生物质复习提纲.docx

一、生物质基本组成要素（略）

二、秸秆成型燃料制作的工序
秸秆成型燃料（straw densification briquetting fuel，SDBF）是生物质经脱水、粉碎、成型等程序制备成的致密固体生物质燃料。
压缩成型影响因素：原料种类，成型压力，原料粉碎粒度，原料含水率，加热温度 P50
1.为什么要秸秆成型？生物质原料能量密度低、储运困难、使用不便→提高容重（单位容积内物体的重量）和热值、改善燃烧性能
2.从原料到成品的加工工艺：湿压成型，热压成型，炭化成型 P52
瑞典生物质颗粒燃料加工工艺流程 P58
3.用途——燃煤锅炉应用而无需对燃煤锅炉作出更改
*成本低，可以实现碳循环，但需加装除尘装置
*生物质成型燃料具有成本优势，但是，农作物秸秆燃料灰熔点低、容易结焦，一旦炉壁结焦，锅炉的炉管可能变形、漏水，造成锅炉的损坏。因此，秸秆用来制取生物质成型燃料时就面临一个如何调整灰熔点，避免锅炉结焦的问题。

三、生物质完全燃烧的要素
3T：湍流（Turbulence）、温度（Temperature）、时间
（1）足够高的温度：以保证供应着火需要的热量，同时保证有效的燃烧速度。
（2）合适的空气量：若空气量太少，可燃成分不能充分燃烧，造成不完全燃烧损失；但若空气量过多，会降低装置的热效率。
（3）充裕的时间：燃料的燃烧具有一定的速度，因此要燃烧完全总是需要一定的时间，因此足够的反应时间是燃料完全燃烧的重要条件之一。
燃烧过程：预热-干燥-挥发分析出燃烧（燃烧时间10%提供总热量70%）-焦炭燃烧

四、生物质热解过程
生物质热裂解：无氧/有限氧，加热到500℃以上，大分子物质分解成较小分子的燃料物质。
最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质炭。
与生物质氧化气化和直接燃烧相比，热解气化气的利用污染少。
过程见笔记
热量、能量传递分析
热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由内层到外层逐渐进行，物质颗粒被加热的部分迅速分解成木炭和挥发组分。其中，挥发组分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成。可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油，一次裂解反应生成了生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体（图3）。在多孔生物质内部的挥发组分将进一步裂解，形成不可冷凝的气体和热稳定的二次生物油；同时，当挥发组分气体离开生物质颗粒时，穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。反应器的温度越高，且气态产物的停留时间越长，二次裂解反应越严重，为了得到高产率的生物油，需快速去除一次热裂解产生的气态产物，以抑制二次裂解反应的发生。
*热裂解影响因素 7点
①生物质材料种类、性质（粒径、形状及粒径分布、含水率等）
②温度（对产物组成及不可凝气体组成有显著影响；热裂解温度越高，越有利于热裂解气体和生物油的转化，最佳温度范围：400-600）
③催化剂
④压力（压力大小影响气相滞留期）
⑤气相滞留期（固相滞留时间越短，热裂解固态产物所占比例越小，总产量大热裂解完全）
⑥升温速率（低升温速率有利于炭的形成不利于焦油的形成，生产生物质裂解油采用较高的升温速率的快速裂解方式，产率可达80%）
⑦反应气氛
*热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG/TGA） 等温/非等温
在程序控制温度（指用固定的速率加热或冷却）下测量待测样品的质量与温度变化关系，研究材料的热稳定性和组分。
热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。
DTG（Derivative Thermogravimetry）曲线
① DTA（Differential Thermal Analysis）：差热分析法
在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。
② DSC（Differential Scanning Calorimetry）分析法/差示扫描热量法
通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，保持试样与参比物之间温度始终保持相同，可进行定量分析
热流率（dH/dt）为纵坐标，温度或时间为横坐标
功率补偿型DSC，热流型DSC
DTA和DCS比较：DTA-定性分析，测温范围大
DCS-定量分析，测温范围800℃以下

五、生物质气化
定义：不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子质量的有机碳氢化合物链裂解，变成较低分子质量的CO,H2，CH4等可燃性气体，在转换过程中要加汽化剂（空气氧气水蒸气），其产品主要指可燃性气体与氮气等的混合气体。
为什么要气化？生物质气化能量转换效率高，设备简单，投资少，易操作，不受地区、燃料种类和气候的限制。生物质经气化产生的可燃气可广泛用于炊事、采暖和作物烘干，还可以用做内燃机、热气机等动力装置的燃料，输出电力或动力，提高了生物质的能源品位和利用效率。
气化工艺：固定床工艺/流化床工艺/喷流床
气化过程/原理：氧化层-还原层-热分解层-干燥层（温度递减） P83
用途：供气、供热；生物质气化发电；用于氨合成；区域供热

