生物质 水热煤化工艺
水热碳化——精选推荐
⽔热碳化定义：⽔热碳化以⽣物质为原料,⽔作为液相反应介质,在⼀定温度(150-250℃)和压⼒(2-10 MPa)下,将⽣物质转化为以⽣物炭为主的⼀系列⾼附加值产物。
⽔热碳化是⼀种⾼效的废弃⽣物质资源化技术。
⽔热碳化是指将⽣物质废弃物置于⾼温(150-350℃)⽔溶液中停留⼀段时间,脱⽔脱羧形成具有明确理化性质的固体产物。
⽔热碳化是将⽣物质转化为更⾼能量密度形式的碳的⼀种有效途径,也是制备⽣物质炭材料和⽣物油的重要⽅法。
⽔热碳化温度、时间：本⽂采⽤废弃⽣物质松⼦壳和⽟⽶芯作为原料,分别在不同的⽔热碳化温度(180℃、200℃、230℃)下反应5 h,利⽤扫描电⼦显微镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、元素分析、含氧官能团测定等⼿段对所得⽔热炭进⾏了详细的表征。
SEM显⽰当温度达到220℃时,碳化物表⾯开始形成微球结构,且随着温度和时间的增⼤,微球结构均⼀性、分散度越来越好。
在温度为200℃时,分别利⽤Fe3+、柠檬酸作为添加剂。
结果表明,Fe3+、柠檬酸均能促进⽣物质的⽔热碳化过程，所得⽔热炭的热值提⾼了20-40%，SEM显⽰，添加Fe3+的⽟⽶芯和松⼦壳⽔热炭表⾯⽣成的炭微球数量显著，且球形完整、粒径较⼤、表⾯光滑；添加柠檬酸的⽔热炭表⾯的炭微球粒径在纳⽶级别,呈现致密的蜂窝状。
在反应温度260℃、停留时间为1h时，⽣物炭能量密度已经提⾼了69.45%，获得了较⾼的能量密度，进⼀步提⾼反应剧烈程度能提升的能量密度有限。
扫描电镜分析说明经过⽔热碳化处理的⽣物炭整体呈现碎⽚状态，并伴有⼤量蜂窝状结构，可能是脱羰基反应导致稻草内部的纤维素、半纤维素⼤量分解。
在反应温度260℃,停留时间1h时，固相产物吸⽔率较低，故此条件下⽣物炭的性能良好，是制备⽣物炭的较适宜条件。
与⼲法碳化相⽐，⽔热碳化保留了较多的有机碳。
⼲法碳化后的污泥炭较原污泥呈现弱碱化，⽽⽔热碳化则显⽰酸化趋势。
此外,与⼲法碳化相⽐，⽔热碳化在富集有效营养元素(磷、氮)和固定重⾦属浸出风险上均表现出明显的优势。
生物质能源热分解的热力学分析及工艺优化
生物质能源热分解的热力学分析及工艺优化随着经济的发展和工业化程度的不断提高，能源供应的紧张和污染的不断加剧已经成为了全球性的问题。
而在这种情况下，生物质能所蕴含的清洁、可再生、广泛分布、快速更新等优点已经引起了越来越多人的关注。
生物质能源通过热分解可以得到大量的高品质气体、液体、固体能源，因此热分解技术是生物质利用的重要手段之一。
本文将对生物质能源热分解的热力学分析及工艺优化进行一定的探讨。
一、热分解过程及理论基础热分解是指生物质经过适当的加热后，原有的化学键断裂，生成一系列新的气体、液体和固体产品的过程。
热分解过程有许多因素会影响其生成物种类和产量，其中热力学因素就是其中的关键因素之一。
热力学分析是对物质转化过程中热特性的分析，一般可以通过广义的焓、熵和自由能三个参数来描述热特性。
在热分解过程中，热力学参数的变化将直接影响生物质的转化过程，因此对热力学变化的研究十分重要。
在热分解过程中，生物质中的纤维素和半纤维素被分解成一系列的小分子产品，如纤维素、葡萄糖、木糖、乙酸、乙醇等。
同时，也会生成大量的气体如甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，固体产品主要是生物质的残渣和少量灰分。
二、热分解反应机理生物质经过适当的加热后，化学键断裂，生成一系列新的气体、液体和固体产品，这个过程涉及到多种热化学反应，如脱除水分、发生裂解、异构、复分解、气固反应等反应机制，因此生物质热分解的反应机理比较复杂。
从热力学角度上看，生物质经过加热后会发生反应，反应过程需要吸热。
随着反应的进行，温度逐渐升高，反应的吸热量也会逐渐变大。
而当吸热量达到最大值时，就可以得到最优的生物质利用效率。
