生物质热化学科普
生物质热解技术
以生物质为载体的能量。 生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为
常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种 可再生能源。
2、生物质能的分类
传统生物质能
在发展中国家小规模应用的生物质能，主要包括农村生活用能 （薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其它农业生产的废弃物和畜禽粪便 等）；
③ 当温度高于300℃时, 橡胶分解加快, 断裂出来的化学物质分子 量较小, 产生的油流动性较好, 而且透明
橡胶的热解处理
废轮胎高温热解靠外部加热使化学链打开, 有机物得以分 解或液化、汽化。热解温度在250℃～500℃范围内，当温 度高于250℃时, 破碎的轮胎分解出的液态油和气体随温度 升高而增加，400℃以上时依采用的方法不同, 液态油和固 态炭黑的产量随气体产量的增加而减少。
污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
3 热解的过程及产物
固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分 子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各 种较小的分子。
供热方 式
➢直接加热 、间接加热
五
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
热
解
热解炉 结构
➢固定床、移动床、流化床和旋转炉
工
艺 分
产物物 理形态
➢气化方式、液化方式、炭化方式
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 成炉渣
➢造渣型和非造渣型
生物质的热化学转换
③ 热解液化。把林业废料及农副产品在缺氧的情况下中温（500~650℃）快 速加热，然后迅速降温使其冷却为液态生物原油的方法。
生物质直接液化
• 生物质直接液化是在较高压力下的热化学转化过程，温度一般 低于快速热解，热体产物的高位热值可达25~30MJ/kg，明显 高于快速热解液化，但因其技术成本高目前还难以商业化。
• 生物质气化发电技术是生物质清洁能源利用的一种重要方式，几乎 不排放任何有害气体。在我国很多重，生物质发电可以在很大程度上解决 能源短缺和矿物燃料燃烧发电的环境污染问题。近年来，生物质气 化发电的设备和技术日趋完善，无论是大规模还是小规模均有实际 运行的装置。
生物质水解发酵
• 发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多 缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料,经过水 解（水解——使某一化合物裂解成两个或多个较简单化合物 的化学过程）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化 为乙醇。
• 20世纪70年代，能源危机的出现，重新唤起了人们对生物质 气化技术的兴趣。以各种农业废弃物、林业废弃物为原料的 气化装置生产可燃气，可以作为热源， 或用于发电，或生产 化工产品（如甲醇、二甲醚及氨等）。
种类
生物质气化炉
• 生物质气化炉是气化反应的主要设备。生物质气化技术的基本应用 方式主要有以下四个方面：供热、供气、发电和化学品合成。生物 质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送各 入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。此类系统相对简单 ，热利用率较高。气化率可达70%以上，热效率也可达85%。
发电方式
• 生物质气化发电可通过三种途径实现：生物质气化产生燃气作 为燃料直接进入燃气锅炉生产蒸汽，再驱动蒸汽轮机发电；也 可将净化后的燃气送给燃气轮机燃烧发电；还可以将净化后的 燃气送入内燃机直接发电。在发电和投资规模上，它们分别对 应于大规模、中等规模和小规模的发电。
