生物质的热化学转换
生物质能的热化学转化技术
生物质能的热化学转化技术张燕;佟达;宋魁彦【期刊名称】《森林工程》【年(卷),期】2012(028)002【摘要】生物质能源是未来替代化石资源的丰富和可再生清洁能源之一,它具有二氧化碳中性。
生物质的热化学转化可以形成固、液、气3种形态的生物质能源,用以提供热能和动力。
对生物质热化学转化中的燃烧、气化、液化和热解技术进行阐述,同时提出生物质热值低、运输贮存不易、反应副产物难分离和政策、资金投入力度仍需加大等问题,对生物质能源发展和研究进行展望。
%Biomass energy, as is clean and carbon dioxide neutral, is one of the renewable abundant source to replace fossil fuels in future. Biomass thermo-chemical processes can be converted into bio-fuels with the forms of solid, liquid and gas, which can be used to provide heat energy and power. Some advanced thermo-ehemical processes, including combustion, gasification, liquefac- tion and pyrolysis were introduced in this paper. Besides, the problems such as low calorific value of biomass, difficult to transport and storage, hard to separate reaction by-products and demanding to increase policy as well as capital investment were all discussed. Then the further development and research of bio-fuels was prospected.【总页数】4页(P14-17)【作者】张燕;佟达;宋魁彦【作者单位】东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,哈尔滨150040;东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,哈尔滨150040;东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】S791.247【相关文献】1.热化学法生物质乙醇转化技术 [J], 何杰;张文楠2.生物质热化学转化技术研究进展 [J], 匡云;段权鹏;高顺3.生物质能源转化技术与应用(Ⅷ)——生物质的生物转化技术原理与应用 [J], 陈洪章;王岚4.专利视角下的中国生物质热化学转化技术发展分析 [J], 孙晓飞;周云;赵鋆泽5.生物质微波热化学转化技术 [J], 可存峰;广萌萌;张亚宁;李炳熙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
生物质量能的转化与利用
生物质量能的转化与利用随着人口的不断增长和经济的发展，能源的需求越来越大。
然而，传统能源的使用已经超出了地球的承受范围，为了保持生态平衡和减少对环境的影响，我们需要寻找新的能源替代品。
生物质量能就是其中一个重要的选择。
什么是生物质量能？生物质量能是指各种植物和动物来源的可再生有机物，如木材、树叶、草、秸秆、家畜粪便等。
这些有机物可以通过工业过程转化成能源，用于发电、加热、运输、生产化学品等。
生物质量能是清洁能源，不会产生空气或水污染，同时也不会产生地质或民用核能问题。
生物质量能的转化方法生物质量能的转化方式多种多样，目前主要有热化学转化和生物化学转化两种。
一、热化学转化热化学转化主要包括燃烧和气化。
1.燃烧燃烧是将生物质燃烧成水和二氧化碳，其中释放出的热量可以用来提供热能或转化成电能。
2.气化气化是将生物质粉碎成小颗粒，并在高温氮气气氛中分解成一系列气体，包括氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等，这些气体可以用来产生电能或提供热能。
二、生物化学转化生物化学转化主要是通过一系列微生物代谢反应，将生物质转化为可用能源的天然气、乙醇、生物柴油等。
生物质量能的利用生物质量能主要的利用方式包括生产热能、发电、生产燃料和化学品。
1.生产热能生物质量能可以通过燃烧或气化的方式，用来产生热能，供暖、热水和工业生产等。
2.发电将生物质燃烧或气化之后的气体或液体用于发电，能够产生低成本的电力，因为生物质量能是可再生的能源，可以在需要时采收。
3.生产燃料生物质经过生物化学方式的转化，如制备生物柴油、乙醇和生物天然气等，这些燃料是可以替代传统石油燃料的优良选择。
4.生产化学品生物质还可以转化成各种有机化合物，如生产乙二醇、甲醇、氨基酸、纤维素等，这些化合物是基础化学品，可以用于生产其他化学品。
生物质量能的优点生物质量能是清洁能源，对环境的影响相对较小，与出现大量的CO2、SO2、NOx等有毒有害物的燃煤、燃油等传统能源相比，生物质量能的排放的污染物含量非常低。
生物质能原理
生物质能原理
