第七讲生物质能ppt.

1第七讲生物质能利用技术沼气技术生物柴油利用技术12•思考题：•1什么是生物质能？•2沼气的主要成分是什么？•3简述沼气利用的优点。•4什么是生物柴油？•5简述生物柴油制备的主要过程。3一、生物质能的概念二、生物质能在能源环境系统中的地位三、生物质能的分类四、生物质能开发与利用五、沼气六、生物柴油4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。生物质能的概念5植物的光合作用图解生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。6生物质能的定义与范畴•生物质包括：糖类（甘蔗、甜菜）；淀粉类（土豆、玉米）；纤维类（木材、农作物秸杆、杂草）等。7生物质能的定义与范畴CO2人类需要的能生物质的产生和利用循环H2O太阳能C6H12O6燃烧、分解、气化。。。8生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质能的概念9生物质能的概念生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等（中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面）地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。10优点——•（1）清洁性•（2）充足性•（3）可再循环•（4）可储存和运输•（5）易燃性•（6）开发转化技术容易•（7）与农林业关系紧密生物质能的特点11缺点——•（1）体积密度和能量密度低•（2）生物质供应和价格不稳定•（3）生物质组成性质差异大•（4）水分含量•（5）灰成分12生物质能在能源环境系统中的地位生物质是世界第四大能源。作为能源，在人类历史上曾起过巨大的作用，在现实生产生活中，特别是在农村地区，仍然占有重要的地位。目前亚洲、非洲的大多数发展中国家，生物质能的消费量占全国能源消费总量的40%以上。1996年中国薪柴、秸秆的消耗量已达2.2亿吨标准煤，约占全国能源消费量的14%，占农村地区能源消耗量的34%，占农村生活用能的59%。其中约有1.2亿吨标准煤的秸秆和0.8亿吨标准煤的薪柴供农付居民及部分小城镇居民烧柴之用，另外的0.2亿吨标准煤的生物质能则主要用于农副产品加工和用作小砖窑、石灰窑、陶瓷厂、溶胶厂的燃料。13生物质能在能源环境系统中的地位生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点；加之在其生长过程中吸收大气中的CO2，因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径之一。能源危机以后，工业发达国家曾研究发展能源林来替代矿物燃料的技术。因为，生物质资源量丰富且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，而含氢量较高，因此比煤清洁。若把它变成气体或液体燃料，使用起来清洁、方便。14生物质能在能源环境系统中的地位生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。15生物质能的分类依据是否能大规模代替常规化石能源，而将其分为传统生物质能和现代生物质能。传统生物质能主要包括农村生活用能：薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其他农业生产的废弃物和畜禽粪便等；现代生物质能是可以大规模应用的生物质能，包括现代林业生产的废弃物、甘蔗渣和城市固体废物等。依据来源不同，将适合于能源利用的生物质可分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物及畜禽粪便等五大类。16生物质能的分类(1)林业资源林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。17生物质能的分类(2)农业资源农业生物质能资源是指农业作物(包括能源植物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。18生物质能的分类(3)生活污水和工业有机废水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。19生物质能的分类(4)城市固体废物城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。20生物质能的分类(5)畜禽粪便畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。我国主要的畜禽包括鸡、猪和牛等，其资源量与畜牧业生产有关。根据这些畜禽的品种、体重、粪便排泄量等因素，可估算出2000年全国畜禽粪便可获得资源的实物量为3.2亿吨干物质。21生物质能开发与利用生物质能的载体——生物质是以实物的形式存在的，相对比风能、水能、太阳能和潮汐能等，生物质能是惟一可存储和运输的可再生能源。生物质的组织结构与常规的化石燃料相似，它的利用方式与化石燃料类似。常规能源的利用技术无需做大的改动，就可以应用于生物质能。但生物质的种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术远比化石燃料复杂与多样，除了常规能源的利用技术以外，还有其独特的利用技术。22生物质能开发与利用生物质能转化利用途径主要包括燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等，可转化为二次能源，分别为热量或电力、固体燃料(木炭或成型燃料)、液体燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等)和气体燃料(氢气、生物质燃气和沼气等)。