生物質(zhì)能源利用技術(shù)

前言

能源是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在社會可持續(xù)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。由于世界能源消費劇增，煤炭、石油、天然氣等化石能源（資源）消耗迅速，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，特別是溫室氣體排放導(dǎo)致日益嚴峻的全球氣候變化，人類社會的可持續(xù)發(fā)展受到嚴重威脅。這一現(xiàn)狀使得可再生清潔能源的開發(fā)利用越來越得到各國的重視。生物質(zhì)能是地球上豐富的可再生能源，其蘊藏量和產(chǎn)量巨大，具有廣闊的開發(fā)利用前景。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，有著豐富的生物質(zhì)資源，因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能源，對緩解我國能源、環(huán)境及生態(tài)問題具有重要的意義。本書共分11章，在介紹國內(nèi)外生物質(zhì)能源開發(fā)利用研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當今世界生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀，概述了生物質(zhì)、生物質(zhì)能源及生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，闡述了生物質(zhì)燃燒技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)、生物質(zhì)熱解技術(shù)、生物質(zhì)直接液化技術(shù)、生物燃料乙醇技術(shù)、生物柴油制備技術(shù)、生物制氫技術(shù)、生物丁醇制備技術(shù)、沼氣技術(shù)、固體廢物能源利用技術(shù)，旨在為廣大讀者系統(tǒng)地介紹生物質(zhì)能源工程的基本理論和技術(shù)進展等。本書既可供能源、化工、材料、環(huán)境、生物等相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參閱，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。本書由張建安、劉德華主編，編寫人員有程可可、杜偉、戴玲妹、劉宏娟、李天文、孫燕、周玉杰，課題組研究生郝俊斌、劉青、劉婭、墨玉欣、潘鋒、武海棠、余世峰、張麗君、張婷、鄒樹平（按拼音字母排列）參與了初稿的資料收集和編寫工作，在此表示感謝。目前，生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)展迅速，涉及的學(xué)科領(lǐng)域也很多，由于編者水平和能力有限，書中難免存在不足之處，歡迎讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　本書共分11章，在介紹國內(nèi)外生物質(zhì)能源開發(fā)利用研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當今世界生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀，概述了生物質(zhì)、生物質(zhì)能源及生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。主要內(nèi)容包括生物質(zhì)燃燒技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)、生物質(zhì)熱解技術(shù)、生物質(zhì)直接液化技術(shù)、生物燃料乙醇技術(shù)、生物柴油制備技術(shù)、生物制氫技術(shù)、生物丁醇制備技術(shù)、沼氣技術(shù)、固體廢物能源利用技術(shù)，旨在為廣大讀者系統(tǒng)地介紹生物質(zhì)能源工程的基本理論和技術(shù)進展等。全書引用文獻全面，緊跟生物質(zhì)能的發(fā)展，可參考性強。本書既可供能源、化工、材料、環(huán)境、生物等相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參閱，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第1章 概述11.1 生物質(zhì)11.1.1 生物質(zhì)的概述11.1.2 生物質(zhì)的資源量11.1.3 生物質(zhì)的重要性21.2 生物質(zhì)能31.2.1 生物質(zhì)能的概述31.2.2 生物質(zhì)能的來源41.2.3 生物質(zhì)能源的地位41.2.4 生物質(zhì)能開發(fā)利用現(xiàn)狀61.3 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)91.3.1 生物質(zhì)物理轉(zhuǎn)化101.3.2 生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化101.3.3 生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化121.4 生物質(zhì)能發(fā)展前景與國家政策12參考文獻15第2章 生物質(zhì)燃燒技術(shù)162.1 生物質(zhì)燃燒技術(shù)的特點162.2 國內(nèi)外生物質(zhì)燃燒技術(shù)的研究182.3 生物質(zhì)燃燒技術(shù)212.3.1 生物質(zhì)直接燃燒212.3.2 生物質(zhì)和煤的混合燃燒222.3.3 生物質(zhì)的氣化燃燒232.3.4 城市垃圾的燃燒技術(shù)252.3.5 其它燃燒技術(shù)272.4 生物質(zhì)燃燒直接熱發(fā)電技術(shù)292.5 生物質(zhì)與煤的混合燃燒技術(shù)312.5.1 混合燃燒的特點322.5.2 生物質(zhì)型煤332.6 生物質(zhì)燃燒技術(shù)展望37參考文獻37第3章 生物質(zhì)氣化技術(shù)403.1 生物質(zhì)氣化技術(shù)的特點403.2 生物質(zhì)氣化工藝413.2.1 生物質(zhì)氣化過程413.2.2 生物質(zhì)氣化分類423.2.3 生物質(zhì)氣化工藝流程433.2.4 生物質(zhì)氣化設(shè)備443.2.5 生物質(zhì)氣化影響因素473.2.6 生物質(zhì)燃氣的特性483.2.7 生物質(zhì)燃氣的凈化493.3 生物質(zhì)氣化制備化學(xué)品技術(shù)513.3.1 生物質(zhì)氣化合成甲醇和二甲醚513.3.2 生物質(zhì)氣化制氫523.4 