生物质组成结构和性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第一节第一节 生物质物理性质生物质物理性质 一切有生命能够生长有机物质统称为生物质，它包含植物、动物和微生物。生物质能源是指蕴藏在生物质中能量能够作为能源使用，大致能够分为植物和非植物两大类，其中植物类主要包含森林、农作物、草类、水草、藻类等。第1页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质一、生物质密度 生物质密度通常有三种表示方法：即堆密度、视密度和真密度，同一个生物质样，这三种密度数值依次增大。堆密度是指单位体积（既包含颗粒问孔隙，也包含颗粒内部孔隙）生物质质量，它反应了在自然堆职状态下单位体积生物质物料质量。第2页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质 视密度是指单位体积（不包含颗粒间孔隙，但包含颗粒内孔隙）生物质质量，可用称重法测定。真密度是指单位体积（既不包含颗位间孔隙，也不包含颗粒内部孔隙生物质质量，可用比重瓶法或其它置换方法测定。第3页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质第4页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质二、自然堆积角 生物料自然堆积时会形成个锥体，锥体母线与底面夹角叫做自然堆积角。自然堆积角能够反应物料流动特征，流动性好物料颗粒在很小坡度就会滚落，只能形成很矮锥体，自然堆积角较小。谷壳类物料自然堆积角通常不超出45。在固定床热解炉中依靠重力能够顺畅地向下移动，当下部原料消耗以后，上部原料自然下落给以补充，形成充实而均匀反应层。玉米秸秸即使扎成小段也能堆成垛，甚至自然堆积角能够超出90而成为饨角。它们在热解炉中轻易产生架桥、穿孔现象，反应层难以一直保持充实和均匀。第5页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质三、生物质比表面积 生物质是含有空隙结构固体，用表面积和孔隙率等指标来表示。表面积有外表面积与内表面积之分，生物质表面积大小般用比表面积来表示，单位质量生物质颗粒所含有表面积。孔隙率称气孔率，它是指孔隙体积（既包含颗粒间孔隙，也包含颗粒内部孔隙）与生物质总体积之比。四、生物炭强度 生物质物料加热后很快析出挥发分，剩下为生物炭。本材和硬质秸秤等形成木最机械强度较高，而多数秸杆机械强度很低，在大量挥发分析出后轻易在反应层中形成空洞。第6页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质物理性质生物质物理性质五、生物质比热容和导热系数 生物质比热不是恒定，它随生物质种类、水分、灰分改变而改变，它与温度改变关系大致以下，在O与某温度之间比热随温度增加而增加；超出某温度比热则随温度增加而下降。生物质是不良热导体所以在物质在热解反应炉中升温速度很慢。第7页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第二节第二节 生物质组成和结构生物质组成和结构 为了有效利用植物生物质同需要经过化学和生物方法将其转化为清洁燃料和各种化学产品。为此，必须了解生物质基本组成。普通而言，木质纤维素一类生物质主要有三种聚合体：纤维素、半纤维素和本质素以及少许提取物组成。纤维素和半纤维素是由碳水化合物组成，木质素、淀粉、植物油则是由碳水化合物经过一系列生物化学反应合成。第8页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构几个生物质组分生物质基本组成物又都是由碳、氧、氧、所组成第9页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构一、碳水化合物 要了解植物生物质结构，还得先从碳水化合物说起，碳水化合物普通分为三类：单糖、低聚糖和多糖。第10页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构二、纤维素 高等植物细胞壁普通都含有纤维素，如棉花含纤维素88%96%，本材和蔗渣含纤维素约50%。纤维素分子是重复单元（葡萄糖简单均一线型高聚物。纯纤维素是无色无昧白色丝状物，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂，但能够酸水解降解、氧化降解、碱性降解、微生物降解、热降解和机械降解。纤维素热解特征大致以下：2550物理吸附水进行解吸，150240 结构中一些葡萄糖基开始脱水，240400 结构中糖苷键升始断裂，并产生一些新产物和低分子挥发性化合物，400以上时，结构中残余物进行芳环化，逐步形成石墨机构。第11页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构三、半纤维素 半纤维素是植物生物质中主要组成部分，它是各种糖共聚物总称。依据聚合物主链组成，通常将半纤维素大致分为聚木糖类半纤维素、聚甘露糖类半纤维素和其它类半纤维素三大类。