三、热分解反应动力学热分解的反应动力学是指热分解反应速率随时间和温度的变化关系。
这个过程可以描述为一个复杂的反应动力学模型，最简单的是一级动力学反应模型。
从实验结果来看，生物质热分解的反应速率是随着温度的升高而加快的，且温度越高，反应速率的加快越明显。
水热反应+厌氧消化+机械脱水+干化
水热反应、厌氧消化、机械脱水与干化在生物质能源利用过程中起到了重要作用。
本文将从这四个方面进行详细介绍，希望能为相关领域的研究和实践提供一定的帮助。
一、水热反应水热反应是一种在高温高压水环境下进行的化学反应。
在生物质能源利用中，水热反应常用于生物质的裂解和转化。
通过加热生物质和水混合物，可使生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等组分发生水解、糖化和裂解反应，生成可溶解的糖类、酚类和木质素衍生物，从而为后续的能源利用提供了原料。
水热反应也能使生物质中的结构得到改善，提高生物质的可降解性和可利用性。
二、厌氧消化厌氧消化是一种利用微生物代谢产生甲烷气体的生物化学反应。
在生物质能源利用中，厌氧消化常用于处理有机废弃物和农作物残余物。
通过将生物质原料放置于密封的消化罐中，与厌氧菌共同发酵产气，可生成高能甲烷气体，用于发电或供热。
厌氧消化还能有效降解生物质中的有害物质，减少环境污染，具有环保的双重效益。
三、机械脱水机械脱水是一种利用机械设备将生物质中的水分进行除去的处理方法。
在生物质能源利用中，机械脱水常用于处理厌氧消化后的污泥或生物质颗粒。
通过离心脱水、压榨脱水等方式，将生物质中的水分含量减少，可提高生物质颗粒的热值和稳定性，使之更方便于储存和运输。
机械脱水还能使厌氧消化后的污泥更易于处理和处置，减少对环境的影响。
四、干化干化是一种通过加热或通风等方式将生物质中的水分蒸发或挥发除去的过程。
在生物质能源利用中，干化常用于生物质燃料的生产和利用。
通过烘干、晾晒、风干等方式，可使生物质中的水分含量减少，提高燃烧效率和发热值，从而为生物质燃料的应用提供更好的条件。
干化还能延长生物质的保存期限，减少贮存中的霉菌和腐烂现象，提高生物质的品质和价值。
总结起来，水热反应、厌氧消化、机械脱水和干化是生物质能源利用过程中不可或缺的重要环节。
它们在裂解、转化、处理和利用生物质中发挥着重要作用，为生物质能源的开发和利用提供了有力支撑。
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。
生物质气化及生物质与煤共气化技术的研发与应用
生物质气化及生物质与煤共气化技术的研发与应用摘要：总结了生物质原料的特点及生物质单独气化的缺点；介绍了国内外生物质气化技术及生物质与煤共气化技术的研发与应用现状；分析了在此领域国内外的发展趋势与前景；概括了开展生物质与煤共气化技术研发的意义。
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。
与煤炭相比，生物质原料具有如下特点：①挥发分高而固定碳含量低。
煤炭的固定碳一般为60%左右；而生物质原料特别是秸秆类原料的固定碳在20%以下，挥发分却高达70%左右，是适合热解和气化的原料。
②原料中氧含量高，灰分含量低。
③热值明显低于煤炭，一般只相当于煤炭的1/2～2/3。
④低污染性。
一般生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的SO2、NOx较低。
⑤可再生性。
因生物质生长过程中可吸收大气中的CO2，其CO2净排放量近似于零，可有效减少温室气体的排放。
⑥广泛的分布性。
生物质气化是生物质利用的重要途径之一。
生物质气化技术已有一百多年的发展历史，特别是近年来，对生物质气化技术的研究日趋活跃。
但生物质单独气化存在一些缺点。