23生物质能开发与利用24生物质能的综合利用25生物质能开发与利用生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，是人类对能源的最早利用。生物质燃烧所产生的能源可应用于炊事、室内取暖、工业过程、区域供热、发电及热电联产等领域。炊事方式是最原始的利用方式，主要应用于农村地区，效率最低，一般在15-20%左右。人们通过改进现有炉灶，以提高燃烧效率及热利用率。室内取暖主要应用于室内加温，此外还有装饰及调节室内气氛等作用。工业过程和区域供暖主要采用机械燃烧方式，适用于大规模生物质利用，效率较高；配以汽轮机、蒸汽机、燃气轮机或斯特林发动机等设备，可用于发电及热电联产。26生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％27生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电28浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120－150万城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。我国目前规模最大的垃圾焚烧厂——上海江桥生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。截至2006年，我国已经建成有100多个日处理量在200吨以上的焚烧装置。29•目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内，将超过3000座。30垃圾发电平均上网电价为０．５４元／千瓦时，发电成本为０．５元／千瓦时。火力发电成本仅为０．２元／千瓦时，水力发电的运营成本仅为０．０３／千瓦时－０．０５元／千瓦时。相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞争优势。31生物质能开发与利用压缩成型是利用木质素充当黏合剂将农业和林业生产的废弃物压缩为成型燃料，提高其能源密度，是生物质预处理的一种方式。生物质压缩成型的设备一般分为螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压成型。将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成固体燃料，能源密度相当于中等烟煤，可明显改善燃烧特性。生物质成型燃料应用在林业资源丰富的地区、木材加工业、农作物秸秆资源量大的区域和生产活性炭行业等。32•国内生产的生物质成型机一般为螺旋挤压式，生产能力多在100～200kg/h之间，电机功率7.5～18kW，电加热功率2～4kW，生产的成型燃料多为棒状。生物质压缩成型燃料（棒状）33生物质成型燃料的特点热性能优于木材，与中质混煤相当，而且燃烧特性明显改善，点火容易，火力持久，黑烟少，炉膛温度高，便于运输和储存，使用方便、卫生，是清洁能源，有利于环保。可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。3435生物质能开发与利用热化学法包括热解、气化和直接液化。热解是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，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的热化学反应。热解的产物包括醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品。其中，快速热解是一种尽可能获得液体燃料的热解方法，其产物在常温下具有一定的稳定性，在存储、运输和热利用等方面具有一定的优势。36生物质能开发与利用气化是以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂，在高温的条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气(主要为一氧化碳、氢气和甲烷等)的热化学反应。气化可将生物质转换为高品质的气态燃料，直接应用作为锅炉燃料或发电，产生所需的热量或电力，或作为合成气进行间接液化以生产甲醇、二甲醚等液体燃料或化工产品。37生物质能开发与利用液化是把固体状态的生物质经过一系列化学加工过程，使其转化成液体燃料(主要是指汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有时也包括甲醇、乙醇等醇类燃料)的清洁利用技术，根据化学加工过程的不同技术路线，液化可分为直接液化和间接液化。直接液化是把固体生物质在高压和一定温度下与氢气发生反应(加氢)，直接转化为液体燃料的热化学反应过程。与热解相比，直接液化可以生产出物理稳定性和化学稳定性都更好的液体产品。38生物质能开发与利用间接液化是指将生物质气化得到的合成气(CO十H2)，经催化合成为液体燃料(甲醇或二甲醚等)。合成气是指由不同比例的CO和H2组成的气体混合物。生产合成气的原料包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材、农作物秸秆及城市固体废物等。生物质间接液化主要有两个技术路线，一个是合成气—甲醇—汽油(MTG)的Mobil工艺，另一个是合成气费托(Fischer--Tropsch)合成。39生物质能开发与利用生化法是依靠微生物或酶的作用，对生物质能进行生物转化，生产出如乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料。主要针对农业生产和加工过程产生的生物质，如农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水、工业有机废水和其他农业废弃物等。40生物质能开发与利用酯化是指将植物油与甲醇或乙醇在催化剂和230～250℃温度下进行酯化反应，生成生物柴油，并获得副产品——甘油。生物柴油可单独使用以替代柴油，又可以一定比例(2～30％)与柴油混合使用