生物质能原理是指利用生物质，如木材、农作物废料、动植物残体等有机物质，通过热化学反应或微生物发酵等方式，转化为能量的过程。
生物质能原理的核心是能量转化，通过燃烧或气化等方法将生物质转化为热能、电能或燃料等形式的能源。
生物质能原理的基本原理是在高温条件下，生物质中的碳、氢、氧等元素会与氧气发生化学反应，产生热能和二氧化碳等物质。
这些化学反应可以通过燃烧或气化来实现，产生的热能可以用于供热、发电或其他用途。
燃烧是最常见的生物质能转化方式之一。
将生物质放入燃烧炉中，与空气中的氧气发生反应，产生高温的火焰和热能。
这种方式可以用于家庭取暖、工业生产等领域。
气化是另一种常用的生物质能转化方式。
在高温环境中，生物质会分解为气体，主要是氢气、一氧化碳等可燃气体。
这些气体可以用于发电或作为化工原料，具有较高的利用价值。
与化石能源相比，生物质能具有可再生性和环保性的优势。
由于生物质能的来源广泛，不会造成资源枯竭和环境污染问题。
同时，生物质能的利用也能减少温室气体的排放，对于缓解气候变化具有积极意义。
然而，生物质能的利用也存在一些问题和挑战。
生物质资源的采集和处理需要大量的时间和成本，且容易受到季节和气候条件的限制。
此外，生物质能的转化效率相对较低，需要进一步
提升技术水平和能源利用效率。
总的来说，生物质能原理是一种重要的可再生能源形式，有着巨大的潜力。
通过不断改进技术，提高生物质能的利用效率，可以为能源供应和环境保护做出重要贡献。
生物质能化学转化过程
生物质能化学转化过程生物质能是指来自植物、动物等生物体的能源。
生物质能的利用对于替代传统的化石能源具有重要意义。
其中，生物质能的化学转化过程是将生物质能转化为其他形式的能源，如生物质燃料、生物基化学品等。
本文将从生物质能的来源、化学转化过程及应用前景等方面展开论述。
生物质能的来源主要包括植物、动物等生物体。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，从而形成生物质能。
而动物体内所含的脂肪、蛋白质等也可以作为生物质能的来源。
此外，农作物秸秆、木屑等可作为生物质原料，进行生物质能的化学转化。
生物质能的化学转化过程包括生物质的分解、升级和转化。
生物质分解是将生物体内的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物分解成单体的过程，其主要方法包括生物法和化学法。
生物法主要是通过微生物的作用将有机物分解成简单的化合物，如利用酶的作用将纤维素分解成葡萄糖。
化学法则是通过酸碱等化学条件分解生物质。
生物质的升级是将生物体内的有机物转化为高级产品的过程，如通过酵母发酵将葡萄糖转化为乙醇。
最后，生物质的转化是将生物体内的有机物转化为能源，如将生物质燃烧产生热能。
生物质能的应用前景十分广阔。
生物质燃料的应用可以替代传统的化石能源，减少对环境的污染。
生物基化学品可以作为生产化学品的重要原料，具有较高的附加值。
此外，生物质能还可以用于生产生物塑料、生物柴油等，为环境保护和资源利用提供新的途径。
综上所述，生物质能的化学转化过程是将生物体内的有机物转化为其他形式的能源的重要过程。
通过生物质能的化学转化，可以实现能源的可持续利用，为环境保护和资源开发提供新的解决方案。
生物质能的应用前景广阔，有望成为未来能源领域的重要发展方向。
生物质能的综合利用技术研究
生物质能的综合利用技术研究在当今全球能源需求不断增长、传统能源供应紧张以及环境问题日益严峻的背景下，生物质能作为一种可再生、清洁的能源形式，逐渐受到人们的广泛关注。
生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括植物、动物和微生物等，其所蕴藏的能量具有巨大的开发潜力。
对生物质能的综合利用技术进行深入研究，对于实现能源的可持续发展、减少温室气体排放以及推动农村经济发展等方面都具有重要的意义。
生物质能的来源广泛，主要包括农业废弃物（如秸秆、稻壳等）、林业废弃物（如树枝、木屑等）、畜禽粪便、生活垃圾以及能源作物（如油料作物、淀粉作物等）等。
这些生物质资源丰富多样，但分布较为分散，收集和运输成本较高，因此需要采用合理的技术手段进行有效的利用。
目前，生物质能的综合利用技术主要包括直接燃烧、热化学转化、生物化学转化和物理化学转化等。
直接燃烧是最常见的生物质能利用方式之一。
通过将生物质直接燃烧产生热能，可用于供暖、发电等领域。
然而，这种方式存在燃烧效率低、污染物排放高等问题。
为了提高燃烧效率和减少污染，发展了生物质成型燃料技术，将生物质压缩成一定形状和密度的燃料，如颗粒燃料和块状燃料，从而提高燃烧性能和能量密度。
热化学转化技术主要包括气化、热解和液化等。
生物质气化是在一定的温度和气化剂（如空气、氧气、水蒸气等）的作用下，将生物质转化为可燃气体（主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷等）。
这些可燃气体可以用于发电、供热或者作为化工原料。
生物质热解则是在无氧或缺氧的条件下，将生物质加热到一定温度，使其分解为生物油、炭和可燃性气体。
生物油经过进一步的精炼和改性，可以替代传统的燃油；炭可以作为土壤改良剂或吸附剂；可燃性气体可用于能源利用。
生物质液化是在高温高压和催化剂的作用下，将生物质转化为液体燃料，如生物柴油等。
生物化学转化技术主要是利用微生物的发酵作用将生物质转化为能源产品。
例如，通过厌氧发酵将畜禽粪便和农作物秸秆等转化为沼气，沼气可用于发电、炊事和照明等。
