Whatisbiomassenergy?生物質能源生物質能概述生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能而貯存起來的能量。

通過光合作用，植物每年轉化約2000億噸的C02中的碳為碳水化合物，并存儲了3ⅹ1013GJ的太陽能，相當于目前世界能源消耗量的10倍左右。

CO2+H2O{CH2O}+O2生物質能源生物質能概述光合作用的總過程

光化學反應電子傳遞↓↓太陽光能------→電能-------→活躍化學能（同化力）

·h·eATP，NADPH2

（光反應）↓

CO2＋H2O-----→穩定化學能

C6H12O6

（暗反應，酶促反應）↓↓↓生物質：n(C6H12O6)光合效率

生物質能源生物質能概述光合作用過程中，每分解一個水分子，釋放一個O2分子，需轉移4個電子，而每個電子的轉移要通過兩個受激發的色素系統（光系統I&II）接力進行，因而理論上需要8個以上的光量子。每個摩爾的波長為680納米的紅光和波長為420納米的紫光分別含能180千焦耳和297千焦耳，都形成含熱量46.89千焦耳的1摩爾碳水化合物（CH2O），其能量利用率分別為26％和16％。白光包括從380～720納米的各種波長的光量子，其能量利用率約為20％。這是葉綠素所吸收的光量子的理論最高能量利用率。田間作物植被在光合層建成后的最佳期間，日光能的利用率可達3～4％，整個植物生長季的光能利用率約為1～2％，全球表面平均則為0.1％，能源植物——

以提供能源為目的的植物生物質能源生物質能概述

糖類能源植物：可直接發酵生產燃料乙醇。如甘蔗、甜高梁、甜菜等。

淀粉類能源植物：經水解后發酵生產燃料乙醇。如玉米。薯類作物等。纖維素類能源植物：經水解后發酵生產燃料乙醇；也可轉化為氣體、液體和固體燃料。如速生林木、芒草等。油料類能源植物：提取油脂后生產生物柴油。如油菜、花生等油料作物。烴類能源植物：提取含烴汁液，產生接近石油成分的燃料。生物質能源、資源的特點生物質能源生物質能概述揮發組分高，易燃，燃燒相對充分；生物質的大部分揮發組分可在400C左右釋放出，而煤在800C

才釋放出30％左右的揮發組分；燃燒過程污染相對低生物質灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；容易氣化儲量大、分布廣泛、易于獲得

地球上每年生物質能總量約1400-1800億噸(干重），相當于目前每年總能耗的十倍屬于可再生能源生物質能量密度低，燃料熱值低生物質能的利用與轉化技術

生物質能源生物質能利用與轉化生物質直接燃燒生物質燃燒可能涉及的過程生物質能源生物質燃燒

生物質中水的蒸發過程；即使經過數年干燥的木材,其細胞結構中仍含有15%～20%的水;(2)揮發分（低分子量物質）的釋放、燃燒；(3)纖維素與半纖維素等受熱分解、氣化、燃燒；(4)過渡階段：木質素高溫炭化、著火。(4)固定碳的燃燒：在完全燃燒條件下，能量完全釋放，生物質完全轉變為灰燼。生物質直接燃燒生物質能源生物質燃燒生物質能源生物質能利用與轉化生物質燃燒動力學---轉化率---揮發分熱解釋放函數E---表觀活化能

生物質的燃燒過程是從揮發分的著火燃燒開始，燃燒過程受揮發分的熱解釋放過程控制A（固）B（固）+C(氣)生物質能源生物質能利用與轉化固定碳的燃燒

C+O2=CO2

＋408.86KJ/mol

C+1/2O2=CO

＋123

.45KJ/mol2CO+O2=CO2

＋570.87KJ/mol（高于700oC）水蒸氣的反應C+H2O+118kJ/mol→CO+H2

C+2H2O+76kJ/mol→CO2+H2

C+2H2→CH4+75kJ/mol生物質能源生物質能利用與轉化生物質直接燃燒技術

——

爐灶燃燒

爐灶燃燒操作簡便、投資較省，主要問題是低效率。溢出的火苗和可燃燒氣體使絕大多數的熱無法利用而白白浪費。以木材燃燒制沸水過程而言,1m3

干木材含10GJ能量,而使1L水提高1℃需要412KJ的熱能,所以煮沸1L水需要少于400KJ的能量,數值上僅相當于40cm3

的木材——僅僅是一根小樹枝而已。可實際上在一個小的火爐上,大概需要至少50倍的木材,即效率不超過2%。生物質能源生物質能利用與轉化

鍋爐燃燒采用先進的燃燒技術，把生物質作為鍋爐的燃料燃燒，以提高生物質的利用效率，適用于相對集中、大規模地利用生物質資源。生物質燃料鍋爐的種類很多，按照鍋爐燃用生物質品種的不同可分為：木材爐、薪柴爐、秸稈爐、垃圾焚燒爐等；按照鍋爐燃燒方式的不同又可分為流化床鍋爐、層燃爐等。生物質直接燃燒技術