生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)533.4.1 集中供氣工程及工藝流程533.4.2 集中供氣技術(shù)應(yīng)用前景543.5 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)553.5.1 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)分類553.5.2 生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)（BIGCC）56參考文獻57第4章 生物質(zhì)熱解技術(shù)594.1 生物質(zhì)熱解的特點594.2 生物質(zhì)熱解工藝類型及研究現(xiàn)狀604.2.1 生物質(zhì)熱解液化工藝流程604.2.2 生物質(zhì)熱解液化技術(shù)研究及開發(fā)現(xiàn)狀614.3 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器634.3.1 生物質(zhì)熱解反應(yīng)器分類634.3.2 典型的快速熱解反應(yīng)器644.4 影響生物質(zhì)熱解的因素674.5 生物質(zhì)熱解產(chǎn)物特性及應(yīng)用技術(shù)704.5.1 生物油組成及特性704.5.2 生物油的應(yīng)用714.5.3 不可凝結(jié)氣體及木炭的應(yīng)用734.6 生物質(zhì)熱解油的精制技術(shù)744.7 熱解技術(shù)的發(fā)展75參考文獻77第5章 生物質(zhì)直接液化技術(shù)785.1 生物質(zhì)直接液化的特點785.2 生物質(zhì)高壓直接液化785.3 生物質(zhì)低壓（常壓）直接液化815.4 生物質(zhì)直接液化產(chǎn)物分離及應(yīng)用845.5 生物質(zhì)與其它反應(yīng)物共液化技術(shù)865.6 超臨界流體在生物質(zhì)液化中的應(yīng)用87參考文獻89第6章 生物燃料乙醇技術(shù)916.1 生物燃料乙醇及其特點916.1.1 燃料乙醇916.1.2 燃料乙醇的特點916.2 淀粉質(zhì)原料制備生物燃料乙醇技術(shù)936.2.1 糖化過程936.2.2 乙醇發(fā)酵976.3 纖維質(zhì)原料制備生物燃料乙醇技術(shù)1006.3.1 纖維質(zhì)原料的化學(xué)組分1016.3.2 纖維質(zhì)原料的糖化1026.3.3 纖維素發(fā)酵生成乙醇1046.4 生物燃料乙醇的應(yīng)用技術(shù)1086.4.1 國外燃料乙醇利用1086.4.2 國內(nèi)燃料乙醇利用109參考文獻110第7章 生物柴油制備技術(shù)1127.1 生物柴油概述1127.2 國外生物柴油發(fā)展概況1137.3 國內(nèi)生物柴油發(fā)展概況1147.4 生物柴油的特點及開發(fā)意義1157.5 生物柴油的制備技術(shù)1167.6 化學(xué)法轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油技術(shù)1177.7 生物酶法轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油技術(shù)1207.7.1 固定化脂肪酶在生物柴油制備中的應(yīng)用1207.7.2 全細胞催化劑在生物柴油制備中的應(yīng)用1217.8 超臨界流體轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油技術(shù)1227.8.1 超臨界反應(yīng)1227.8.2 超臨界反應(yīng)制備生物柴油技術(shù)1227.9 制備生物柴油的油脂原料1237.9.1 國外制備生物柴油的油脂原料情況1247.9.2 國內(nèi)生物柴油生產(chǎn)原料情況125參考文獻126第8章 生物制氫技術(shù)1328.1 概述1328.2 氫能簡介1328.3 制氫技術(shù)1338.3.1 裂解水制氫1338.3.2 有機質(zhì)氣化制氫1338.3.3 生物制氫1348.4 生物制氫微生物1348.4.1 產(chǎn)氫微生物1348.4.2 生物制氫機制1368.4.3 生物制氫相關(guān)酶1388.5 國內(nèi)外氫能研究概況1408.6 生物制氫技術(shù)研究進展1428.6.1 光合生物產(chǎn)氫研究進展1428.6.2 發(fā)酵微生物產(chǎn)氫研究進展1428.6.3 聯(lián)合生物產(chǎn)氫研究進展1438.6.4 固定化微生物技術(shù)制氫研究進展1448.7 生物制氫展望144參考文獻145第9章 生物丁醇制備技術(shù)1509.1 丁醇概述1509.1.1 丁醇的性質(zhì)與用途1509.1.2 丁醇的生產(chǎn)1509.1.3 發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的優(yōu)勢1519.2 發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的研究1529.2.1 國內(nèi)外生物丁醇研究概況1539.2.2 丁醇發(fā)酵的生化變化1549.2.3 丁醇發(fā)酵的機制1549.3 丁醇發(fā)酵的微生物及菌種改良1569.3.1 丁醇發(fā)酵微生物1569.3.2 丁醇發(fā)酵微生物菌種改良1579.4 丁醇發(fā)酵技術(shù)和產(chǎn)物提取回收技術(shù)1589.4.1 丁醇發(fā)酵技術(shù)1589.4.2 產(chǎn)物提取回收技術(shù)1599.5 前景與展望161參考文獻162第10章 沼氣技術(shù)16510.1 沼氣的成分和性質(zhì)16510.1.1 沼氣的定義16510.1.2 沼氣的成分16510.1.3 沼氣的性質(zhì)16510.1.4 沼氣的用途16510.2 影響沼氣發(fā)酵的主要因素16610.2.1 溫度16610.2.2 酸堿度16610.2.3 沼氣池密閉狀況16710.3 沼氣生產(chǎn)工藝16710.3.1 典型的農(nóng)村戶用沼氣池池型16710.3.2 大中型沼氣工程的基本工藝流程17010.3.3 沼氣發(fā)酵反應(yīng)器17110.3.4 沼氣凈化、儲存與輸配系統(tǒng)17210.3.5 沼氣的綜合利用173參考文獻174第11章 固體廢物能源利用技術(shù)17511.1 固體廢物分類收集17511.2 固體廢物的分選回收17811.2.1 固體廢物的壓實和破碎17811.2.2 固體廢物的分選17911.2.3 固體廢物的回收系統(tǒng)18811.3 固體廢物處理技術(shù)18811.3.1 固體廢物能源回收18811.3.2 固化處理19111.3.3 固體廢物的最終處置191參考文獻192