生物质能源的转化与利用
生物质能源的转化与利用在当今世界，能源问题日益凸显，传统的化石能源不仅储量有限，而且开采和使用过程中会对环境造成巨大的污染和破坏。
因此，寻找和开发可再生、清洁的能源成为了人类社会可持续发展的关键。
生物质能源作为一种重要的可再生能源，具有来源广泛、可再生、低碳环保等优点，其转化与利用受到了广泛的关注和研究。
生物质能源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。
生物质能的来源非常丰富，如农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾等。
这些废弃物如果不加以合理利用，不仅会造成资源的浪费，还会对环境造成严重的污染。
而通过科学的方法将其转化为能源，不仅可以解决能源短缺的问题，还可以减少环境污染，实现资源的循环利用。
生物质能源的转化方式多种多样，常见的有直接燃烧、热化学转化、生物化学转化等。
直接燃烧是最古老也是最简单的利用方式。
在农村地区，人们常常使用农作物秸秆和木材等生物质作为燃料来取暖和做饭。
然而，这种方式的能源利用效率较低，且会产生大量的烟尘和废气，对环境造成一定的污染。
为了提高燃烧效率和减少污染，现代的生物质直接燃烧技术通常采用先进的燃烧设备和尾气处理装置，以实现高效、清洁的能源利用。
热化学转化主要包括气化、热解和液化等过程。
气化是将生物质在高温、缺氧的条件下转化为可燃气体，如一氧化碳、氢气和甲烷等。
这些气体可以用于发电、供热或作为化工原料。
热解则是在无氧或缺氧的条件下，将生物质加热分解为生物油、焦炭和可燃气体。
生物油可以进一步提炼加工成燃料油，焦炭可以作为固体燃料或用于土壤改良。
液化是将生物质在高温高压和催化剂的作用下转化为液体燃料，如生物柴油和生物乙醇。
生物化学转化主要是通过微生物的发酵作用将生物质转化为生物燃料，如生物乙醇和生物甲烷。
以生物乙醇为例，通常使用富含糖分的农作物，如甘蔗、玉米等作为原料，经过发酵、蒸馏等工艺制取乙醇。
生物甲烷则主要是通过厌氧发酵将畜禽粪便、有机废水等转化为甲烷气体，可用于发电或作为燃气使用。
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
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第４ ｌ卷第 ５期
２０ ０ ７年 ９月
生 物 质 化 学 工 程
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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
生物质转化为生物燃料的工艺研究
生物质转化为生物燃料的工艺研究随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，寻找可持续、可再生的能源资源成为了当今世界面临的重要课题。
生物质作为一种丰富的可再生资源，其转化为生物燃料具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括植物、动物和微生物等。
常见的生物质资源如农作物秸秆、林业废弃物、木材加工剩余物、城市生活垃圾中的有机部分以及能源作物等。
这些生物质资源具有分布广泛、储量丰富、可再生等优点，为生物燃料的生产提供了充足的原料保障。
目前，生物质转化为生物燃料的主要工艺包括以下几种：一、生物化学转化法1、发酵法发酵法是利用微生物将生物质中的碳水化合物（如糖类）转化为乙醇等醇类燃料。
这一过程通常需要先对生物质进行预处理，如粉碎、蒸煮等，以提高微生物对其的可利用性。
然后，将预处理后的生物质加入发酵罐中，接种特定的微生物菌种，在适宜的温度、pH 值和氧气条件下进行发酵。
发酵完成后，通过蒸馏等方法将生成的醇类燃料从发酵液中分离出来。
2、厌氧消化法厌氧消化法主要用于将生物质中的有机物在无氧条件下分解为甲烷和二氧化碳等气体燃料，即沼气。
常见的厌氧消化原料包括畜禽粪便、农作物秸秆、有机废水等。
在厌氧消化过程中，微生物群落依次经历水解、酸化、乙酸化和甲烷化等阶段，将复杂的有机物逐步转化为沼气。
产生的沼气经过净化和压缩处理后，可以用于发电、供热或作为车用燃料。
二、热化学转化法1、直接燃烧这是最直接和简单的利用方式，将生物质直接燃烧产生热能，用于供暖、发电等。
但这种方式能源利用效率相对较低，且燃烧过程中可能会产生污染物。
2、热解热解是在无氧或缺氧条件下，将生物质加热至一定温度，使其分解为生物油、生物炭和可燃性气体等产物。
生物油可以进一步提炼为车用燃料或化工原料，生物炭可用于土壤改良和固碳，可燃性气体可用于发电或供热。
3、气化气化是在高温和氧气不足的条件下，将生物质转化为以一氧化碳、氢气和甲烷等为主的合成气。
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原理
不同生物质的反应过程也有差异，常见气化炉反应可 分为氧化层、还原层、裂解层和干燥层。 1、氧化反应 生物质在氧化层中的主要反应为氧化反应，气化剂由 炉栅的下部导入，经灰渣层吸热后进入氧化层，在这 里通过高温的碳发生燃烧反应，生成大量的二氧化碳， 同时放出热量，温度可达1000~1300摄氏度， 在氧化层进行的燃烧均为放热反应，这部分反应热为 还原层的还原反应，物料的咧解及干燥提供了热源。 2、还原反应。在氧化层中生成的二氧化碳和碳与水 蒸气发生还原反应。 3、裂解反应区。氧化区及还原区生成的热气体在上 行过程中经裂解区，将生物质加热，使在裂解区的生 物质进行裂解反应。 4、干燥区。经氧化层、还原层及裂解反应区的气体 产物上升至该区，加热生物质原料，使原料中的水分 蒸发，吸收热量，并降低产生温度，生物质气化炉的 出口温度一般为100~300℃ 氧化区及还原区总称气化区，气化反应主要在这里进 行。裂解区和干燥区总称为燃料准备区。
