生物质高密度液体燃料
微藻柴油的简介及其面临的主要问题
任课教师：张正义微藻柴油的简介及其面临的主要问题目前制约生物柴油发展的难题，主要是原料昂贵、来源不稳定。
由于世界各国采用的多为油料植物、粮食作物等原料，成本高、生长周期长并受环境限制，因此生物柴油的价格远高于传统柴油。
选取合适的、低成本植物油脂资源来发展和生产生物柴油成为各国的研究热点。
而利用藻类生物质生产液体燃料对缓解人类面临的粮食、能源、环境三大危机，有着巨大的潜力。
藻类是最低等的、自养的放氧植物，也是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群，具有生物量大、生长周期短、易培养及脂类含量较高等特点，是制备生物质能源的良好材料。
此外，藻类在增值过程中大量吸收温室气体二氧化碳，在实现清洁能源生产的同时，减排二氧化碳。
微藻生物柴油能够解决目前使用植物原料发展生物柴油面临的耕地不足、气候变化对产量影响大和引起农作物价格上涨等突出问题。
通过转基因技术培育“工程微藻”，繁衍能力高，生长周期短，比陆生植物产油高出几十倍，并且能用海水作为其天然培养基进行工业化生产。
面对植物原料生产生物柴油的诸多问题，利用微藻产油具有不与农业争地的明显优势，而且可用海水作为天然培养基进行大量繁殖。
跟植物一样，微藻也是利用光照产油，但却比植物作物的效率高很多。
大多数微藻的产油量远远超过了最好的油料作物。
不像其他油料作物，微藻生长极为迅速，而且含有极其丰富的油脂。
藻类光合作用转化效率可达１０％以上，含油量达３０％。
微藻的生物柴油产量是最好的油料作物的８～２４倍。
微藻不是一个分类学的名词，而是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。
微藻通常是指含有叶绿素ａ并能进行光合作用的微生物的总称，其中还包括蓝细菌。
目前发现的藻类有三万余种，其中微小类群占７０％，广泛分布于各种水体。
目前应用生物技术进行大量培养或生产的微藻分属于４个藻门：蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
当前，国内外有许多科学家在探索发现新的藻种，并研制“工程微藻”，希望能实现规模化养殖，降低成本，为获取油脂资源提供一条可靠的途径。
生物质燃料在燃煤锅炉脱硝中的应用
生物质燃料在燃煤锅炉脱硝中的应用摘要：脱硝技术是减少氮氧化物(NOx)排放的重要措施，近年来生物质燃烧脱硝作为一种高效低成本的脱硝技术受到了广泛关注。
详细叙述了生物质燃烧脱硝的基本原理，将传统的选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)进行了对比；结合国内外生物质及其衍生燃料应用于燃煤锅炉脱硝的研究进展；给出了生物质及其衍生燃料燃烧均能达到较好的脱硝效果.成本相对较传统脱硝低的建议；最后总结了不同生物质燃烧脱硝方式的优缺点，为其进一步研究和应用提供参考。
引言NOx 是主要大气污染物之一，近年来NOx的大量排放引起了酸雨、光化学烟雾等环境问题，严重危害了人类的生活及动植物的生存。
据预测，到2030年，基准情景下中国NOx 排放量将达到35.4×106t。
因此，对NOx的控制势在必行。
目前工业上应用较多的脱硝技术有SNCR和SCR技术，SNCR效率低，约为25％～40％；SCR使用催化剂，成本高。
由于SNCR和SCR中只有NH3参与还原NOx ，温度过低氨不发生反应，过高则被氧化为NOx，因此最佳温度区间较窄，低温部分脱硝效率极低。
研究表明，适当添加CH4、CO、H2及其混合气可提高低温条件下SNCR反应的脱硝效率。
另外，氨剂还原剂的使用导致氨逃逸。