——

鍋爐燃燒生物質能源生物質能利用與轉化生物質與煤的聯合燃燒：可以改善煤的著火性能生物質的揮發分初析溫度遠低于煤,使得著火燃燒提前，最大燃燒速率前移的趨勢，獲得更好的燃盡特性。可以提高煤的利用率生物質在燃燒的過程中放熱比較均勻，而單一煤燃燒放熱幾乎全部集中于燃燒后期。煤中與生物質混和,可以改善燃燒放熱的分布狀況,對于燃燒前期的放熱有增進作用。生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化技術生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化——

將生物質轉化為CH4、CO、H2等可燃氣體

基本原理是在不完全燃燒條件下，將生物質原料加熱，使較高分子的有機碳氫化合物裂解成較低分子量的高品位可燃氣體。根據氣化機理可分為熱解氣化和反應性氣化,其中后者又可根據氣化劑的不同分為空氣氣化、水蒸氣氣化、氧氣氣化、氫氣氣化及其這些氣體的混合物的氣化。根據采用的氣化反應器的不同又可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化反應器生物質能源生物質能利用與轉化生物質的反應性氣化

在氣化過程中使用不同的氣化劑,可以得到三種不同質量的氣化產品氣，

低熱值(LowCV)：4～6MJ/Nm3

使用空氣中熱值(MediumCV)12～18MJ/Nm3使用氧氣或水蒸汽高熱值(HighCV)40MJ/Nm3

使用氫氣生物質能源生物質能利用與轉化生物質的空氣氣化氣化反應過程原理圖

干燥區（100～250

oC）水分蒸發

熱解區（250oC以上）生成固體焦炭、氣體揮發分、焦油、木醋酸和熱解水等

氧化區（1000oC以上）高溫熱解氣體產物和焦炭與氧氣發生燃燒反應

還原區（700～900

oC）氧化區所生成的高溫氣體與高溫炭層發生非均相的還原反應，生成含有CO、H2、CH4、CmHn、CO2等。生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化的基本熱化學反應C+O2→CO2

＋408.86KJ/mol

C+1/2O2→CO

＋123

.45KJ/molCO+O2→1/2CO2

＋286KJ/molCO2+C→2CO－162KJ/molC+H2O→CO+H2-118kJ/molC+2H2O→CO2+2H2-76kJ/molC+2H2→CH4+75kJ/mol生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化過程中焦油的生成當生物質被加熱到250oC以上時，纖維素、木質素、半纖維素等成分發生熱分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、氣體等。焦油的成分十分復雜，大部分是苯的衍生物。溫度為500oC時焦油的產量最高，隨著溫度的升高和停留時間的增加，焦油的含量會明顯地減少。在600

oC以上時，焦油以氣體的形式存在于熱解氣中，在低溫下則以液體的狀態存在。焦油難以完全燃燒，容易產生碳黑等顆粒，對燃氣利用設備等損害嚴重生物質能源生物質能利用與轉化生物質氣化過程中焦油的再裂解改進型氣化爐的結構示意圖

通過改變爐內結構，使氣化區和還原區的反應溫度提高；增加還原區的高度，從而增加了焦油在爐內所經過的高溫區的停留時間，使焦油裂解充分，燃氣熱值提高，焦油含量降低。CmHn+mH2O

→mCO+(m+n/2)H2CmHn+mCO2→2mCO+n/2H2生物質能源生物質能利用與轉化焦油的催化裂解

在焦油轉化過程中,催化劑不僅起凈化作用還起到調整燃氣成分的作用。當燃氣從氣化爐出來經過催化劑時,焦油中的碳氫化合物便在催化劑表面與水蒸氣或二氧化碳反應生成一氧化碳和氫氣焦油裂解催化劑Dolomite：白云石；