生物质热解气化原理与技术
生物质热解气化原理与技术生物质热解气化是一种将生物质转化为可用气体燃料的技术。
生物质是指植物和动物的有机物质，如木材、农作物废弃物、动物粪便等。
热解气化是将生物质加热至高温，并在缺氧或氧气限制条件下进行分解，生成可燃气体和固体残渣的过程。
生物质热解气化的原理是通过热解和气化两个过程将生物质转化为气体燃料。
首先，生物质在高温下进行热解，热解过程中生物质的有机物质被分解为气体、液体和固体。
其中，气体主要是一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。
液体主要是烃类物质，如醇类、酮类、醚类等。
固体残渣是热解过程中不能分解的物质，主要是炭质物质。
然后，热解产物在气化过程中被进一步转化为可用气体燃料。
气化是在缺氧或氧气限制条件下进行的，通过气化反应将热解产物中的固体炭质物质转化为一氧化碳和氢气。
气化过程中，氧气与炭质物质反应生成一氧化碳，同时一氧化碳与水蒸气反应生成氢气。
生物质热解气化技术具有以下几个优势。
首先，生物质是一种可再生能源，与化石燃料相比具有更低的碳排放。
生物质热解气化能够有效利用生物质资源，减少对化石燃料的依赖。
其次，生物质热解气化可以将生物质转化为多种气体燃料，具有较高的灵活性。
不同类型的生物质可以产生不同成分的气体燃料，可以根据需求进行选择和调整。
再次，生物质热解气化可以利用生物质的多级能量，通过热解气化过程可以同时产生气体、液体和固体燃料。
气体燃料可以直接用于燃烧或发电，液体燃料可以用于替代石油燃料，固体残渣可以用作肥料或再生能源的原料。
生物质热解气化技术的应用具有广泛的前景。
首先，生物质热解气化可以用于生物质能源的开发利用。
生物质能源是一种清洁、可再生的能源，可以用于代替传统的化石能源，减少对环境的污染。
其次，生物质热解气化可以用于生物质废弃物的处理。
农作物废弃物、木材废料等生物质废弃物在经过热解气化处理后可以转化为有用的气体燃料，同时还可以减少废弃物对环境的影响。
生物质热解过程中的产物特性
生物质热解过程中的产物特性生物质热解是一种将生物质在缺氧或无氧条件下加热分解的过程，通过这一过程可以得到多种有价值的产物。
这些产物具有各自独特的特性，对于能源利用、化工生产和环境保护等领域都具有重要意义。
生物质热解的产物主要包括生物油、生物炭和不可冷凝气体。
生物油是一种复杂的混合物，包含了数百种有机化合物。
它具有较高的能量密度，但同时也存在一些缺点，如稳定性差、腐蚀性强和含水量高。
生物油中的化学成分非常丰富，包括羧酸、醇、醛、酮、酚类和酯类等。
这些成分的比例和种类会受到生物质原料的种类、热解条件（如温度、加热速率和停留时间）等因素的显著影响。
例如，以木质生物质为原料得到的生物油中酚类化合物的含量相对较高，而以农作物废弃物为原料得到的生物油中则可能含有更多的羧酸和酯类。
生物炭是生物质热解的另一个重要产物。
它是一种富含碳的固体物质，具有多孔结构和较大的比表面积。
这些特性使得生物炭在土壤改良、碳封存和污染物吸附等方面表现出优异的性能。
生物炭的孔隙结构可以为土壤中的微生物提供栖息和繁殖的场所，从而改善土壤的肥力和结构。
同时，生物炭能够吸附土壤中的重金属和有机污染物，降低它们的迁移性和生物有效性，减少对环境的危害。
此外，生物炭中的碳相对稳定，可以在土壤中长时间存在，从而实现碳的长期封存，有助于缓解气候变化。
不可冷凝气体是生物质热解过程中产生的另一种产物，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳等。
这些气体具有较高的热值，可以作为燃料直接使用，或者用于合成其他化学品。
其中，氢气是一种清洁的能源载体，具有广阔的应用前景。
通过优化热解工艺条件，可以提高不可冷凝气体中氢气的含量，从而提高其利用价值。
在生物质热解过程中，温度是影响产物特性的关键因素之一。
一般来说，随着热解温度的升高，生物油的产量会先增加后减少，而生物炭和不可冷凝气体的产量则会相应增加。
这是因为在较低温度下，生物质主要发生解聚和脱水反应，生成较多的生物油；而在较高温度下，生物油会进一步分解为小分子气体和焦炭。