半纤维素中绝大部分不溶于水，而可溶于水者也是呈胶体溶液。半纤维素聚合度普通为 150200。通常情况下，分离出来半纤维素溶解度比天然状态半纤 维素潜解度高。第12页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构四、木质素 木质量是类复杂有机聚合物，在植物界中含量仅次于纤维素，禾本植物中木质素含量普通为15%25%，木本植物中木质素含量普通为20 40%，木质素单体是一类含有苯丙胺骨架多羟基化合物，单体间经过C-C键或者C-O键形成复杂五定型高聚物。木质素在酸中十分稳定，据此能够将本质素和其它成份分开，分离后本质为无定形褐色物质，它在碱和氧化剂中稳定性比纤维素稍差，木质素能溶于亚硫酸和硫酸中。木质素和半纤维素一起作为细胞间质填充在细胞壁和微细纤维之间。也存在于细胞间层，把相邻细胞连接在 起，发挥木质化作用，木质化细胞壁能够抵抗做生物侵蚀，增加强度，井提升细胞壁透水性。第13页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质组成和结构生物质组成和结构第14页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第三节第三节 生物质元素分析生物质元素分析 植物生物质主要由碳、氢、氧、氮、硫五个元素组成，其中木材主要由 碳、氢、氧、氨四个元素组成，含量约为碳49.5%、氢6.5%、氧43%、氮1%,秸轩主要出碳、氢、氧、氮、硫五个元素组成，含量约为碳40%46%、氢5%6%、氧43%50%、氮0.6%1.1%、硫0.1%0.2%，还有一些数量极少元素如磷、钾等。第15页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质元素分析生物质元素分析碳是生物质主要可燃成份，1kg碳完全燃烧能够释放出33858kJ热量,碳元素着火点很高，碳元章含量越高就越不轻易着火。氢是生物质中含量仅次于碳主要可燃成份，lkg氢完全燃烧能够释放出125400 kJ 热量，氢在生物质中有两种存在，形式一个叫可燃氢，燃烧时能放出大量热能；另种称为化合氢，它与氧结合，不能燃烧放热。可燃氢含量远远低于碳含量。氮在氧燃烧反应生成氮氧化合物NO2或NO，但氮在较低温度（800）下与氧燃烧生成氮氧化合物能力显著下降。第16页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质元素分析生物质元素分析硫是可燃成份之，但也是有害成份 l kg 硫完全燃烧可释放9 033 kJ热量燃烧产物SOx，.这些气体与烟气或大气中水蒸气相遇化合成亚硫酸或硫酸。生物质中硫存在形式可分为无机硫和有机硫两类，从燃烧角度也可将它们分为可燃硫（或称挥发硫）和固定硫（或称不可燃硫）两类，氧是不可燃成份它与部分氢和碳相结合处于化合物状态。磷、钾即使是可燃元素，但因为含量极少，在生物质燃烧和热解转化中起作用不大，可忽略。第17页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质元素分析生物质元素分析第18页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质元素分析生物质元素分析第19页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第四节第四节 生物质工业分析生物质工业分析 生物质T业分析是生物质水分（M），灰分（A），挥发分（V）和固定碳（FC）四个分析项日总称，还包含对灰渣进行观事和灰熔点做出判断。第20页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第21页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析一、水分 生物质中水分能够分为游离水和结晶水两大类，而游离水又分外在水分和内在水分。外在水分，又称为自由水分或表面水分，附着于生物质表面水膜和存在于直径大于10-5cm毛细孔中水分，外在水分蒸汽压与纯水蒸汽压相同，常温下易蒸发，蒸发速度与大气温度和湿度相关。内在在外这是指吸附或凝聚在生物质颗粒内部毛细孔（直径 10-5 cm）中水分。因为毛细孔吸附作用，这部分水是汽压低于纯水蒸汽压，故较难蒸发去除。结晶水是生物质中矿物质所含结晶水或化合水，所占百分比极少，与挥发分一同析出，计入挥发分中。第22页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析二、灰分 灰反分是生物质中全部可燃物质完全燃烧以及生物质中矿物质在定温度下产生分解、化合等复杂反应后剩下来残渣，主要由CaO、K2O、Na2O、MgO、SiO2、Fe2O3、P2O5等组成。灰分尤其是其中碱金属等矿物质对生物质热解转化有着不能忽略影响，在热解过程中能够起到催化剂作用。灰分熔融性也即灰熔点，灰分在高温下变成熔融状态后粘结成难以去除大渣块，普通生物质原料灰熔点在900-1050，也有一些在850以下。