生物质资源的利用.ppt

1.什么是生物质？v现代的生物质产业概念，是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，进行生物基产品(Biobasedproducts)、生物燃料(Biofuels)和生物能源(Bioenergy)生产的一种新兴产业。根据我国生物质资源的特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生物柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型燃烧作为主导产品。其中，以生物质为源头几乎可以生产出所有的基础有机化工原料，并且很多产品已经显现出很好的经济性。目前由生物质资源进行生物炼制，可以生产出几大产品体系：C1体系主要包括甲烷、甲醇等；C2体系主要包括乙醇、醋酸、乙烯、乙二醇等；C3体系主要包括乳酸、丙烯酸、丙二醇等；C4体系主要包括丁二酸、富马酸、丁二醇等；C5体系主要包括衣康酸、木糖醇等；C6体系主要包括柠檬酸、山梨醇等。其中一些化学品的生产已在大规模应用，农用化学品、精细化学品、大宗化学品、药物及高分子材料等领域的工业化应用也呈现快速增长的趋势。2.可再生可再生资资源及生物源及生物质质生物质植物动物微生物能源、有机化工原料石油煤天然气3.绿色植物利用叶绿素通过光合作用把CO2和H2O转化为葡萄糖，并把光能储存在其中，然后进一步把葡萄糖聚合淀粉、纤维素、半纤维素木质素等构成植物本身的物质。生物质应用的优点：（1）储量丰富，来源广泛；（2）清洁，无污染；（3）节省能源；（4）可再生，符合可持续发展4.5.生物质中最值得利用的是木质纤维素，其优点是：（1）由可降解的葡萄糖组成；（2）生物圈中最丰富的有机物。作为植物生物质的最主要成分的木质素和纤维素每年以约1640亿吨的速度不断再生，以能量换算，相当于目前世界石油年产量的1520倍。6.木木质纤维质纤维素特性素特性：木质纤维素不溶于水、弱酸和碱性溶液；PH值中性，可提高系统抗腐蚀性。木质纤维素比重小、比表面积大，具有优良的保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能。木质纤维素具有优良的柔韧性及分散性，混合后形成三维网状结构，能提高系统的稳定性、强度、密实度和均匀度。木质纤维的结构使加工好的预制浆料（干湿料）的均匀性保持原状稳定并减少系统的收缩和膨胀，使施工或预制件的精度大大提高。木质纤维具有很强的防冻和防热能力。7.酶打开生物质资源宝库的钥匙淀粉纤维素物理法葡萄糖大分子物质半纤维素木质素生物转化法化学法8.物理法和化学法，是通物理法和化学法，是通过热过热裂解、分裂解、分馏馏、氧化、氧化还还原原降解、水解和酸解等方法将降解、水解和酸解等方法将纤维纤维素、木素、木质质素等大分子生素等大分子生物物质质降解成低分子量的碳降解成低分子量的碳氢氢化合物、可燃气体和液体，化合物、可燃气体和液体，直接作直接作为为能源或能源或经经分离提分离提纯纯后作后作为为化工原料。化工原料。但是，物理法和化学法一般的但是，物理法和化学法一般的能耗高能耗高、产产率低率低且且过过程程污污染染较严较严重重，因此，因此单单独使用一般缺乏独使用一般缺乏实实用性，往往是用性，往往是作作为为生物生物转转化法的化法的辅辅助手段。助手段。生物生物转转化法是利用化法是利用酶酶将生物将生物质质降解降解为为葡萄糖，然后葡萄糖，然后转转化化为为各种化学品。因此各种化学品。因此酶酶在生物在生物质质的的应应用用过过程中的地程中的地位不言而位不言而喻喻。9.酶酶催化的特点：催化的特点：1.高效性高效性 普通催化普通催化剂对剂对化学反化学反应应加速一般加速一般为为104105倍，倍，酶酶对对反反应应的加速作用一般在的加速作用一般在109101以上。以上。2.专专一性一性 普通催化普通催化剂剂往往往往对对同一同一类类型反型反应应都有催化作用，而都有催化作用，而酶酶只只选择选择催化某个反催化某个反应应并并获获得特定的得特定的产产物。物。3.反反应应条件温和条件温和 不需要高温、高不需要高温、高压压、强强酸、酸、强强碱等苛刻条件，大多碱等苛刻条件，大多常温常常温常压压下，活性最高。下，活性最高。4.多多样样性性 目前已目前已发现发现的的酶酶有有2500种，种，还还有有2万多种具有催万多种具有催化作用的微生物，几乎能催化所有的化学反化作用的微生物，几乎能催化所有的化学反应应。10.大大约约5000年前，我国人民已掌握年前，我国人民已掌握酿酿酒、酒、酿酿醋技醋技术术。历历史悠久的史悠久的发发酵技酵技术术酿酿酒酒酿酿醋醋生物生物质资质资源利用源利用实实例例11.生物炼制vv生物生物炼炼制是利用制是利用农业废农业废弃物、植物基淀粉和木弃物、植物基淀粉和木质纤质纤维维素材料素材料为为原料，生原料，生产产各种化学品、燃料和生物基各种化学品、燃料和生物基材料。根据近来研究开材料。根据近来研究开发发的不同情况，生物的不同情况，生物炼炼制分制分为为3 3种系列：种系列：木木质纤维质纤维素素炼炼制：用自然界中干的制：用自然界中干的原材料如含原材料如含纤维纤维素的生物素的生物质质和和废废弃物作原料；弃物作原料；全全谷物谷物炼炼制：用谷制：用谷类类或玉米作原料；或玉米作原料；绿绿色色炼炼制：用制：用自然界中湿的生物自然界中湿的生物质质如青草、苜蓿、三叶草和未成如青草、苜蓿、三叶草和未成熟谷熟谷类类作原料。生物作原料。生物炼炼制大幅制大幅扩扩展可再生植物基原展可再生植物基原材料的材料的应应用，使其成用，使其成为环为环境可持境可持续发续发展的化学和能展的化学和能源源经济转变经济转变的手段。的手段。12.秸秆的生物炼制13.餐厨垃圾炼制生物柴油14.可再生能源燃料乙醇v燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料。