必担心碳的转化率，故气化效率尤其是气化强度可以得到进一步提高；

②可以适用更小的物料粒径，在大部分情况下可以不加流化热载体，运行较为简单。

循环流化床气化炉的缺点

循环流化床的缺点主要是回流系统控制较难，料脚容易发生下料困难，且在炭回流较少的情况下容易变成低速携带床。

4、生物质气化基本原理：生物质气化是在一定热力学条件下，将组成生物质的碳水化合物转化为一氧化碳、氢气和低分子烃类等组成的可燃气的过程。（1）物料干燥（2）热解反应（3）氧化反应（4）还原反应

5、生物质气化反应动力学：

1）热解过程：气体产量与气相滞留时间呈近似指数关系，即

计算固体生物质气化动力学的表达式：

2）燃烧过程：

3）还原过程：

6、生物质气化反应平衡分析：

（1）反应C + CO2 →CO

（2）反应CO + H2O ? CO2 + H2

（3）反应C + 2H2 ? CH4

（4）反应2CO + 2H2 ? CH4 + CO2

7、生物质气化反应影响因素：

8、生物质气化评价参数：气体产率、气体热值、气化效率、碳转化率、气化强度、气体组分

9、生物质气化燃气中焦油的特点及其危害：

①焦油占可燃气能量的5%~10%，在低温下难以与可燃气一道被燃烧利用，因此大部分焦油的能量被浪费掉；

②焦油在低温下冷凝成黏稠状液体，容易和水、炭粒等结合在一起，堵塞输气管道，卡住阀门和风机的转子，腐蚀金属；

③焦油难以完全燃烧，并产生炭黑等颗粒，对燃气利用设备如内燃机、燃气轮机等损害相当严重；

④焦油及其燃烧产生的气体对人体有害。

10、生物质气化燃气焦油去除方法：（1）喷淋法去除焦油和灰尘（2）鼓泡水浴法去除焦油和灰尘（3）干式过滤法去除焦油和灰尘

11、催化裂解去除焦油方法：焦油催化裂解是在高温和存在或不存在催化剂的条件下，将大分子的焦油裂解成各种小分子气体（如H2、CO、CO2、CH4等）的过程。焦油裂解后的气体产物与燃气成分相似，可直接燃用。在不使用催化剂的条件下要实现焦油的完全裂解，需要很高的反应温度（如1000~1200℃），若在裂解过程中引入催化剂，则裂解温度可大大降低（如750~900℃）。

水蒸气在焦油裂解过程中也有重要作用，它和焦油中某些成分反应生成CO、H2及CH4等，既可减少炭黑的形成，又提高了燃气的质量。例如在裂解过程中萘与水蒸气可以发生下列反应：

12、气体热值：单位体积的气体燃料完全燃烧时所放出的热量称为气体燃料的热值、华白指数是一个热负荷指标，它从燃气性质的角度全面反映了燃气向燃烧器提供热量的能力，是保证已有燃烧器在燃气性质发生变化时仍能正常使用的重要指标、热负荷：燃料在燃烧器中（如燃气具、燃气热水器、燃气取暖炉、火箭发动机燃烧室）燃烧时单位时间内所释放的热量、化学当量比：每标准立方米燃气完全燃烧所需的最少空气量称为化学当量比、着火极限：燃气在可燃混合物中能够正常着火的最小和最大浓度分别称为着火浓度下限和着火浓度上限

第五章生物质液化技术（直接液化技术）

1、热解液化、直接液化、间接液化的区别：

（1）热解液化

热解液化是在缺氧状态下，打破大分子物质的分子链后小分子物质迅速冷凝的过程。

（2）直接液化

直接液化是以水或其他有机溶剂为介质，把生物质直接转化为液体燃料的过程。

（3）间接液化

间接液化就是把生物质气化后，再进一步合成液体产品，或者采用水解法把生物质中的纤维素、半纤维素转化为多糖，然后再利用生物质技术发酵成乙醇。现阶段，此种方法产油率低、设备庞大、投资大、副产物多，应用不多。

2、生物质高压直接液化影响因素：1. 生物质原料种类2. 溶剂3. 催化剂4. 反应温度5. 反应时间6. 反应压力和液化气氛

3、生物质油的应用：（1）生物油燃烧（2）生物油制氢（3）生物油气化（4）富钙生物油（5）生物油制取胶黏剂（6）生物油制取化学品

第六章生物质柴油技术

1、生物质柴油的定义：广义：所有用生物质为原料生产的替代燃料。

狭义：生物柴油（biodiesel）是指以动植物油脂、微生物油脂和各种废弃油脂等为原料，与短链醇（即低碳醇，如甲醇、乙醇）经过转酯化（酯交换）反应（transesterification reaction）制备获得的一种长链脂肪酸单烷基酯（fatty acid esters）