第十章 生物质热解技术
第十章生物质热解技术1 概述热化学转化技术包括燃烧、气化、热解以及直接液化，转化技术与产物的相互关系见图10-1。
热化学转化技术初级产物可以是某种形式的能量携带物，如，木炭（固态）、生物油（液态）或生物质燃气（气态），或者是能量。
这些产物可以被不同的实用技术所使用，也可通过附加过程将其转化为二次能源加以利用。
图10-1 热化学转化技术与产物的相互关系生物质热解、气化和直接液化技术都是以获得高品位的液体或者气体燃料以及化工制品为目的，由于生物质与煤炭具有相似性，它们最初来源于煤化工（包括煤的干馏、气化和液化）。
本章中主要围绕热解展开。
1.1生物质热解概念热解（Pyrolysis又称裂解或者热裂解）是指在隔绝空气或者通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变成为低分子物质的过程。
可用于热解的生物质的种类非常广泛，包括农业生产废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴和城市固体废物等。
关于热解最经典的定义源于斯坦福研究所的J. Jones提出的，他的热解定义为“在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热使寒潭有机物发生热化学分解，生成燃料（气体、液体和固体）的过程”。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供热解所需热量的情况，严格地讲不应该称为部分燃烧或缺氧燃烧。
他还提出将严格意义上的热解和部分燃烧或缺氧燃烧引起的气化、液化等热化学过程统称为PTGL（Pyrolysis，Thermal Gasification or Liquification）过程。
生物质由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分组成，纤维素是β-D-葡萄糖通过C1-C4苷键联结起来的链状高分子化合物，半纤维素是脱水糖基的聚合物，当温度高于500℃时，纤维素和半纤维素将挥发成气体并形成少量的炭。
木质素是具有芳香族特性的，非结晶性的，具有三度空间结构的高聚物。
由于木质素中的芳香族成分受热时分解较慢，因而主要形成炭。
生物质 热解
生物质热解
生物质热解是一种热化学转化技术方法，它指的是在没有氧化剂存在或只提供有限氧的条件下，将生物质加热到超过500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（如木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（如固态炭、可燃气、生物油）。
生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。
同时，还能从生物油中提取高附加值的化学品。
生物质热解气化技术以其规模适度、启动灵活、原料收集半径小等优点，可与大型直燃发电优势互补，建设形成10 MW以下规模的生物质气化发电项目，完成生物质发电的规模与空间布局。
总的来说，生物质热解是一种有效的生物质能源利用技术，它不仅可以提高能源的利用效率，还可以帮助减少环境污染。
生物质能的热化学转化技术
生物质能的热化学转化技术随着日益紧张的能源危机加剧和环境问题重视程度的加强，作为一种可再生的环境友好型能源，生物质能的研究越来越受到国内外学者的广泛关注。
生物质原料的热化学转化是利用纤维素、半纤维素和木质素的化学变化改变其物理特性而形成的新的生物质能源。
纤维素是由许多吡喃型D－葡萄糖基，在1，4位置上以β－苷键联结而成的天然线性高分子材料；半纤维素是不均匀聚糖，由葡萄糖、甘露糖、木糖和阿拉伯半乳聚糖等中的两种或两种以上糖基组成；木质素的成分非常复杂，是由愈创木基、紫丁香基和对羟苯丙烷的基本结构单元组成[1]。
生物质的热化学转化有两种基本途径：一种是将生物质气化，使其转化成碳氢化合物；另一种是将其直接在高温下热解、高压下液化或者深度热解和抽提。
热化学转化过程包括燃烧、气化、液化和热解[2]。