燃料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。使用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃烧更充分，降低燃烧中的CO等污染物的排放。在美国和巴西等国家燃料乙醇已得到初步的普及，燃料乙醇在中国也开始有计划地发展。15.v1、可作为新的燃料替代品,减少对石油的消耗。乙醇作为可再生能源,可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用,可减少对不可再生能源-石油的依赖,保障本国能源的安全。v2、辛烷值高,抗爆性能就好。作为汽油添加剂,可提高汽油的辛值。通常车用汽油的辛烷值一般要求90或93,乙醇的辛烷值可达到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分（催化裂化汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油）,添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。16.v3、作为汽油添加剂,可减少矿物燃料的应用以及对大气的污染。乙醇的氧含量高达34.7%,乙醇可以按较甲基叔丁基醚（MTBE）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇,氧含量达v到2.7%；如添加10%乙醇,氧含量可以达到3.5%，所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧,以减少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油添加剂,可消除空气中铅的污染；取代MTBE,可避免对地下水和空气的污染。v另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧量，乙醇还能改善汽车尾气的质量,减轻污染。一般当汽油中的乙醇的添加量不超过15%时,对车辆的行驶性没有明显影响,但尾气中碳氢化合物、NOx和CO的含量明显降低。美国汽车/油料（AQIRP）的研究报告表明：使用含6乙醇的加州新配方汽油,与常规汽油相比，HC排放可降低5,CO排放减少21-28%，NOx 排放减少7-16%,有毒气体排放降低9-32%。v17.v4、乙醇是可再生能源,若采用小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2,在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。v燃料乙醇生产设备18.v乙醇存储罐19.乙醇市乙醇市场场分析分析20.u乙醇既是一种化工基本原料，又是一种新乙醇既是一种化工基本原料，又是一种新能源能源。u尽管目前已有着广泛的用途，但仍是尽管目前已有着广泛的用途，但仍是传统观传统观念的市念的市场场范范围围。未来乙醇作。未来乙醇作为为基基础产业础产业的市的市场场方向将主要体方向将主要体现现在三个方面：在三个方面：u一是一是车车用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。这这就是我就是我们传统们传统所所说说的燃的燃料乙醇市料乙醇市场场，也是近期的（，也是近期的（10年内）容量相年内）容量相对对于以后于以后较较小的市小的市场场（在我国（在我国约约1000万吨万吨/年）。美国政府已制定了一个大力年）。美国政府已制定了一个大力发发展燃料乙醇的展燃料乙醇的计计划，划，计计划到划到2011年，将汽油中（不包括年，将汽油中（不包括柴油柴油）的燃料乙醇用量由每年）的燃料乙醇用量由每年15亿亿加加仑仑（约约450万吨）至少提高到万吨）至少提高到44亿亿加加仑仑（约约1360万吨）；万吨）；u二是作二是作为为燃料燃料电电池的燃料。在低温燃料池的燃料。在低温燃料电电池池诸诸如手机、笔如手机、笔记记本本电脑电脑以及以及新一代燃料新一代燃料电电池汽池汽车车等可移等可移动电动电源源领领域具有非常广域具有非常广阔阔的的应应用前景，用前景，这这是乙醇是乙醇的中期市的中期市场场（10-20年内）。乙醇目前已被确定年内）。乙醇目前已被确定为为安全、方便、安全、方便、较为实较为实用理想用理想的燃料的燃料电电池池燃料。乙醇将燃料。乙醇将拥拥有新型有新型电电池燃料池燃料3040%的市的市场场。市。市场场容量至少容量至少是近期市是近期市场场的的5倍以上（主要是倍以上（主要是纤维纤维原料乙醇）；原料乙醇）；u三是乙醇将成三是乙醇将成为为支撑支撑现现代以乙代以乙烯为烯为原料的石化工原料的石化工业业的基的基础础原料。在未来原料。在未来二十年左右的二十年左右的时间时间内，由于石油内，由于石油资资源的日源的日趋紧张趋紧张，再加上，再加上纤维质纤维质原料乙醇生原料乙醇生产产的大的大规规模工模工业业化，成本相化，成本相对对于石油原料已具可于石油原料已具可竞竞争性，乙醇将争性，乙醇将顺顺理成章地理成章地进进入石化基入石化基础础原料原料领领域。在我国的市域。在我国的市场场容量至少也在容量至少也在2000万吨万吨/年以上。乙醇年以上。乙醇生生产产乙乙烯烯的技的技术术目前就是成熟的，随着石油目前就是成熟的，随着石油资资源的日源的日趋趋短缺和价格的上短缺和价格的上涨涨，乙醇将会逐步乙醇将会逐步进进入乙入乙烯烯原料市原料市场场，很可能将最，很可能将最终终取而代之。如果要做一个形取而代之。如果要做一个形象而夸象而夸张张的比的比喻喻的的话话，二十世，二十世纪纪后半叶国后半叶国际际石油大亨的形象将在二十一世石油大亨的形象将在二十一世纪纪中叶中叶为为“酒精考酒精考验验”的乙醇大亨所替代。的乙醇大亨所替代。21.22.