章節(jié)摘錄

插圖：生物質(zhì)型煤燃燒不具備生成熱力氮氧化物的條件，只可能生成燃料氮氧化物和瞬態(tài)氮氧化物，尤其是以生成燃料氮氧化物為多。燃料氮氧化物生成過程中有兩種可能的反應(yīng)途徑：一是原始氮化物與含氧物反應(yīng)，形成一氧化氮；二是原始氮化物與含氮的物質(zhì)（主要為一氧化氮）形成氮分子。由此可見：燃料氮并非在煙氣中完全以一氧化氮的形式出現(xiàn)。煤中燃料氮向氮氧化物轉(zhuǎn)換可以劃分為三步：第一步為煤中的氮揮發(fā)；第二步是揮發(fā)分氮燃燒；第三步為焦炭氮燃燒。一般揮發(fā)氮燃燒生成的一氧化氮是焦炭氮燃燒時一氧化氮生成總量的2．5倍左右，揮發(fā)氮的轉(zhuǎn)化率隨燃燒溫度而增加。當燃燒溫度較低時，燃料氮的揮發(fā)份額明顯降低。此外燃料氮氧化物的生成與火焰附近的氧濃度有關(guān)，降低火焰區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度，可以明顯降低氮氧化物生成。生物質(zhì)型煤燃燒溫度較低，所以由揮發(fā)氮生成的一氧化氮較少，而焦炭燃燒基本處于球面及球內(nèi)的缺氧燃燒狀態(tài)，所以焦炭燃燒生成一氧化氮也會大為減少。生物質(zhì)型煤燃燒初期揮發(fā)分析出多，產(chǎn)生氮氧化物可能最大；燃燒中期，揮發(fā)分少，處于焦炭燃燒，產(chǎn)生的氮氧化物較少且產(chǎn)出量比較穩(wěn)定；燃燒后期，氧接近焦炭的濃度相對很小，溫度也較低，氮氧化物的生成應(yīng)是微乎其微?？傊镔|(zhì)型煤燃燒時，溫度低，揮發(fā)分析出是隨過程漸變的，而且煤球中始終處于低氧或缺氧狀態(tài)燃燒，因此，氮氧化物生成會大幅度降低。④生物質(zhì)型煤對固硫具有高效性。其原因為：第一是固硫劑添加容易均勻分布在燃料中；第二是生物質(zhì)型煤的高強度組織特性，使燃燒產(chǎn)物停留在球內(nèi)時間較長，而且逐漸向外擴散，另外，燃燒后呈現(xiàn)微孔組織，也就是增加了硫氧化物與固硫劑接觸的機會和時間；第三是氧氣向球內(nèi)擴散的有效濃度大大降低，自然限制了一部分硫氧化物的生成；第四是低溫燃燒時，硫酸鈣生成反應(yīng)起主要作用，其分解很少；第五是生物質(zhì)本身具有一定的木質(zhì)素和腐殖酸，它們對二氧化硫有較強的吸附能力和具有巨大的比表面積，可延緩二氧化硫的析出速度，增加反應(yīng)表面；第六是生物質(zhì)型煤燃燒中形成的灰殼中含有堿金屬與堿土金屬的化合物，它們也能起到一定的固硫作用。

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