1生物质能的热化学转化技术1.1燃烧燃烧是应用最广泛的生物质转换方式，在一些不发达地区，人们仍在利用生物质的直接燃烧来获取能量来满足日常的生活。
生物质燃料的燃烧热值比化石能源的热值低很多，这是由于生物质燃料的高含水率和高氧含量决定的，对于不同能源的主要化学元素组成情况如图1所示[3]；燃烧热值和含水率的大小呈线性递减的关系，如图2所示[4](LHV=lower heating value，HHV=Higher heating value)。
生物质的燃烧过程可以分3个阶段：水蒸气蒸发与预热阶段、挥发燃烧阶段和固定碳燃烧阶段[5]。
为了提高生物质燃料的燃烧热值，可以对原料进行相应的处理：①在燃烧的水蒸气蒸发与预热阶段，加入燃料引发剂[6]、供给氧气或者增加通风量，从而降低燃料的着火点[7]；②在致密成型的固体燃料中加入催化剂降低生物质原料的表面活化能，如钡剂和锰剂，同时起到消烟助燃的效果[8]，此外用于煤的催化剂如K，Cu，FeCl2/FeCl3，MnO2，稀土钙钛矿型和纳米长效节煤添加剂等[9]均可以考虑到生物质能源的应用上来；③原料的蒸汽爆破可以使灰分含量和氧含量降低，增加燃烧热值，起到固碳的作用，同时还可以提高密度、冲击韧性和耐磨性，降低了灰分的熔化温度[10]。
7,第四章(1)生物质热裂解
生物质热化学转化技术概述 生物质气化 生物质热裂解（热解） 生物质热裂解（热解） 生物质直接液化 生物质热裂解炭化
1.生物质热化学转化技术概述
定义：生物质热化学转化是指在加热条件下，用 化学手段将生物质转换成燃料物质的技术。 分类：生物质热化学转化可进一步分为气化、热 裂解（热解）、液化三种技术；各技术产生各自 的产品。
生物质气化分类
(4) 空气（氧气）—水蒸气气化 空气（氧气）—水蒸气气化是以空气（氧气）、 水蒸气同时作为气化介质的气化过程，其优越 之处在于减少了空气的供给量，并生成更多的 氢气和碳氢化合物，提高了燃气的热值，典型 的燃气热值为11.5MJ/m3。另外，生物质与空气 的氧化反应可以给其他反应提供能量，因此它 是自供热系统，不需要外供热源。
生物质气化原理
(2) 热分解反应
当温度达到160℃以上便开始发生高分子有机物在吸热 的不可逆条件下的热分解反应，并且随着温度的进一步 升高，分解进行得越激烈。由于生物质原料中含有较多 的氧，但温度升高到一定程度后，氧将参加反应而使温 度迅速提高，从而加速完成热分解。 热分解时一个十分复杂的过程，其真实的反应可能包括 若干不同路径的一次、二次甚至高次反应，但总的结果 是大分子的碳水化合物的链被打开，析出生物质中的挥 发分，只剩残余的木炭。 完成热分解反应时间600 ℃需要27秒，900 ℃需要9秒。
生物质气化分类
(5)氢气气化 氢气气化主要反应是在高温高压下氢气与碳 及水蒸气生成甲烷的过程，氢气气化的可燃 气热值可高达22.3~26MJ/m3，属高热值燃 气，但因其反应需在高温高压且具有氢源的 条件下进行，条件苛刻，不常引用。
生物质气化分类
(6)干馏气化 干馏气化失在隔绝空气或只提供极有限的氧 使气化不止于大量发生情况下进行的生物质 热裂解，产生固体碳、液体与可燃气。可燃 气主要组成为H2、CH4、CO、CO2 及少量 C2H6、C2H4，热值为15MJ/m3。由于热裂解 是吸热反应，应提供外热源以使反应进行。
- 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)。
4.1.5四种转化技术与产物的相互关系
4.2、生物质生化转化
一、定义：依靠微生物或酶的作用，对生 物质进行生物转化，生产出如乙醇、氢、 甲烷等液体或者气体燃料的技术。 二、分类：水解发酵和沼气技术 三、应用：主要针对农业生产和加工过程 的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生 活污水、工业有机废水和其他有机废弃物 等。
2、生物质能的分类
依据来源的不同，可将适合于能源利用的 生物质分为五大类 一
二
三
四
五
3、生物质能的特点
4、生物质能转化方法
4.1、生物质热化学转化
定义：生物质热化学转换技术是 指在加热条件下，用化学手段将生 物质转换成燃料物质的技术，包括 燃烧、气化、热解及直接液化。