首先，生物质的产生存在季节性，不能稳定供给；其次，由于生物质处理后形成的颗粒具有不规则性，在流化床气化炉内不易形成稳定的料层，需要添加一定量的惰性重组分床料如河砂、石英砂等；第三，生物质单独气化时生成较多的焦油，不仅降低了生物质的气化效率，而且对气化过程的稳定运行造成不利影响。
生物质与煤共气化不仅可以很好地弥补生物质单独气化的上述缺陷，同时在碳反应性、焦油形成和减少污染物排放等方面可能会发生协同作用。
1国外的研究与应用情况(1)生物质气化发电生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视，如美国、奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威和瑞典等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。
美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。
水热炭化技术及其在废水处理中的应用研究进展
水热炭化技术及其在废水处理中的应用研究进展生物质作为一种可再生资源，不仅来源比较广泛而且产量巨大，可以有效缓解目前面临的能源枯竭危机。
同时，合理地资源化利用废弃生物质还能削减焚烧、填埋等传统处理方式对环境带来的污染。
其中，采纳废弃生物质制备生物炭是其资源化利用的有效方法之一。
但传统的生物质炭化方法，需要对含水率高的生物质进行干燥处理，能耗较高，为此越来越多的学者将留意力转移到以水热炭化的方法制备碳质材料。
水热炭化是根据肯定的比例将生物质与水混合后置于反应器内，在肯定的温度、时间和压力条件下，以产生固体产物为目标的水热反应。
它是经过一系列简单的热化学反应，最终将有机物质转化为高含碳产物的过程，产物被称为水热炭。
随着社会经济的进展，以重金属离子、有机物、氮磷氟阴离子为代表的污染物不断随废水进入水体环境，对水生环境和人类健康构成严峻威逼。
采矿、皮革等行业产生的废水中含有汞、铬、镉、锌、铅、铜、镍等重金属离子，其会在水体中长期存在，并会通过食物链在生物体内富集；水体中含有的多环芳烃、卤代烃、有机农药等有机污染物成分简单且具有肯定的毒性；氮磷污染物会造成水体富养分化，同时矿物冶炼加工、肥料的生产都会对水体产生氟污染，这些污染物的存在均会严峻危害生态环境。
因此，对以重金属、有机物、阴离子等为代表的水体主要污染物的脱除已成为水污染治理讨论的重点。
吸附法由于具有操作简洁、成本效益高等优势，在废水处理领域应用广泛。
其中，吸附剂是吸附法得以推广应用的关键。
讨论发觉，可以将农业秸秆、生活垃圾、污泥、动物粪便等废弃生物质经过不同的热化学方法制成生物炭，且所得的生物炭具有孔隙发达、理化性质稳定和官能团丰富等优点，是良好的吸附材料。
其中，水热炭又被认为是具有进展潜力的碳质材料，并被作为绿色吸附材料广泛应用于废水处理领域。
笔者对水热炭的制备工艺和主要工艺参数对水热炭制备的影响进行了介绍，着重总结了水热炭对水体重金属、有机污染物和阴离子污染物的吸附讨论进展，并对其将来讨论方向进行了展望，以期为水热炭今后的讨论和推广应用供应借鉴。
煤或生物质在超临界水中的转化
煤/生物质在超/亚临界水中的转化摘要：由于超/亚临界水具有特殊的物理化学性质，煤或生物质在超/亚临界水的转化技术是一种新兴的利用生物质能的方法，由于其较高的能量利用率和环保特性，正日益受到人们的重视。
本文详细阐述了国内外对于煤或生物质在超临界水中的转化技术现状，指出此技术有望成为新一代的煤或生物质的转化技术。
超临界水（SCW）具有特殊的物理化学性质，总体趋势为密度、粘度、介电常数及对极性无机物的溶解度大大减小，扩散系数、对有机物及气体的溶解度大大增加，这使得具有高的扩散性，使反应体系相界面消失，从而表现出极高的反应活性，基于此，超临界水作为反应介质具有反应速度快、转化效率高等特点。
近年来，使用SCW对煤和生物质进行洁净转化得到了广泛关注，如煤的水热处理；SCW中煤的气化、液化、萃取、脱硫等。
