能源化学生物质能源优秀PPT.ppt
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1、What is biomass energy?生物质能源生物质能源生物质能概述q生物质能是隐藏在生物质中的能量,是绿色植生物质能是隐藏在生物质中的能量,是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能量。起来的能量。通通过过光光合合作作用用,植植物物每每年年转转化化约约2000亿亿吨吨的的C02中中的的碳碳为为碳碳水水化化合合物物,并并存存储储了了31013GJ的的太太阳阳能能,相相当当于于目目前前世世界界能能源源消消耗耗量的量的1010倍左右。倍左右。CO2+H2OCH2O+O2生物质能源生物质能源生物质能概述光合作用的总过程光合作用的总过程
2、光化学反应 电子传递 太阳光能-电能-活跃化学能(同化力)h e ATP,NADPH2 (光反应)CO2H2O-稳定化学能 C6H12O6 (暗反应,酶促反应)生物质:n(C6H12O6)光合效率光合效率 生物质能源生物质能源生物质能概述q光合作用过程中,每分解一个水分子,释放一个O2分子,需转移4个电子,而每个电子的转移要通过两个受激发的色素系统(光系统I&II)接力进行,因而理论上须要8个以上的光量子。q每个摩尔的波长为680纳米的红光和波长为420纳米的紫光分别含能180千焦耳和297千焦耳,都形成含热量 46.89千焦耳的1摩尔碳水化合物(CH2O),其能量利用率分别为26和16。白光
3、包括从380720纳米的各种波长的光量子,其能量利用率约为 20。这是叶绿素所吸取的光量子的理论最高能量利用率。q田间作物植被在光合层建成后的最佳期间,日光能的利用率可达34,整个植物生长季的光能利用率约为12,全球表面平均则为0.1,能源植物能源植物 以供应能源为目的的植物以供应能源为目的的植物生物质能源生物质能源生物质能概述 糖类能源植物:可干脆发酵生产燃料乙醇。如甘蔗、甜高梁、甜菜等。淀粉类能源植物:经水解后发酵生产燃料乙醇。如玉米。薯类作物等。纤维素类能源植物:经水解后发酵生产燃料乙醇;也可转化为气体、液体和固体燃料。如速生林木、芒草等。油料类能源植物:提取油脂后生产生物柴油。如油菜、
4、花生等油料作物。烃类能源植物:提取含烃汁液,产生接近石油成分的燃料。生物质能源、资源的特点生物质能源、资源的特点 生物质能源生物质能源生物质能概述q挥发组分高,易燃,燃烧相对充分;挥发组分高,易燃,燃烧相对充分;q生物质的大部分挥发组分可在生物质的大部分挥发组分可在400C左左右释放出,而煤在右释放出,而煤在800C才释放出才释放出30左右的左右的挥发组分;挥发组分;q燃烧过程污染相对低燃烧过程污染相对低q生物质灰分含量低于煤,氮、硫含量通常生物质灰分含量低于煤,氮、硫含量通常低于煤;低于煤;q简洁气化简洁气化q储量大、分布广泛、易于获得储量大、分布广泛、易于获得q地球上每年生物质能总量约地球
5、上每年生物质能总量约1400-1800亿吨亿吨(干重),相当于目前每年总能耗的十倍干重),相当于目前每年总能耗的十倍q属于可再生能源属于可再生能源q生物质能量密度低,燃料热值低生物质能量密度低,燃料热值低生物质能的利用与转化技术生物质能的利用与转化技术生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质生物质干脆燃烧干脆燃烧生物质燃烧可能涉及的过程生物质燃烧可能涉及的过程生物质能源生物质能源生物质燃烧(1)(1)生物质中水的蒸发过程;生物质中水的蒸发过程;v即使经过数年干燥的木材即使经过数年干燥的木材,其细胞结构中仍含有其细胞结构中仍含有15 15%20%20%的水的水;(2)(2)挥发分(低分子量物
6、质)的释放、燃烧挥发分(低分子量物质)的释放、燃烧 ;(3)(3)纤维素与半纤维素等受热分解、气化、燃烧;纤维素与半纤维素等受热分解、气化、燃烧;(4)(4)过渡阶段:木质素高温炭化、着火。过渡阶段:木质素高温炭化、着火。(1)(1)(4)(4)固定碳的燃烧:固定碳的燃烧:v在完全燃烧条件下,能量完全释放,生物质完全转在完全燃烧条件下,能量完全释放,生物质完全转变为灰烬变为灰烬。生物质干脆燃烧生物质干脆燃烧生物质能源生物质能源生物质燃烧生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质燃烧动力学生物质燃烧动力学-转化率-挥发分热说明放函数E-表观活化能 生物质的燃烧过程是从挥发分的着火燃烧起先,燃烧