种类
空气气化 氢气气化 使用气化介 质 水蒸气气化 氧气气化 生物质气化 水蒸气-氧 气混合气化 不使用气化 介质 干馏气化
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%。
沼气发酵
• 沼气发酵又称为厌氧消化、厌 氧发酵和甲烷发酵，是指有机 物质（如人畜家禽粪便、秸秆、 杂草等）在一定的水分、温度 和厌氧条件下，通过种类繁多、 数量巨大、且功能不同的各类 微生物的分解代谢，最终形成 甲烷和二氧化碳等混合性气体 （沼气）的复杂的生物化学过 程。
谢谢！
而生物质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燃烧， 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。
生物质气化的历史
• 生物质气化技术首次商业化应用可追溯1833年，当时是以木 炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机应用于早 期的汽车和农业灌溉机械。第二次世界大战期间，生物质气 化技术的应用达到了高峰，当时大约有100万辆以木材或木 炭为原料提供能量的车辆运行于世界各地。我国在20世纪50 年代，由于面临着能源匮乏的困难，也采用气化的方法为汽 车提供能量。 • 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）。
• 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。在我国很多地区普遍存在缺电和电价高的问 题，近几年这一状况更加严重，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。
• 生物质的生物化学转换包括有生物质沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气 转化是有机物质在厌氧环境中，通过 微生物发酵产生一种以甲烷为主要成 分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转 换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料 经发酵制成乙醇。
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。
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。
生物质的生物化学转换
• 生物质生化转化是依靠微生物或酶的 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。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。
生物质热化学转换和生物化学转换
陈帆
直接燃烧
热化学转换
生物质能的 利用
生物化学转换
生物质的热化学转换
生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件 下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化， 以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
生物质气化技术与直接燃烧的区别
在原理上，气化和燃烧都是有 机物与氧发生反应。其区别在于，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。
发酵原理
• 酒精的发酵过程中，酵 母菌进行的是属于厌氧 型发酵，进行着无氧呼 吸，发生了复杂的生化 反应。从发酵工艺来讲， 既有发酵醪中的淀粉、 糊精被糖化酶作用，水 解生成糖类物质的反应； 又有发酵醪中的蛋白质 在蛋白酶的作用下，水 解生成小分子的蛋白胨、 肽和各种氨基酸的反应。 这些水解产物，一部分 被酵母细胞吸收合成菌 体，另一部分则发酵生 成了酒精和二氧化碳。
生物质气化集中供气
• 生物质气化集中供气 技术是指气化炉生产 的生物质燃气，通过 相应的配套设备，为 居民提供炊事用气。 其基本模式为：以自 然村为单元，系统规 模为数十户至数百户， 设置气化站，铺设管 网，通过管网输送和 分配生物质燃气到用 户家中。
生物质气化发电
• 生物质气化发电技术又称生物质发电系统，简单 地说，就是将各种低热值固体生物质能源资源 （如农林业废弃物、生活有机垃圾等）通过气化 转换为生物质燃气，经净化、降温后进入燃气发 电机组发电的技术。
生物质热解
• 生物质热解（又称热裂解或裂解）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，使之转变为小分子物质的过 程。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。