SCW物质过程的潜在优势是能够快速加热有机物料,减少焦炭生成，提高转化率。
其另一个主要优点是高压、高密度的SCW溶液是有机物料气化的理想介质。
1、超临界水性质水的临界温度TC=374.2℃，临界压力为PC=22.1MPa。
当体系的温度和压力超过临界点时，称为超临界水(supercritical water, SCW)。
当体系的温度处于150～370℃，压力处于0.4～22.1MPa，称为近临界水(near-critical water, NCW)。
水的密度是关键参数，它影响水的介电常数、离子积、粘度、溶解度、分子体积、扩散系数、离子化等。
在超临界状态下：压力一定时，当水的温度升高，密度会减小。
温度一定时，当水的压力升高，密度会增大。
相对来说，近临界水需要的温度和压力都较低；作为溶剂，对有机物的溶解性相当于丙酮或乙醇；近临界水的介电常数介于常态水和超临界水之间，因此，近临界水足以既能溶解盐，又能溶解有机物：水与产物易分离，用于分离纯化的耗费很小。
而超临界水极象一个中等强度极性的有机溶剂. 在常规水中易溶解的无机物在超临界水中的离解常数和溶解性却很低. 有机物和气体与超临界水可完全混溶。
水热液化技术
水热液化技术
水热液化技术是一种将有机物通过高压高温下的水热反应转化为可用于生产燃料和化学品的液体能源的技术。
该技术的优点包括可以处理多种废弃物和生物质，同时能够在短时间内转化为高质量的液体燃料。
本文将介绍水热液化技术的原理、应用和前景。
原理：
在水热液化过程中，有机质通过水溶于热水中，在高温下发生裂解、缩合、脱氧等反应，产生液态产品，其中包括生物煤、生物油和生物气。
该技术最适宜的反应条件是：反应温度在240-300℃之间，反应时间为30分钟-1小时，反应压力在5-25 MPa之间。
同时，反应所需的水量大约是有机质的3-4倍。
应用：
水热液化技术在利用生物质转化为能源方面具有广泛的应用前景。
该技术可以处理多种废物，如木材、农作物秸秆、煤炭矸石、纸浆等，还可以处理生物质废弃物，包括动植物油脂、养殖废弃物、城市垃圾等。
液体燃料产品可以用于各种工业应用，如热水供暖、发电厂、汽车燃料等。
此外，还可以生产多种纯化产品，如生物油、生物煤和生物气等化学品。
前景：
随着石油资源的逐渐枯竭，使用水热液化技术生产可再生燃料的需求逐渐增加。
从经济、环境和能源方面来看，水热液化技术将在未来的能源产业中发挥重要作用。
目前，一些国家如美国、澳大利亚和日本等已经开始采用水热液化技术生产生物燃料。
中国也在积极推进该技术，大力开展研发，培育有关产业的发展，推进环境友好型经济的建设。
总的来说，水热液化技术在绿色能源产业的不断发展中具有重要的战略性和前途性。
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生物质水热煤化工艺
生物质水热煤化工艺是一种利用生物质作为原料，通过水热条
件下的化学反应将生物质转化为煤化工产品的技术过程。
这种工艺
可以被用于生产生物质煤、生物质炭、生物质沥青等产品。
在这个
过程中，生物质经过水热条件下的高温高压处理，发生裂解、聚合、重排等化学反应，最终形成类似于煤炭的煤化工产品。
生物质水热煤化工艺的优点之一是可以充分利用可再生资源，
有利于减少对化石燃料的依赖，有利于环境保护和可持续发展。
此外，生物质水热煤化工艺还可以实现生物质资源的高值利用，提高
生物质能源的利用效率。
然而，生物质水热煤化工艺也面临一些挑战。
首先，工艺条件
的控制和优化是一个复杂的问题，需要克服生物质成分复杂、反应
条件多变等难点。
其次，生物质水热煤化工艺的产品性能和稳定性
也需要进一步提升和验证。
此外，生物质水热煤化工艺的经济性和
可行性也需要进行深入的评估和研究。
总的来说，生物质水热煤化工艺作为一种新兴的生物质能源转
化技术，具有巨大的发展潜力，但在实际应用中仍然需要不断地进
行科学研究和工程实践，以解决相关的技术难题，推动该技术向产业化应用迈进。