生物质燃料燃烧脱硝可避免SNCR／SCR技术存在的问题，一方面，因为生物质挥发分含量高，挥发出气体的均能起到还原NOx 的作用，有利于NOx还原，脱硝效率可达60％以上；另一方面，无氨的使用避免了氨逃逸造成的二次污染；同时，生物质燃烧可提供热量，有利于减少燃料成本，是一种高效清洁的脱硝方式。
本文综述了近年来国内外生物质及其衍生燃料脱硝的研究进展，以期为生物质燃料脱硝的进一步研究提供思路和参考。
1生物质燃烧脱硝机理SNCR和SCR技术的原理是将还原剂(主要是氨或尿素)喷人烟气中，在高温作用下迅速产生NHi ，可高度选择地与NOx反应，最终将NOx还原为N2，即使在氧化性气氛中也是如此。
生物质燃料的储存和运输技术
生物质燃料的储存和运输技术生物质燃料是指以生物质为原料，经过处理或直接利用生物质能源的一种燃料。
其可再生、清洁、低碳的特点，使其成为未来能源发展的一个重要方向。
不过，在实际应用中，生物质燃料的储存和运输技术也面临着一些挑战，本文将从储存和运输两个方面探讨生物质燃料的技术问题。
一、储存技术1.储存方式生物质燃料的储存方式包括堆积储存、桶装储存和密封储存等。
其中堆积储存是目前最常见的方式，但是由于堆积储存存在着易燃易爆、易挥发、发霉变质等问题，影响了其长期储存的可靠性和安全性。
对此，可以采用桶装储存或密封储存来提高化学成分的稳定性和减少氧气进入的可能性。
桶装储存的原理是将生物质燃料装入密闭的桶子中，采用钻孔除氧方式，将其密闭起来。
密封储存则是利用密闭设备将生物质燃料封存，避免氧化和水分蒸发，以保证其质量和稳定性。
2.储存温度生物质燃料的储存温度直接影响其储存性能和质量。
一般来说，木质生物质燃料的适宜储存温度为30℃~40℃，而秸秆等农作物废弃物的适宜储存温度为20℃~30℃。
当温度过高时，生物质燃料易于发生自燃，而过低则会影响其水分和化学成分的稳定性。
因此，在储存过程中，应该控制好储存温度，定期检查储存状态，及时进行通风、降温和干燥等措施，避免发生安全事故和质量下降。
二、运输技术1.运输方式生物质燃料的运输方式主要有公路、铁路、水路和管道等。
目前，公路运输是最为常见，也是最为便捷的运输方式。
但是，生物质燃料密度低、易散、易挥发，容易导致堵塞和爆炸等问题，增加运输成本和安全隐患。
因此，在实际生产中，可以采用铁路、水路等低成本、低排放的运输方式，同时也可以考虑采用管道运输，提高运输效率和安全性。
2.运输容器生物质燃料的运输容器应该具有防水、防污、防爆、防泄漏等特点。
常用的运输容器有袋装、箱装、罐装等。
袋装常用于小规模和短途运输，箱装则适用于长途和大规模的运输需求。
罐装则可用于贮存液态生物质燃料，如生物液体燃料和生物油等。
生物质燃料高效转换技术研究
生物质燃料高效转换技术研究生物质燃料是一种可再生能源，其特点是绿色、环保、丰富可再生，是石油、天然气等传统燃料替代品。
目前，生物质燃料已在能源、化工、农业、林业等多个领域得到广泛应用，应用于生活供暖、电力生产、制氢、合成液体燃料等领域。
如何高效转换生物质燃料，是当前能源转型中研究的热点和难点之一。
一、生物质燃料高效转换技术分类转化方式不同，生物质燃料高效转换技术可分为气化、液化和热解三类。
1.气化技术气化技术是将生物质燃料在高温、低氧的条件下分解成气体混合物的技术。
这些气体包括H2、CO、CO2、CH4等，其用途极为广泛，可以用于生活供暖、燃气发电、合成化学品等领域。
气化技术的核心是通过热解、燃烧等方式，使生物质燃料转化为燃烧性气体混合物。
生物质燃料气化技术已逐渐成为生物质能利用的主流技术之一，由于气化能够高效地利用生物质燃料中的碳、氢、氧等元素，同时减少环境污染，对推动清洁能源发展有重要意义。
2.液化技术液化技术是将生物质燃料在高压、高温的条件下转化为液态燃料。