2、生物质柴油的特点：优点（1）具有优良的环保性能。

生物柴油含硫量低，从而使二氧化硫和硫化物的排放量降低；

生物柴油中不含芳香族烃类，对人体的损害低于普通柴油；

生物柴油含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳排放量低；

生物柴油的生物降解性高。

（2）具有较好的发动机低温启动性能。无添加剂时冷滤点达-20℃。

（3）具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用

寿命延长。

（4）具有较好的安全性能。闪点高，储存、运输和使用都比较安全，不属于

危险品。

（5）具有良好的燃烧性能。生物柴油的十六烷值高达52.9，着火性能好，滞

燃期短、未燃碳氢和裂解碳氢少，一氧化碳排放量低。燃烧残留物呈微

酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命延长。

（6）具有可再生性能。

（7）无需改动柴油机，可直接添加使用，同时无需添设加油设备、储存设备

及人员的特殊技术训练。

（8）生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高机动性

能，并降低尾气污染。

（9）含水率较高，最大可达45%。水分有利于降低油的黏度，提高稳定性，

但降低了油的热值。

缺点：

（1）热值较低。生物柴油含水率较高，最大可达45%。虽然水分有利于降低

油的黏度，提高稳定性，但降低了油的热值。

（2）具有弱酸性。生物柴油pH值较低，储存设备需耐酸腐蚀材料制造。对柴

油机及其附件具有一定的腐蚀性。

（3）点火性能不好。由于生物柴油闪点高，虽然安全性较高，但也造成点火

性能下降。

（4）可再生性具有一定的限制，原料在一定历史时期可能无法实现按需供应

（5）具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存。

3、冷滤点：是指在规定条件下，当试油通过过滤器每分钟不足20ml时的最高温度（即流动点使用的最低环境温度）、闪点（Flash point）：在规定的试验条件下，液体发生闪燃的最低温度叫做闪点、着火点（Fire point）：指气体、液体和固体可燃物与空气共存，当达到一定温度时，与火源接触即自行燃烧。火源移走后，仍能继续燃烧的最低温度，称为该物质的燃点或着火点、十六烷值（Cetane number）：柴油十六烷值用来表示柴油的发火性能

4、酯交换反应原理及影响因素：（1）游离脂肪酸（2）水分（3）醇油比（4）催化剂（5）反应时间（6）反应温度（7）搅拌速率

5、生物柴油的制备方法：直接混合、微乳液法、热裂解和酯交换、超声波法

6、低酸值油脂生产生物柴油工艺：

7、高酸值油脂生产生物柴油工艺：高酸值油脂由于含有较多的脂肪酸，不适宜用碱性催化剂，应改用酸性催化剂。但用酸性催化剂生产生物柴油，反应速度慢，需较高的温度和较长的时间，且含环氧酸、共轭酸、羟基丙烯酸不宜用酸性催化剂。

其工艺流程图如下：原料预处理（脱水、脱臭、净化）→（醇+催化剂+70℃）→搅拌反应（1h）→沉淀分离排杂→回收醇→过滤→成品。

8、间歇均相酸碱结合催化工艺：由于均相酸催化不及碱催化效果好，而且反应时间较长，因此，对游离脂肪酸含量不太高（如略高于3%左右）的原料，通常采用两种可能的技术方案：一是用碱中和游离酸形成皂后分离，精制后的油脂通过碱催化与醇完成酯交换反应；另一是首先在酸性催化条件下游离脂肪酸与醇进行酯化反应，得到脂肪酸酯，待原料中的游离脂肪酸完全转化成脂肪酸酯后再在碱催化作用下完成油脂与醇的酯交换过程。

9、连续法生物柴油生产工艺（鲁奇（Lurgi）工艺）：鲁奇工艺的特点：原料适应性强；过程连续，常压，温度60℃；双反应器系统，其中获得专利的甘油错流结构能实现转化率最大化；甲醇可回收及循环利用；封闭循环水洗系统能减少废水排放；通过重力沉降实现相分离。

