生物质能转化原理与利用技术Biomassenergytransformationprincipleandutilizationtechnology1.1生物质（biomassenergy）生物质能：生物质是讨论能源时常用的一个术语，是指由光合作用而产生的各种有机体。光合作用即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程，光合作用是生命活动中的关键过程。生物质能应用的优点：（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。植物的光合作用图解二、转化原理和利用技术生物质能源利用方式2.1生物质直接燃烧2.2生物质致密成型2.3生物质热化学转化技术2.4生物质化学法转化技术2.5生物质生物转化技术2.1生物质直接燃烧技术生物质能利用—直接燃烧－获取热量挥发性焦油和气体生物质能利用—直接燃烧－发电生物质直接燃烧发电原理2.2生物质致密成型燃料技术特点：比重大、便于贮存和运输、燃烧性能好、热效率高（3500—5000千卡之间，是直接燃烧的5倍）、灰分小、燃烧几乎不产生SO2，不会造成环境污染、可用于家庭炊事、取暖，也可作为工业锅炉和电厂燃料代替煤炭、天然气、燃料油等化石能源，成为燃烧方式、热值均接近煤炭却基本无污染物排放的高品位清洁能源。辊模挤压式（包括环模式和平模式）；活塞冲压式（机械式、液压式）；螺旋挤压式。20世纪30年代，美国就开始研究压缩固体成型燃料技术，发明了螺旋挤压技术，在加热温度110~350℃、压力10MPa的条件下，能把木屑和刨花压缩成固体成型燃料；20世纪70年代初日本从国外引进技术后进行改进，研究并应用螺旋挤压技术，之后相继发明了活塞式生物质压缩方法；20世纪70年代初，美国研究开发了环模挤压技术，瑞士、瑞典等发达国家也先后开发研究了冲压技术、辊模挤压技术；20世纪80年代开始，日本对压缩成型技术进行探讨，对压缩过程中的动力消耗、压模的结构与尺寸、压缩燃料的含水率、压缩时的温度和压力以及原料的颗粒大小进行研究，进一步改进，使之更趋于应用化；20世纪80年代我国开始致力于生物质致密成型技术的研究。依靠传动部件与生物质原料之间的高速相对运动来实现生物质压缩，压缩过程中摩擦产生的热将纤维素、木质素软化的同时，通过挤压力把生物质原料推入成型模，从而成型。当前生物质致密燃料成型技术主要存在以下几个问题：耗能大，在成型过程中将纤维和木质素软化消耗较高的热量，对于螺旋挤压技术，成型前要经过电加热预热，挤压成型过程的吨料电耗在90KWh/t以上。设备成本高，主要体现在磨损快，寿命低、维修周期长、维修费高；原料要求，有些生物质自生胶合固化成型性能差，需要粘结剂。2.3生物质热化学转化技术指在一定温度和压力条件下，借助液化溶剂及催化剂的作用将木质生物质转化为生物油的热化学过程。以酚类物质为溶剂的直接液化研究最多、发展历史最长；酚类物质液化溶剂：苯酚、杂酚油和邻环己基苯酚等；常用的催化剂：硫酸、盐酸等强酸和磷酸、草酸等中酸或弱酸。强酸反应容易，中弱酸反应慢且残渣率高。直接液化技术发展趋势：液化机理的深入探索；绿色液化溶剂及催化剂的研制；液化工艺及设备的产业化开发；液化产物的高效利用：与纳米材料复合，开发具有特殊物理力学性能的生物质-纳米功能性材料；新型高强度结构材料，制备碳纤维、聚氨酯发泡材料、木陶瓷等。指在一定的热力学条件下，借助于空气部分(或者氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。气化过程中的主要反应热解是生物质在完全缺氧条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质，产生液体、气体、固体三种产物热降解过程。2.4生物质化学法转化技术2.4.2酯化生物柴油制备方法物理法：稀释、微乳化法；化学法：裂解、脂交换法；生物法：脂肪酶。酯交换原理及反应机理油脂的酯交换包括油脂中的甘三酯与脂肪酸、醇、自身或者其他的酯类作用，而引起酯基交换或分子重排的过程。酯交换原理及反应机理油脂在酸碱或脂肪酸酶的催化下与甲醇发生如下反应：CH2OCOR1CHOCOR2+3(CH3OH)→CH2OCOR3在油脂与甲醇进行酯交换的反应中，1moL油脂与3moL甲醇反应，生成3moL甲酯和1moL甘油。CH2-OCO-RCH2-OHCH-OCO-R+3NaOH→CH-OH+3R-COONaCH2-OCO-RCH2-OH油脂中如果含脂肪酸则会与甲醇发生酯交换反应，如下：R-COOH+CH3OH→R-COOCH3+H2O从反应来看，由于脂肪酸与甲醇反应生成了水，稀释了甲醇的浓度。甲醇浓度降低会使甲