液化技术主要包括生物质燃料裂解和合成液体燃料两种方法。
生物质燃料裂解是将生物质燃料转化为液态或气态的低分子化合物，合成液体燃料则是将生物质燃料转化为合成气，再通过合成气的加氢反应得到液体燃料。
液化技术的核心在于将生物质燃料转化为易于储存和运输的液态燃料，可以在不改变现有石油化工生产线的情况下，实现生物质燃料的产业化生产。
3.热解技术热解技术是将生物质燃料在高温、高压的条件下分解成固态炭、液态燃料和气体混合物的技术。
热解技术主要包括焦炭化和快速热解两种方法。
焦炭化是指将生物质燃料在缺氧或微氧的状态下，使其快速加热至高温时发生干馏的现象，得到焦炭和一定量的液态和气态产物。
快速热解是指将生物质燃料在短时内快速加热至高温，使其在气态或液态状态下催化转化成其他化合物，并通过洗涤、分离等工艺得到液态燃料或其它有用化合物。
热解技术是一种极具潜力的生物质燃料高效转换技术，因其燃料收率高、能量利用率高等特点，具备广阔的应用前景。
生物质能源的利用方法和环保优势
生物质能源的利用方法和环保优势随着人类社会的发展，对能源的需求越来越大，但化石能源的消耗也带来了很多环境问题。
为了满足能源需求，保护环境，生物质能源的利用方法就显得越来越重要。
本文将从生物质能源的种类和利用方法以及环保优势等方面进行探讨。
一、生物质能源的种类和利用方法生物质能源可以分为三类：生物质固体燃料、生物质液体燃料和生物质气体燃料。
其中，生物质固体燃料主要包括木材、秸秆、麦秸、稻草等，这些燃料主要用于生产热能和电能。
生物质液体燃料包括生物柴油、生物酒精、生物油等，这些燃料可以替代传统石油等燃料。
生物质气体燃料包括生物气、沼气等，主要用于生产热能和电能，也可以替代传统的燃气。
生物质能源的利用方法包括生物质热能利用、生物质发电和生物质化工等。
其中，生物质热能利用主要包括生物质燃烧和生物质气化两种方式。
生物质燃烧是指将生物质材料进行直接燃烧，用于加热、供暖等方面。
生物质气化是指将生物质材料进行高温气化，生成可燃性气体，用于发电和供气等方面。
生物质发电是指将生物质转化为电能，主要有生物质燃烧发电和生物质气化发电两种方式。
生物质化工主要是指将生物质转化为液体燃料或化学品，如生物柴油、生物酒精等。
二、生物质能源的环保优势相比传统化石能源，生物质能源具有很多环保优势。
首先，生物质能源的使用对大气环境影响小。
生物质燃烧和气化释放的二氧化碳是通过植物自然吸收的，不会增加空气中的二氧化碳含量。
而煤炭、石油等化石能源的燃烧会释放大量的二氧化碳和其他有害气体，加重空气污染问题。
其次，生物质能源的开发利用有助于土地的保护和开发。
传统的化石能源的开采会对环境和土地产生很大的影响，而生物质能源可以利用农作物秸秆、山林废弃物等进行生产，有助于土地资源的回收利用。
同时，生物质能源的利用有助于减少固体废弃物对环境的污染。
生物质燃烧和气化生产的固体废弃物可以做为肥料、动物饲料等利用，减少了化学肥料和饲料的使用量，降低了污染风险。
生物质热化学转化制液体燃料的研究进展
关键词 ： 生物质能源 ； 生物 油； 热化 学转化 ； 热解
中 图 分 类 号 ：Ｑ ｌＴ ５ Ｔ ９ ；Ｑ ｌ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３～５５ （ ０ ７ ０ ０ ４ ０ １７ ８４ ２０ ） ５— ０ ５— ７
维普资讯
第４ ｌ卷第 ５期
２０ ０ ７年 ９月
生 物 质 化 学 工 程
Ｂｉ ｍａ ｓ Ｃｈ ｍｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｓ ｅ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖ０ ． Ｎｏ． １４ｌ ５