10、甘油的回收精制工艺：脱醇、脱水、脱盐、脱色。脱醇是为了将粗甘油中未反应完全的甲醇或短链醇去除，由于短链醇的沸点偏低，可通过常压蒸馏的方法去除；脱水是为了将粗甘油中的水分去除，提高精制后的甘油纯度；脱盐主要是针对酸碱制备生物柴油的副产物甘油而言的，由于在酸碱制备过程中加入了氢氧化钠或硫酸等作为催化剂，因此需要将形成的皂化物质用酸中和生成盐后，采用离心法去除，以提高甘油纯度；脱色是为了让精制后的甘油具有良好的品相与外观，常采用活性炭脱色。

11、甘油的高值化利用：1. 甘油生产环氧氯丙烷2. 甘油生产1, 3-丙二醇3. 甘油生产乙二醇4. 甘油生产2, 3-丁二醇5. 甘油生产其它化学品

第七章生物质沼气技术

1、沼气的定义：沼气是指有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵作用产生的一种以甲烷为主的可燃混合气体

2、沼气发酵原理：第一阶段，水解和发酵

在这一阶段中复杂有机物在微生物(发酵菌)作用下进行水解和发酵。

多糖：先水解为单糖，再通过酵解途径生成丙酮酸，经发酵后进一步转化为乙酸、乙醇、丙酸。

蛋白质：先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。

脂类：先转化为脂肪酸和甘油，再转化为脂肪酸和醇类。

第二阶段，产氢产乙酸（即酸化阶段）

在产氢产乙酸菌的作用下，把除甲酸、乙酸、甲胶、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如脂肪酸（丙酸、丁酸）和醇类（乙醇）等水溶性小分子转化为乙酸、氢气和二氧化碳。

第三阶段，产甲烷阶段

甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺和甲醇、氢气和二氧化碳等基质通过不同的路径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸、氢气和二氧化碳。厌氧消化过程有70%左右甲烷来自乙酸的分解，30%左右来源于氢气和二氧化碳的合成。

3、沼气发酵微生物之间的相互关系：（1）不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需的物质，产甲烷菌又为不产甲烷菌生长解除反馈抑制

（2）不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宣的氧化还原条件（即厌氧环境）

（3）不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质

（4）不产甲烷菌和产甲烷菌共同维持适宜的发酵环境pH值

（5）不产甲烷菌和产甲烷菌间的协同与制约关系

4、沼气发酵工艺条件：1. 发酵环境2. 发酵物料3. 发酵过程调控

5、防止沼气池酸化现象的产生的常用方法：①加大接种物用量，使酸化与甲烷化速度能尽快达到平衡，一般接种物用量为原料量的1/3~1/2；

②将原料进行堆沤，使易于分解产酸的有机物在好氧条件下分解掉一大部分，同时降低了碳氮比（C/N）；

③原料中加入1%~2%的石灰水，以中和所产生的有机酸。

6、水压式沼气池的工作原理：

7、大中型沼气工程的基本工艺流程：

8、水力滞留期：厌氧反应器的水力滞留期（HRT）是指一个反应器内的发酵液按体积

计算被全部置换所需要的时间、固体滞留期：固体滞留期（SRT）是指悬浮固体物质从反应器里被置换的时间、微生物滞留期：微生物滞留期（MRT）是指从微生物细胞的生成到被置换出反应器的时间

9、全混合式反应器、塞流式反应器、升流式厌氧污泥床、内循环厌氧反应器、厌氧滤器的结构、原理、工作流程及其优缺点：

10、沼气的脱水、脱硫方法：①冷分离法是利用压力能变化引起温度变化，使水蒸气从气相中冷凝下来的方法。常用的有下述两种流程。1、节流膨胀冷脱水法2、加压后冷却法：3、固体物理吸水法

脱硫：①干法脱硫②湿法脱硫③生物脱硫

11、沼气的储存方法：大中型沼气工程一般采用低压湿式储气拒、干式储气柜或沼气储气袋储存沼气。

①浮罩式储气柜②干式储气柜

12、沼气的利用途径：①作为民用燃料和用于照明②用于发电③用作动力燃料④用作化工原料⑤用作孵化禽类⑥用作蔬菜种植⑦用作储粮防虫

13、沼液沼渣的综合利用：（1）有机肥料（2）防治病虫害（3）饲料填加剂

14、沼液沼渣的分离方法:①斜板筛法②转动筛法③挤压式分离法④沉降式离心分离法5过滤式离心分离法

第八章生物质乙醇技术

1、乙醇生产方法:（1）微生物发酵法，就是利用微生物（主要是酵母菌），在无氧条件下将糖类、淀粉类或纤维素类物质转化为乙醇。

用糖质原料生产乙醇要比用淀粉质原料简单而直接。用淀粉和纤维素制取乙醇需要水解糖化过程，而纤维素的水解要比淀粉难得多。

(2)化学合成法生产乙醇是采用石油裂解产生的乙烯气体来合成乙醇，有乙烯直接合成法、硫酸吸附法和

乙炔法等，其中乙烯直接水合法工艺应用较多，它是以磷酸为催化剂，在高温高压条件下，将乙烯和水蒸气直接反应生成乙醇。

2、乙醇发酵原理: 生物质原料的水解、糖酵解（EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径、丙酮酸还原反应）