第23页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第24页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第25页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析三、挥发分 挥发分与水分小同，它不是生物质中固有物质，而是在特定条件下热分解产物，包含饱和和未饱和芳香族碳氧化合物和结晶水分解后蒸发水蒸气等。不一样生物质析出挥发分数量改变范围较宽，析出挥发分后余下同体残余物称为焦炭或半焦。四、固定碳 生物质中固定献是指从生物质中除去水分、灰分和挥定分后残留物，固定碳也不是生物质中固有成份，也是热分解产物，不但包含碳，而且还包含氢、氧、氮、硫等其它元素。第26页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析三、基准转换成份分解图第27页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第28页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第29页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质工业分析生物质工业分析第30页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第五节第五节 生物质化学性质生物质化学性质 生物质在加热过程中，它组分变得不稳定并开始热解。对木材热解特征研究发觉，其组分在150左右就开始有化学活性，半纤素起始热解温度为150350，纤维素为275350，木质素为230500.所以，普通认为木材起始热解温度为250 左右。第31页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质化学性质生物质化学性质一、纤维素热解 纤维素一次热解有两条相互竞争路径 一是纤维素脱中生成炭、二氧化碳和水，二是纤维素破碎生成中间产物，主要是左旋葡聚糖。第32页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质化学性质生物质化学性质二、半纤维素热解 半纤维素在生物质中含量即使比较少，但它在组分中反应活性却最强，在150350也围内热解过程发生得很快速。半纤维素热解机理与纤维素相同，中间产物由左旋葡聚糖变为呋喃衍生物。三、木质素热解 木质章一次热解普通发生在热软化温度 200，由其氢键断裂和芳香基失稳所引发。伴随温度升高木质素降解受其结构影响，首先形成高分子物质，这是由水质素结构中含烷基分子链中双键形引发，然后小分子物质开始形成，主要是轻芳香族物质，小分于物质形成过程中木质素热解到达顶峰之后便结束。第33页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质化学性质生物质化学性质四、生物质燃烧 生物质燃料（秸杆、薪柴等）燃烧是强烈战热化学反应过程，燃料燃烧过程能够分作预热、水分蒸发、析出挥发分和焦炭燃烧等几个阶段。用火引燃柴草表面可燃物，温度逐步升高，水分首先蒸发，干燥柴草增温发生热解，析出挥发分气体挥发什首先燃烧，经过传导和辐射向内层传热，从而使内层挥发分析出，继续与氧混合燃烧，并放出大量热量。当挥发物燃烧快要终了时，焦炭表面与氧气接触燃烧并不停产生灰分。几个阶段连续不停进行。水蒸气比二氧化碳对碳气化作用快，炉膛、热解反应炉中有适量水蒸气，可促进固定碳燃烧或转化。第34页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。第六节第六节 生物质发烧量生物质发烧量 燃料发烧量又称燃料热值，有高位热值和低位热值之分，是衡量生物质燃料燃烧性能优劣主要指标第35页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质发烧量生物质发烧量高位热值是指单位质量燃料完全燃烧后能够产生全部热量，包含燃烧产物烟气中汽化潜热，普通燃烧装置如锅炉等排烟温度都大于100，烟气中水分处于蒸汽状态，这些水蒸气从燃料燃烧释放出热量中吸收了气化潜热。低位热值即燃料低位发烧量，是从燃料高位热值中扣除汽化潜热，是燃烧可能利用热量。第36页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。生物质发烧量生物质发烧量不一样收到基水分时燃料低位发烧量Q名 称符号单位小麦秸秆玉米秸秆平均值空干基水分Mad%5.166.185.67灰分Aar%7.775.1316.45收到基水分Mar%30.0030.0030.00全硫St,ar%0.1470.1050.13固定碳Car%26.54431.79429.17氢Har%3.5563.6963.63氮Nar%0.5040.4060.46氧Oar%31.47928.97330.23收到基低位发烧量QMJ/kg10.8010.9410.87空气干燥基高位发烧量Qad.grMJ/kg16.5616.6116.59第37页