Ｓ ｐ． ２ ０７ ｅ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｔ ｅｍｏ ｃ ｅ ｃ ｌＣｏ ｖ ｒｉｎ ｔ ｓ ａ ｃ ｒ ｇｅ ｓ０ ｈ ｒ — ｈ ｍｉａ ｎ ｅｓｏ ｏ
Ｐ ｅ ａ ｅ Ｌ ｑ ｉ ｕ ｌ ｒｍ ｏ ｓ ｎ Ｃｈｎ ｒ ｐ ｉｕ ｄ Ｆ ｅｓｆｏ Ｂｉｍａ ｓｉ ｉ ａ ｒ
要 命题 。随着 科学技 术 的进 步 和生物 质转 化技 术
的 日趋成 熟 ， 生物 质作 为石 油原 料 的替代 品 ， 有 将
广 阔 的市 场 。 本 文 重 点 针 对 生 物 质 资 源 及 其 热化 学转 化方 式 制 液 体燃 料研 究 发展 的现 状 ， 论 述生 物 质液体 燃 料产业 化 发展 的可 能性 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｉｍａ ｓｅ ｅｇ ； ｉ — ｉ；ｈ ｒ ｏ ｃ ｅ ｃ ｌｃ ｎ ｅ ｉ ｎ ｐ ｒｌ ｓｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｂ ｏ ｓ ｎ ｒ ｂ ｏ ｏｌ ｔ ｅ ｙ ｍ — ｈ ｍｉａ ｏ ｖ ｒ ｏ ； ｙ ｏｙ ｉ ｓ
在化 石能 源尤 其是 石油 资源 有 限性 和全球 环 境 日益恶 化 的今 天 ， 再 生 利 用 的 生 物质 能 源 研 可
生物质热裂解制取液体燃料的实验研究
用 于 生 物 质 制 取 液 体 燃 料 的 实 用 性 较 强 的 反 应 器
新 能 源 中 的生 物 质 能 源 以 其 独 特 的优 点 引起 了世界各 国的关注 。生物 质是 一种 可再 生能 源 ， 其 含硫 和 含 氮 量 均 较 低 ， 分 份 额 也 很 小 ， 烧 后 灰 燃
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａｌｒ ｓ ａｒ ｈ ｏ ｉ ｍ ａ ｓ ｆａ ｈ ｐｙ ｏ ｙ ｉ ｏ ｉ ｉ ｆ ｌ ｐ ｒｍ ｎｔ ｅ ｅ ｃ ｎ ｂ ｏ ｓ ｓ ｒ ｌｓｓｆ ｒ ｌ ｌ ｑｕ ｄ ｕｅ
ＬＩ ＡＯ ｎ ｆｎ；Ｗ ＡＮＧ ｈ － ｏ ｇ，ＨＯＮＧ ｕ Ｙａ －ｅ Ｓ ｕｒｎ Ｊ ｎ，ＧＵ ｅｌ ｇ，ＬＵＯ ｏ ｇ ｙ ｎ Ｙｕ － ｎ ｉ Ｚｈ ｎ － ａ ｇ，ＣＥＮ －ａ Ｋｅｆ
的 开 发 和 利 用 已成 为 大 势 所 趋 。
等设 备 的燃烧 ， 而且 可通 过进 一 步加 工改 性 为柴 油 或 汽 油 而 用 作 动 力 燃 料 ， 外 还 可 以 从 中 提 取 此
具有商业价 值的化工产 品。 在 生 物 质 快 速 热 裂 解 的 各 种 工 艺 中 ， 应 器 反 的 类 型 及 其 加 热 方 式 的 选 择 ， 很 大 程 度 上 决 定 在 了产 物 的最 终 分 布 ， 以 ． 应 器 类 型 的选 择 和 加 所 反 热 方 式 的选 择 成 为 各 种 技 术 路 线 的关 键 环 节 。 应
生物质燃料生产技术与标准
生物质燃料生产技术与标准一、概述生物质燃料是指通过生物质能源转化技术将生物质转化为可替代化石能源的可再生能源。
生物质燃料生产技术是指将生物质转化为能源的过程，主要包括生物质热解、生物质气化、生物质液化和生物质发酵等技术。
本文将从生物质燃料的定义、生物质燃料生产技术和生物质燃料生产标准三个方面进行详细分析。
二、生物质燃料生产技术1. 生物质热解技术生物质热解技术是指将生物质在高温下分解为固体、液体和气体的过程。
