生物質(zhì)能的利用

生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計，物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。 生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。 1、直接燃燒 當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶，推廣效率可達(dá)20%-30%的節(jié)柴灶這種技術(shù)簡單、易于推廣、效益明顯的節(jié)能措施，被國家列為農(nóng)村新能源建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)之一。生物質(zhì)的直接燃燒和固化成型技術(shù)的研究開發(fā)主要著重于專用燃燒設(shè)備的設(shè)計和生物質(zhì)成型物的應(yīng)用?，F(xiàn)已成功開發(fā)的成型技術(shù)按成型物形狀主要分為大三類：以日本為代表開發(fā)的螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型物技術(shù)，歐洲各國開發(fā)的活塞式擠壓制的圓柱塊狀成型技術(shù)，以及美國開發(fā)研究的內(nèi)壓滾筒顆粒狀成型技術(shù)和設(shè)備。 2、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換 是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)氣化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。 ①　生物質(zhì)氣化：生物質(zhì)氣化技術(shù)是將固體生物質(zhì)置于氣化爐內(nèi)加熱，同時通入空氣、氧氣或水蒸氣，來產(chǎn)生品位較高的可燃?xì)怏w。它的特點(diǎn)是氣化率可達(dá)70%以上，熱效率也可達(dá)85%。生物質(zhì)氣化生成的可燃?xì)饨?jīng)過處理可用于合成、取暖、發(fā)電等不同用途，這對于生物質(zhì)原料豐富的偏遠(yuǎn)山區(qū)意義十分重大，不僅能改變他們的生活質(zhì)量，而且也能夠提高用能效率，節(jié)約能源。 空氣氣化： 以空氣為氣化介質(zhì)的自供熱氣化工藝系統(tǒng)。獲得以CO為主的低熱值燃?xì)狻? 惰性N2全部保留，燃?xì)鉄嶂递^低（5MJ/m3左右） 用于近距離燃燒或發(fā)電時，空氣氣化是*佳選擇。我國目前使用*多的氣化方式。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，能源自給 缺點(diǎn)：熱值低，存儲、輸送成本高，應(yīng)用受限制 氧氣氣化： 氧氣氣化以氧氣為氣化介質(zhì)的氣化過程。其過程原理與空氣氣化相同。 優(yōu)點(diǎn)：沒有惰性氮?dú)?，在與空氣氣化相同的當(dāng)量比下，反應(yīng)溫度提高，反應(yīng)速率加快，設(shè)備容積減小，熱效率提高，氣體熱值(約10MJ/m3)提高一倍以上，熱值與城市煤氣相當(dāng)。因此，可建立以生物質(zhì)廢棄物為原料的中小型生活供氣系統(tǒng)，也可用作化工合成燃料的原料。 缺點(diǎn)：氧氣會比空氣稀缺一些 水蒸氣氣化： 水蒸氣氣化是以水蒸氣為氣化介質(zhì)的氣化工藝。它不僅包括水蒸氣和碳的還原反應(yīng)，尚有CO與水蒸氣的變換反應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn)：熱值較高 缺點(diǎn)：需外供熱源 空氣（氧氣）-水蒸氣氣化： 以空氣（氧氣）和水蒸氣同時作為氣化介質(zhì)的氣化過程。 特點(diǎn)：自供熱系統(tǒng) 部分氧來源于水蒸汽，減少了空氣消耗量，H2與CH4含量較高 ②　生物質(zhì)碳化 生物質(zhì)顆粒碳化燃料是各種生物質(zhì)經(jīng)過干燥、轉(zhuǎn)性、混料、成型、碳化等復(fù)雜過程連續(xù)生產(chǎn)出來的一種新型燃料，其與煤性質(zhì)相同，是可供各種燃燒機(jī)、生物質(zhì)鍋爐、熔解爐、生物質(zhì)發(fā)電等的高*、可再生、環(huán)保生物質(zhì)燃料，此種燃料在國際認(rèn)證為零污染燃料。 ③　生物質(zhì)熱解 通常是指在無氧或低氧環(huán)境下，生物質(zhì)被加熱升溫引起分子分解產(chǎn)生焦炭、可冷凝液體和氣體產(chǎn)物的過程，是生物質(zhì)能的一種重要利用形式。 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一。該技術(shù)能以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將以木屑等廢棄物為主的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲存、易運(yùn)輸、能量密度高且使用方便的代用液體燃料（生物油），其不僅可以直接用于現(xiàn)有鍋爐和燃?xì)馔钙降仍O(shè)備的燃燒，而且可通過進(jìn)一步改進(jìn)加工使液體燃料的品質(zhì)接近于柴油或汽油等常規(guī)動力燃料的品質(zhì)，此外還可以從中提取具有商業(yè)價值的化工產(chǎn)品。相比于常規(guī)的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分極其微小，可視為21世紀(jì)的綠色燃料。 根據(jù)反應(yīng)溫度和加熱速度的不同，生物質(zhì)熱解工藝可分為慢速、常規(guī)、快速或閃速集中。慢速裂解工藝具有幾千年的歷史，是一種以以生成木炭為目的的炭化過程，低溫和長期的慢速裂解可以得到30%的焦炭產(chǎn)量；低于600℃的中等溫度及中等反應(yīng)速率（0.1～1℃/s）的常規(guī)熱裂解可制成相同比例的氣體、掩體和固體產(chǎn)品；快速熱裂解大致在10～200℃/s的升溫速率，小于5s的氣體停留時間；閃速熱裂解相比于快速熱裂解的反應(yīng)條件更為嚴(yán)格，氣體停留時間通常小于1s，升溫速率要求大于103℃/s，并以102～103℃/s的冷卻速率對產(chǎn)物進(jìn)行快速冷卻。 生物質(zhì)快速熱解過程中，生物質(zhì)原料在缺氧的條件下，被快速加熱到較高反應(yīng)溫度，從而引發(fā)了大分子的分解，產(chǎn)生了小分子氣體和可凝性揮發(fā)分以及少量焦炭產(chǎn)物。可凝性揮發(fā)分被快速冷卻成可流動的液體，稱之為生物油或焦油。生物油為深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。通過快速或閃速熱裂解方式制得的生物油具有下列共同的物理特征：高密度（約1200Kg/m^3）；酸性（pH值為2.8～3.8）；高水分含量（15%～30%）以及較低的發(fā)熱量（14～18.5MJ/Kg）。 3、生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)換 通過生物質(zhì)的厭氧發(fā)酵制取甲烷，用熱解法生成燃料氣、生物油和生物炭，用生物質(zhì)制造乙醇和甲醇燃料，包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣。乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。生物制氫，生物質(zhì)通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫。 當(dāng)前較為有效地利用生物質(zhì)能的方式有： (1)制取沼氣。主要是利用城鄉(xiāng)有機(jī)垃圾、秸稈、水、人畜糞便，通過厭氧消化產(chǎn)生可燃?xì)怏w甲烷，供生活、生產(chǎn)之用。 (2)利用生物質(zhì)制取酒*。

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