Limestone：石灰石；

Alumina：礬土；生物質能源生物質能利用與轉化生物質燃氣的凈化濕式凈化器結構原理圖干式凈化利用旋風除塵器和擴散除塵器進行兩級凈化，而后再利用冷凝器將氣體冷卻；降溫困難，高溫氣態焦油難以去除，因此焦油含量較高。濕式凈化方式濕式凈化效果較好，但設備復雜，運行費用高生物質能源生物質能利用與轉化生物質熱解技術生物質能源生物質能利用與轉化生物質的熱解原理

——

生物質在基本無氧的環境中受熱分解，生成固體炭、液體燃料和氣體的過程干燥階段在150oC左右，蒸出物料中的水分。預熱解階段在150－300oC左右，物料化學組成開始發生變化，不穩定成分（如半纖維素）分解成CO2、CO和少量醋酸等物質。固體分解階段在300－600oC左右，生成醋酸、木焦油和甲醇等液體和CO2、CO、CH4、H2等氣體物質。此階段放熱。

燃燒階段C-H、C-O鍵進一步裂解，排出殘留在木炭中的揮發分。生物質能源生物質能利用與轉化Lynn裂解制油示意圖生物質能源生物質能利用與轉化生物質快速熱解：隔絕空氣快速加熱，將原料直接裂解為粗油。工藝特點：物質原料的粒度非常小，快速加熱；準確控溫在500℃左右；熱解產生的蒸汽迅速冷卻以生產生物油產品生物質能源生物質能利用與轉化生物質熱裂解產物

不同溫度下生物質稻殼粉熱解產物的分布生物質能源生物質能利用與轉化生物質液化生物質能源生物質能利用與轉化生物質直接液化

與熱解液化相比，直接液化條件相對柔和。和熱解油一樣，直接液化產品需經過精制加工后方可使用生物質能源生物質能利用與轉化生物質能源生物質能利用與轉化

呈棕褐色，內含刺激性揮發分（如丙酮等），pH值約為2-4（弱酸性）；當溫度較高時，其分子容易發生聚合反應，故不宜進行蒸餾處理。生物質原油生物質能源生物質能利用與轉化生物質間接液化生物質合成氣液體燃料定向氣化凈化甲醇柴油二甲醚分離提純生物質能源生物質能利用與轉化生物質定向氣化

以生產合成氣為目的的生物質定向氣化，與以生產燃氣為目的的常規氣化有著本質區別：它不是以熱值為追求目標，而是要使木質纖維素盡可能多地轉化為富含H2、CO、CO2的混合氣體，其中的無用氣體和碳氫化合物要盡可能少，以減輕后續重整變換的難度。生物質能源生物質能利用與轉化實現生物質定向氣化的措施提高氣化反應溫度

氣化反應溫度是影響氣化產物的一個最主要因素，溫度越高，所產氣體中的H2、CO和CO2越多CH4等碳氫氣體越少。純氧和水蒸氣復合并用采用純氧作為氣化劑，在避免帶入大量N2

對生成氣體稀釋的同時，還可以有效地提高氣化反應區的溫度，從而為加注適量水蒸氣創造了條件。水蒸氣既可以直接與炙熱的炭反應生成H2和CO，又可以與碳氫化合物發生水蒸氣變換反應，生成對合成甲醇有用的氣體，從而減輕氣體重整變換的工作量。延長反應物的滯留時間氣化反應實際是由生物質的熱解反應和熱解產物的裂解反應所組成的，但無論是哪種反應，在一定條件下，反應物的滯留時間越長，反應就越充分，生成物也就越多。生物質能源生物質能利用與轉化氣體重整變換1--陶瓷過濾膜；2--重整反應床；3--旋風分離器；4--變換反應床；5--冷卻裝置；6--氣相色譜儀。氣體重整變換工藝流程圖氣體過濾阻止氣體中的微米級粉塵進入后續工藝氣體重整將氣體中的碳氫化合物（如烴類氣體和焦油等）催化裂解為有用氣體，并除去硫化氫等其它有害氣體。氣體變換使H2/(2CO＋CO2）最終約等于1.05。氣體變換最簡單的方式是直接向混合氣體中加注適量的H2

，以實現三者之間的比例要求生物質能源生物質能利用與轉化生物質制氫技術生物質能源生物質能利用與轉化生物質直接制氫氣化制氫光合微生