3、乙醇发酵的类型:（1）酵母一型发酵（2）酵母二型发酵（3）酵母三型发酵

4、乙醇发酵过程: 1）发酵前期2）主发酵期3）发酵后期

5、发酵过程中的副产物:甘油和琥珀酸,杂油醇,有机酸

6、乙醇发酵过程原料利用率: 原料利用率是生产上经常用来衡量发酵过程优劣的指标，一些文献中还用乙醇（酒精）产率、乙醇（酒精）得率、发酵率等来表述。其定义为，实际出酒率与理论出酒率的比值。可以用下式表示。

式中，理论出酒率（%）－单位重量的原料理论上可以产乙醇的重量，

还可以表述为理论醇糖比。

单糖（葡萄糖、果糖）乙醇发酵的总反应式为

即，100g单糖理论上能发酵产生100%纯乙醇51.14g和48.86g二氧化碳，

51.14/100或0.5114还可以称为单糖理论醇糖比。

双糖（蔗糖、麦芽糖）乙醇发酵的总反应式为：

即，100g双糖理论上能发酵产生100%纯乙醇53.83g和51.43g二氧化碳，53.83/100或0.5338即为双糖理论醇糖比

7、乙醇发酵过程乙醇生产效率: 乙醇生产效率是指单位发酵容器容积每小时生产乙醇的重量，是衡量乙醇生产效率的主要指标，一些文献中还有用乙醇（酒精）生产强度、生产强度等来表述的。乙醇生产效率计算公式如下式所示。

式中，发酵罐有效容积－等于盛装发酵液的量（L），通常为发酵罐实际

容积的75%~85%；

单位成熟醪液中乙醇的质量－成熟醪液中乙醇的浓度，g/L；

发酵时间－发酵所用时间，h。

8、影响乙醇发酵的因素:温度、控制杂菌污染、足够数量的优质酵母菌及相应的营养源

9、乙醇发酵成熟醪指标:乙醇含量、残糖含量、还原糖含

量、酸度、挥发酸含量和外观糖等，达到指标要求的醪液称为成熟醪

10、乙醇发酵常见杂菌有：乳酸菌、乙酸杆菌和丁酸菌等。

11、乙醇发酵方法:发酵过程物料存在状态:固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法。

发酵醪注入发酵罐的方式:间歇式、半连续式和连续式

12、纤维原料稀酸水解的影响因素:原料粉碎度、液固比、反应温度、时间、酸种类和浓度等

13、纤维素发酵原料有害物质的种类及其来源，净化方法。:通过酸水解得到的糖液中存在很多有害组分，它们会阻碍微生物的发酵活动，降低发酵效率。大部分有害组分来自纤维素和半纤维素水解中产生的副产品净化方法：人们研究了很多方法来降低有害组分含量。最简单的办法是把水解液按

1:3稀释，即1份水解液加入3份水，但这样将大大降低糖浓度，增加后续工段的成本，从经济上看并不可行。其他方法包括过量加碱法、水蒸气脱吸、活性炭吸附和离子交换树脂等。

11、同步糖化发酵工艺流程及其优缺点：同步糖化发酵工艺是把经预处理的生物质、纤维素酶和发酵用微生物加入一个发酵罐内，使酶水解和糖液的发酵在同一装置内完成

同时糖化发酵法不但简化了生产装置，而且因发酵罐内的纤维素水解速度远低于葡萄糖发酵速度，使榕液中葡萄糖和纤维二糖的浓度很低，这就消除了它们作为水解产物对酶水解的抑制作用，相应可减少酶的用

量。此外低的葡萄糖浓度也减少了杂菌感染的机会。

12、五碳糖发酵的三种方法：第一种方法是用木糖异构酶将木糖异构成木酮糖，而木酮糖能被普通酵母所利用。

第二种方法是寻找和驯化能发酵五碳糖的天然微生物。

第三种方法是用基因工程技术开发能发酵五碳糖的微生物。