生物质的热化学转换省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物质热化学转换和生物化学转换陈帆陈帆第1页热化学转换直接燃烧生物化学转换生物质能利用第2页生物质热化学转换l生物质热化学转换是指在一定温度和条件下，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技术。第3页生物质气化技术与直接燃烧区分在原理上，气化和燃烧都是有机物与氧发生反应。其区分在于，燃烧过程中氧气是足量或者过量，燃烧后产物是二氧化碳和水等不可再燃烟气，并放出大量反应热，即燃烧主要是将生物质化学能转化为热能。而生物质气化是在一定条件下，只提供有限氧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，即气化是将化学能载体由固态转化为气态。相比燃烧，气化反应中放出热量小得多，气化取得可燃气体再燃烧可深入释放出其含有化学能。第4页生物质气化历史生物质气化技术首次商业化应用可追溯1833年，当初是以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机应用于早期汽车和农业浇灌机械。第二次世界大战期间，生物质气化技术应用到达了高峰，当初大约有100万辆以木材或木炭为原料提供能量车辆运行于世界各地。我国在20世纪50年代，因为面临着能源匮乏困难，也采取气化方法为汽车提供能量。20世纪70年代，能源危机出现，重新唤起了人们对生物质气化技术兴趣。以各种农业废弃物、林业废弃物为原料气化装置生产可燃气，能够作为热源，或用于发电，或生产化工产品（如甲醇、二甲醚及氨等）。第5页种类生物质气化使用气化介质空气气化氢气气化水蒸气气化氧气气化水蒸气-氧气混合气化不使用气化介质干馏气化第6页生物质气化炉生物质气化炉是气化反应主要设备。生物质气化技术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。这类系统相对简单，热利用率较高。气化率可达70%以上，热效率也可达85%。第7页原理不一样生物质反应过程也有差异，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主要反应为氧化反应，气化剂由炉栅下部导入，经灰渣层吸热后进入氧化层，在这里经过高温碳发生燃烧反应，生成大量二氧化碳，同时放出热量，温度可达10001300摄氏度，在氧化层进行燃烧均为放热反应，这部分反应热为还原层还原反应，物料咧解及干燥提供了热源。2、还原反应。在氧化层中生成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热气体在上行过程中经裂解区，将生物质加热，使在裂解区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气体产物上升至该区，加热生物质原料，使原料中水分蒸发，吸收热量，并降低产生温度，生物质气化炉出口温度普通为100300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。第8页第9页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生物质燃气，经过对应配套设备，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，经过管网输送和分配生物质燃气到用户家中。第10页第11页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）经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技术。第12页发电方式生物质气化发电可经过三种路径实现：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；也可将净化后燃气送给燃气轮机燃烧发电；还能够将净化后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、中等规模和小规模发电。在商业上最为成功生物质气化内燃发电技术，因为含有装机容量小、布置灵活、投资少、结构紧凑、技术可靠、运行费用低廉、经济效益显著、操作维护简单和对燃气质量要求较低等特点，而得到广泛推广与应用。第13页生物质气化发电技术是生物质清洁能源利用一个主要方式，几乎不排放任何有害气体。在我国很多地域普遍存在缺电和电价高问题，近几年这一情况愈加严重，生物质发电能够在很大程度上处理能源短缺和矿物燃料燃烧发电环境污染问题。近年来，生物质气化发电设备和技术日趋完善，不论是大规模还是小规模都有实际运行装置。第14页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许空气条件下，利用热能切断生物质大分子中化学键，使之转变为小分子物质过程。依据热解条件和产物不一样，生物质热解工艺能够分为以下几个类型：烧炭。将薪炭放置在炭窑或烧炭炉中，通入少许空气进行热分解制取木炭方法，一个操作期普通需要几天。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方法。热解液化。把林业废料及农副产品在缺氧情况下中温（500650）快速加热，然后快速降温使其冷却为液态生物原油方法。第15页第16页生物质直接液化生物质直接液化是在较高压力下热化学转化过程，温度普通低于快速热解，热体产物高位热值可达2530MJ/kg，显著高于快速热解液化，但因其技术成本高当前还难以商业化。第17页生物质生物化学转换生物质生化转化是依靠微生物或酶作用，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技术。主要针对农业生产和加工过程生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其它有机废弃物等。生物质生物化学转换包含有生物质-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，经过微生物发酵产生一个以甲烷为主要成份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。第18页生物质水解发酵发酵法采取各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）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化学过程）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并深入转化为乙醇。第19页发酵原理酒精发酵过程中，酵母菌进行是属于厌氧型发酵，进行着无氧呼吸，发生了复杂生化反应。从发酵工艺来讲，现有发酵醪中淀粉、糊精被糖化酶作用，水解生成糖类物质反应；又有发酵醪中蛋白质在蛋白酶作用下，水解生成小分子蛋白胨、肽和各种氨基酸反应。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。第20页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）在一定水分、温度和厌氧条件下，经过种类繁多、数量巨大、且功效不一样各类微生物分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）复杂生物化学过程。第21页谢谢！第22页