六、生物乙醇的一代原料淀粉的种类以及特性
一代燃料乙醇是指以农作物的淀粉或糖作为原料，经水解及酒精发酵而生成的乙醇。P107
薯类、粮谷类、野生植物、农产品加工副产物
淀粉是由葡萄糖基组成的高分子化合物。白色微小颗粒，不溶于冷水和有机溶剂，淀粉颗粒具有抵抗外力作用较强的外膜。
直链淀粉和支链淀粉：直链淀粉溶解于热水，水溶液黏度小；支链淀粉热水难溶解，水溶液呈糊状，黏度高。一般淀粉颗粒中，80%支链，20%直链。
未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和轻微地溶胀，但随着温度升高，淀粉分子振动剧烈，造成氢键断裂，断裂的氢键与较多的水分子结合。由于水分子的进入造成更长的淀粉链段的分离，增加了结构的无序性、减少了结晶区域，溶液呈糊状。
淀粉类原料的乙醇生产技术 P108
淀粉类生物质发酵法制取乙醇要求原料富含碳水化合物，含蛋白质适量，少含或不含影响发酵的组分。其原理为：在热水里淀粉颗粒会膨胀，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分悬浮在水里，形成胶状淀粉糊。进而在糖化酶作用下水解为被酵母利用的糖。酵母菌利用这些糖进行发酵，在各种酶的催化下转化为乙醇。

七、生物柴油的特性及优点
生物柴油是通过动植物油脂转化而来的高级脂肪酸的低碳烷基酯混合物。
特性&优点：
① 十六烷值较高，抗爆性能优于普通柴油。
② 含氧量高于普通柴油，燃烧过程中所需的氧气较普通柴油少，燃烧、点火性能优于普通柴油。
③ 无毒，生化分解性能良好，健康环保性能良好。
④ 不含芳香族烃类成分，故无致癌性；不含硫、铅、卤素等有害物质。
⑤ 黑烟、烃化合物、人体可吸入颗粒物以及硫氧化物和二氧化碳排放量少，降低温室效应
⑥ 具有较高的运动粘度，在不影响燃油雾化的情况下，更容易在气缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低机件磨损。
⑦ 无须改动柴油机，可直接混兑使用；无须另添设加油设备、储存设备；也无须人员的特殊技术训练。
⑧ 生物柴油的闪点较普通柴油高，有利于安全运输和储存。
⑨ 不含石蜡，低温流动性好，适用区域广泛。
⑩ 完全可由本国生产，减少了对石油进口的依赖。
⑪ 生物柴油工业的发展可以增强本国经济，尤其是农业经济。
缺点：“四不”政策下，地沟油的收集是个难题，而生物柴油制备成本的75%是原料成本；酯交换方法合成生物柴油工艺复杂，能耗高，设备投入大，酯化产物难于回收，生产过程有废碱液排放。
方法：主要是酯交换法。
生产过程涉及化学反应：油脂的水解反应、酯化反应、酯交换反应
制备方法：物理法、化学法、酶化法。P120
工程微藻法的优越性：生产能力高；以海水作为天然培养基，可进行大量养殖；用它生产油脂比陆生植物单产高出30倍

八、城市生活垃圾的处理 方法比较
固体废弃物处理目标：无害化，减量化，资源化
①焚烧法：
优点：减量效果好，处理彻底，污染小。
缺点：前期投入费用极为昂贵，运行费用高，如果处理不当非常容易造成严重二次污染。焚烧余热可以发电采暖，但总体效益不高。
②填埋法：利用自然界微生物新陈代谢功能将其稳定化、无害化的一种处理方式。
优点：技术成熟，投资少，工艺简单，处理量大
缺点：造价高；占用土地量大，可产生可燃性气体，有爆炸起火危险；产生大量垃圾渗滤液，极难处理。
③堆肥法：将各种能够被微生物分解的有机废弃物堆积起来，在微生物的作用下，使有机废弃物中复杂的有机物质降解为细胞可利用的小分子物质，释放热量，并使有机物质矿质化、腐质化和无害化而变成腐熟肥料的过程。
优点：投资少，易操作，可用于农业生产的肥料，提高了能量的循环利用率
缺点：堆腐时间长，适用垃圾范围较小
④综合处理：堆肥+焚烧+填埋。P226

九、沼气制备
各种有机质在厌氧及其他适宜条件下，通过微生物的作用，最终转化成沼气 →沼气发酵
甲烷菌能在0-80℃生存，三个最佳温度：15 35 53
混合气体，主要成分甲烷，其次二氧化碳、硫化氢、氮和其他成分。
沼气产生的生理生化机理 P137 两阶段理论/三阶段理论
两阶段：酸性发酵阶段：复杂的有机物在产酸菌的作用下被分解成低分子的中间产物（低分子有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等）；产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段：利用中间产物将其分解转化为CH4和CO2，同时由于NH4+存在使发酵液pH升高。
三阶段：水解酸化阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段。（认为长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、H2、CO2等才能被产甲烷菌利用。
发酵条件：P139
（1）原料及原料特性
①原料：
总固体(total solid) 原料除去水分剩下的物质
挥发性固体(volatile solid) 总固体除去灰分剩下的物质
沼气微生物只能利用挥发性固体，因此用VS表示原料重量更确切些
②原料配比：
C/N：过高发酵不易启动，产气效果不好；过低过量氨变成可溶性氨，导致料液“氨中毒”，发酵停止
浓度：发酵物质的百分含量
③产气率、产气速度、产气量
（2）工艺条件及控制
①严格的厌氧环境
②发酵温度
③pH
④接种物
⑤搅拌
⑥压力
⑦添加剂和抑制剂
⑧有毒物质