4.1.1、直接燃烧
4.1.3、热裂解—烧炭
4.1.3、热裂解—干馏
4.1.3、热裂解—热接液化
4.1.4、直接液化
直接液化是把固体生物质在高压和一定 温度下直接与氢气反应（加氢），转化 为物理化学性质较为稳定的液体燃料的 热化学反应过程。 热体产物的高位热值可达25~30MJ/kg， 明显高于快速热解液化。 一般使用催化剂且具有较高的氢分压， 以提高反应速度，改善过程稳定性。但 因其技质生化转化
4.3、其他生物质利用技术 生物质压缩成型 生物柴油（酯化）
5、能源植物及分类
顾名思义，能源植物就是可以用 作能源的植物，通常是指那些具有 合成较高还原性烃的能力、可产生 接近石油成分和可替代石油使用的 产品的植物，以及富含油脂的植物。
5、能源植物及分类
6、生物油的利用
4.1.1、直接燃烧 —直燃发电技术
4.1.2、气化
气化和燃烧区别：
燃烧过程中氧气是足量或者过量的，燃烧后的产 物是二氧化碳和水等不可再燃的烟气，并放出大 量的反应热，即燃烧主要是将生物质的化学能转 化为热能； 气化是在一定的条件下，只提供有限氧的情况下 使生物质发生不完全然撒，生成一氧化碳，氢气 和低分子烃类等可燃气体。即气化是将化学能的 载体由固态转化为气态。相比燃烧，气化反应中 放出的热量小得多，气化获得的可燃气体再燃烧 可进一步释放出其具有的化学能。
直接燃烧是最普通的生物质能转换技术。 所谓直接燃烧就是燃料中的可燃成分和 氧化剂（一般为空气中的氧气） 进行化 合的化学反应过程，在反应过程中强烈 放出热量，并使燃烧产物的温度升高 直接燃烧的主要目的就是取得热量。
4.1.1、直接燃烧 —生物质炉灶
生物质炉灶仍然是农民炊事、取 暖的主要生活用能设备。
4.1.1、直接燃烧 —现代燃烧技术
现代燃烧技术一般用于工业过程、区域供 热、发电及热电联产领域。 工业用生物质燃料包括木材工业的木屑和 树皮、甘蔗加工中的甘蔗渣等。 目前法国、瑞典、丹麦、芬兰和奥地利是 利用生物质能供热最多的国家，利用中央 供热系统通过专用的网络为终端用户提供 热水或热量。
LOGO
生物质能科普报告
1、何为生物质和生物质能
生物质，是指通过光合作用而形 成的各种有机体，包括所有的动植 物和微生物。 生物质能，就是太阳能以化学能 形式贮存在生物质中的能量形式， 即以生物质为载体的能量。
1、何为生物质和生物质能
生物质在地球上无处不在，生物质能可以说遍地 都是。 人类利用生物质的历史极其悠长，薪柴秸秆的直 接燃烧利用曾给人类的生存发展带来极大的支撑， 在人类发展史上发挥了更重要作用的化石类能源 煤炭、石油、天然气等也是生物质中的有机物经 过上亿年的时间演变而来。 生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上 讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
4.1.1、直接燃烧 —现代燃烧技术
4.1.1、直接燃烧 —直燃发电技术
现代生物质直燃发电技术诞生于丹麦。 在发达国家，目前生物质燃烧发电占可再生能源 （不含水电）发电量的70%，例如，在美国与电 网连接以木材为燃料的热电联产总装机容量已经 超过7GW。 目前，我国生物质燃烧发电也具有了一定的规模， 主要集中在南方地区，许多糖厂利用甘蔗渣发电。 例如，广东和广西两省共有小型发电机组300余 台，总装机容量800MW，云南省也有一些甘蔗渣 电厂。
LOGO
4.1.2、气化
4.1.2、气化
4.1.3、热裂解
生物质热裂解（又称热解或裂解）
是指在隔绝空气或通入少量空气的 条件下，利用热能切断生物质大分 子中的化学键，使之转变为低分子 物质的过程
4.1.3、热裂解
根据热解条件和产物的不同，生物质热解工艺可 以分为以下几种类型 1） 烧炭。将薪炭放置在炭窑或烧炭炉中，通入 少量空气进行热分解制取木炭的方法，一个操作 期一般需要几天。 2） 干馏。将木材原料在干馏釜中隔绝空气加热， 制取醋酸，甲醇，木焦油抗聚剂、木馏油和木炭 等产品的方法。 3） 热解液化。把林业废料及农副产品在缺氧的 情况下中温（500~650℃）快速加热，然后迅速 降温使其冷却为液态生物原油的方法。