生物质热解技术主要通过热解反应器将生物质加热至高温，使其分解为固体炭、液体油和气体，其中液体油和气体可用作燃料，固体炭可用作生物炭或其他用途。
生物质热解技术具有生产成本低、可利用范围广等优点，但也存在产生大量固体炭和废气、废水等问题。
2. 生物质气化技术生物质气化技术是指将生物质在高温下加压和加热，使其分解为一氧化碳和氢气等可燃性气体的过程。
生物质气化技术主要通过气化反应器将生物质加热和加压，使其分解为气体，气体可用于发电和供热等方面。
生物质气化技术具有高效、低排放、可利用范围广等优点，但也存在气体组成不稳定、气化副产物含有毒物等问题。
3. 生物质液化技术生物质液化技术是指将生物质在高温下和催化剂的作用下，使其分解为液态燃料的过程。
生物质液化技术主要通过液化反应器将生物质和催化剂加热至高温，使其分解为液态燃料，液态燃料可用于发电和供热等方面。
生物质液化技术具有生产效率高、液态燃料品质好等优点，但也存在催化剂使用量大、液化产物中含有酸性物质等问题。
4. 生物质发酵技术生物质发酵技术是指将生物质中的有机物转化为生物质能源的过程。
生物质发酵技术主要通过发酵反应器将生物质加入到发酵液中，通过微生物的作用将有机物转化为生物质能源，生物质能源可用于发电和供热等方面。
生物质发酵技术具有生产过程简单、生产成本低等优点，但也存在微生物种类多、生产过程受温度、湿度等条件限制等问题。
三、生物质燃料生产标准1. 生物质燃料标准生物质燃料标准是指在生物质燃料生产过程中，针对生物质燃料的质量、能源含量、水分含量、灰分含量、挥发分含量等指标进行的规范和标准化。
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ml)
(40℃, cSt)
-pinene 42.05
0.94
34.68
-pinene 42.11
0.94
35.05
Limonene 41.91
0.91
25.86
Camphene 42.06
0.94
34.96
➢H. A. Meylemans, R. L. Quintana, B. G. Harvey, Efficient conversion of pure and mixed terpene feedstocks to high density fuels, Fuel 97 (2012) 560–568
9
单萜类异构与二聚机理
10
生物质高密度燃料和其它燃料复配
由萜品烯的混合物所得到的的二聚物（TDF）的粘度比较大。可以与其 他传统高密度燃料复配，以减小二聚物的低温粘度，提高其他传统燃料 的燃烧热值。
Fuel Samples
JP-8 JP-10 RJ-4 RJ-5 TDF Pinane 50:50JP-8:TDF 50:50JP-10:TDF 50:50RJ-4:TDF 50:50RJ-5:TDF 50:50Pinane:TDF
50
40
30
20
10
0
-pinene camphene -pinene phellandrene cineole p-cymene terpinene terpinolene terpinol isoborneol dimer
wt/%
蒎烯来源
蒎烯主要来自于松科属植物，花卉和一些昆虫 及藻类等海洋生物，资源丰富。此外，还可由 谷物或纤维素等一步步酶催化而得到。美国有 文献报道了生物法合成萜品烯的方法。
7
蒎烯类生物质高密度结构
单萜类二聚高密度燃料
用多相催化剂对蒎烯，莰烯，柠檬烯以及松节油分别进行了聚合实验。 证实它们可以分别单独聚合，并且莰烯和蒎烯的聚合物性质相似，说明 蒎烯在聚合前可能发生了异构。加氢产物性质如下。
Dimer of NHOC(MJ Density(g/ Viscosity
the fuel /Kg)