7、过程受挥发分的热说明放过程限制A(固)B(固)+C(气)生物质能源生物质能源生物质能利用与转化固定碳的燃烧固定碳的燃烧 C+O2=CO2408.86KJ/molC+1/2O2=CO123.45KJ/mol2CO+O2=CO2570.87KJ/mol(高于(高于700C)水蒸气的反应水蒸气的反应C+H2O+118kJ/molCO+H2C+2H2O+76kJ/molCO2+H2C+2H2CH4+75kJ/mol生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质干脆燃烧技术生物质干脆燃烧技术 炉灶燃烧炉灶燃烧 炉灶燃烧操作简便、投资较省,主要问题是低效率。溢出的火苗和可燃烧气体使绝大多数的热无法利用而白白
8、奢侈。以木材燃烧制沸水过程而言,1m3 干木材含10GJ 能量,而使1L 水提高1 须要412KJ 的热能,所以煮沸1L 水须要少于400KJ 的能量,数值上仅相当于40cm3 的木材仅仅是一根小树枝而已。可事实上在一个小的火炉上,或许须要至少50 倍的木材,即效率不超过2%。生物质能源生物质能源生物质能利用与转化 锅炉燃烧接受先进的燃烧技术,把生物质锅炉燃烧接受先进的燃烧技术,把生物质作为锅炉的燃料燃烧,以提高生物质的利用效作为锅炉的燃料燃烧,以提高生物质的利用效率,适用于相对集中、大规模地利用生物质资率,适用于相对集中、大规模地利用生物质资源。源。生物质燃料锅炉的种类很多,依据锅炉燃生物质
9、燃料锅炉的种类很多,依据锅炉燃用生物质品种的不同可分为:木材炉、薪柴炉、用生物质品种的不同可分为:木材炉、薪柴炉、秸秆炉、垃圾焚烧炉等;依据锅炉燃烧方式的秸秆炉、垃圾焚烧炉等;依据锅炉燃烧方式的不同又可分为流化床锅炉、层燃炉等。不同又可分为流化床锅炉、层燃炉等。生物质干脆燃烧技术生物质干脆燃烧技术 锅炉燃烧锅炉燃烧生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质与煤的联合燃烧:生物质与煤的联合燃烧:可以改善煤的着火性能可以改善煤的着火性能生物质的挥发分初析温度远低于煤生物质的挥发分初析温度远低于煤,使得着使得着火燃烧提前,最大燃烧速率前移的趋势,火燃烧提前,最大燃烧速率前移的趋势,获得更好的燃尽特
10、性。获得更好的燃尽特性。可以提高煤的利用率可以提高煤的利用率生物质在燃烧的过程中放热比较匀整,而生物质在燃烧的过程中放热比较匀整,而单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期。单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期。煤中与生物质混和煤中与生物质混和,可以改善燃烧放热的分可以改善燃烧放热的分布状况布状况,对于燃烧前期的放热有增进作用。对于燃烧前期的放热有增进作用。生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质生物质气化技术气化技术生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质气化生物质气化 将生物质转化为将生物质转化为CHCH4 4、COCO、H H2 2等可燃气体等可燃气体 基本原理是在不完全燃烧条件下,
11、将生物质原料加热,使较高分子的有机碳氢化合物裂解成较低分子量的高品位可燃气体。依据气化机理可分为热解气化和反应性气化,其中后者又可依据气化剂的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气气化及其这些气体的混合物的气化。依据接受的气化反应器的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质气化反应器生物质气化反应器生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质的反应性气化生物质的反应性气化 在气化过程中运用不同的气化剂,可以得到三种不同质量的气化产品气,低热值(Low CV):46MJ/Nm3 运用空气 中热值(Medium CV)1218MJ/Nm3运用
12、氧气或水蒸汽 高热值(High CV)40MJ/Nm3 运用氢气生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质的空气气化生物质的空气气化气化反应过程原理图v 干燥区干燥区(100 250 C)水分蒸发v 热解区热解区(250 C以上)生成固体焦炭、气体挥发分、焦油、木醋酸和热解水等v 氧化区氧化区(1000 C以上)高温热解气体产物和焦炭与氧气发生燃烧反应v 还原区还原区(700900 C)氧化区所生成的高温气体与高温炭层发生非均相的还原反应,生成含有COCO、H H2 2、CHCH4 4、CmHnCmHn、COCO2 2等。生物质能源生物质能源生物质能利用与转化生物质气化的基本热化学反应生物质
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