环戊二烯类生物高密度燃料
在传统的萜烯系 列中，芳樟醇因 其独特的结构可 以环化成1 - 甲基 环戊-2 - 烯醇， 然后脱水聚合成 甲基环戊二烯二 聚体，再经加氢 异构得到RJ-4。
Heather A. Meylemans等提出用无溶剂钌基催化法将芳樟醇转化为甲基环戊 二烯二聚体，催化剂转化数大，所需能量较少，产物分布好，反应条件温和。
N. S. Renninger, J. A. Ryder, K. J. Fisher, US 20100281845A1, Nov. 11, 2010.
蒎烯类生物质高密度燃料
萜烯单体经聚合加氢得到生物高密度燃料。Benjamin G. H. 在100oC和室温的条件下用多相酸性催化剂MontmorilloniteK10 和Nafion实现了β-蒎烯二聚，并用Pt催化剂进行加氢。 产物测试结果显示所得到的二聚物各项性能与JP-10相当， 有应用于航天器推进剂的潜力。
Fuel NHOC(MJ/L) Density(g/cm3) Freezing point(oC) Viscosity(cP)
JP-10 39.6 0.94 -79 7.3(-15oC)
Dimer of pinenes 39.5 0.938 -23±3 18-30×103(-15oC)
➢B. G. Harvey, M. E. Wright, R. L. Quintana，High-Density Renewable Fuels Based on the Selective Dimerization of Pinenes, Energy Fuels, 2010, 24: 267~27
➢H. A. Meylemans, R. L. Quintana, B. R. Goldsmith, and B. G. Harvey， Solvent-Free Conversion of Linalool to Methylcyclopentadiene Dimers: A Route To Renewable HighDensity Fuels， ChemSusChem2011, 4, 465 – 469
3
二、生物质高密度燃料
•已有生物质汽油、柴油、航煤 ，但是少有做高密度燃料。 目前蒎烯可从松节油或造纸业废料中提取。并且松节油是世界上来源 最丰富的再生性天然资源之一，产地广泛。我国松节油产量居世界第 二。 松节油成分蒎烯及其单萜的异构和聚合可以制备生物质高密度燃料。
60
%Composition of Turpentine
与JP-10复配结果
纯生物质燃料
50:50复配后
➢H. A. Meylemans, L.C. Baldwin, B. G. Harvey, Low Temperature Properties of Renewable High Density Fuel Blends, Energy Fuels, 2013, 27 (2), 883–888
50
40
30
20
10
0
-pinene camphene -pinene phellandrene cineole p-cymene terpinene terpinolene terpinol isoborneol dimer
4
wt/%
松节油组成
60
%Composition of Turpentine
生物质高密度液体燃料
目录
一．国外生物质高密度燃料 二．天津大学在生物质高密度燃料工作 三．天津大学燃料中试平台 四．结束语
一、世界资源消耗情况
9.40% 1.60% 0.90%
30.30%
33.10%
23.70%
➢BP Statistical Review of World Energy
Oil Gas Coal Nuclear Hydro-Electricion
Melting Point
Temperature(Tg) (OC) (Tm) (OC)
-66.3
-124.9
-83.4
-109.8
<-40
-81.1
>0
-49.0
-56.3
-71.0
-83.0
-84.3
-83.8
Viscosity at -10.0OC (mPa·S) 3.09 3.78 10.8 97.2 3939 4.53 3.66 23.9 53.0 626.9 24.9