生物質(zhì)能工程

前言

隨著世界人口增長(zhǎng)及生產(chǎn)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而常規(guī)能源資源儲(chǔ)量有限且不可再生，因此，如何合理開發(fā)可再生能源已經(jīng)成為人類進(jìn)入21世紀(jì)以后面臨的新課題。在眾多的可再生能源中，具有廣泛使用價(jià)值的是生物質(zhì)能。綠色植物利用葉綠素通過(guò)光合作用把空氣中的CO2和H2O轉(zhuǎn)化為葡萄糖并將太陽(yáng)光的光能儲(chǔ)存在其中，然后葡萄糖再進(jìn)一步聚合成淀粉、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等多糖并構(gòu)成生物體。而生物質(zhì)能則是指直接或間接地通過(guò)綠色植物的光合作用，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和儲(chǔ)藏在生物體內(nèi)的能量。作為研究對(duì)象的生物質(zhì)，通常是指農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸屑、甘蔗渣、花生殼、動(dòng)物糞便及城市垃圾等。生物質(zhì)由C、H、O、N、S、P等元素組成，被譽(yù)為即時(shí)利用的綠色煤炭。生物質(zhì)能是唯一既具有礦物燃料屬性，又具有可儲(chǔ)存、運(yùn)輸、再生、轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，并較少受自然條件限制的能源。因此生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品具有極大的潛在市場(chǎng)，成為世界，特別是我國(guó)發(fā)展多元化的清潔能源戰(zhàn)略的重要組成部分。本教材根據(jù)編者長(zhǎng)期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，結(jié)合世界上生物質(zhì)能的研究發(fā)展前沿，系統(tǒng)地闡述了生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的原理、工藝、設(shè)備及其應(yīng)用。本教材注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，主要包括生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)定義及類型、生物質(zhì)的直接燃燒技術(shù)、沼氣發(fā)酵工藝及戶用沼氣技術(shù)、大中型沼氣工程、燃料乙醇技術(shù)、生物質(zhì)熱裂解機(jī)理及工藝、生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)、生物質(zhì)制氫技術(shù)、生物柴油技術(shù)、生物質(zhì)超臨界水處理制氫技術(shù)、能源生態(tài)模式與生物質(zhì)能項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等內(nèi)容，以期能對(duì)我國(guó)生物質(zhì)能源的教學(xué)、科研與開發(fā)產(chǎn)生有益的影響。本教材可作為新能源和可再生能源領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材，并可供從事以上相關(guān)專業(yè)的高等院校師生、科研和工程技術(shù)人員參考。本教材由劉榮厚主編，王效華、朱錫峰、李文哲、張全國(guó)、陳冠益、林聰、鄭文君、易維明、盛奎川、梅曉巖、董良杰參與編寫。其中，劉榮厚編寫第一章、第六章；王效華編寫第十三章；朱錫峰編寫第八章；李文哲編寫第三章；張全國(guó)編寫第十章；陳冠益編寫第十一章；林聰編寫第四章；鄭文君編寫第十二章；易維明編寫第七章；盛奎川編寫第九章；梅曉巖編寫第五章；董良杰編寫第二章；最后由劉榮厚教授統(tǒng)稿。很多研究生對(duì)本教材的編寫給予了熱情幫助，在此表示誠(chéng)摯的謝意?；瘜W(xué)工業(yè)出版社對(duì)本書的編寫給予了熱情指導(dǎo)，在此表示感謝。

內(nèi)容概要

本教材根據(jù)編者長(zhǎng)期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，結(jié)合世界上生物質(zhì)能的研究發(fā)展前沿，系統(tǒng)地闡述了生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的原理、工藝、設(shè)備及其應(yīng)用。本教材注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，主要包括生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)定義及類型、生物質(zhì)的直接燃燒技術(shù)、沼氣發(fā)酵工藝及戶用沼氣技術(shù)、大中型沼氣工程、燃料乙醇技術(shù)、生物質(zhì)熱裂解機(jī)理及工藝、生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)、生物質(zhì)制氫技術(shù)、生物柴油技術(shù)、生物質(zhì)超臨界水處理制氫技術(shù)、能源生態(tài)模式與生物質(zhì)能項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等內(nèi)容，以期能對(duì)我國(guó)生物質(zhì)能源的教學(xué)、科研與開發(fā)產(chǎn)生有益的影響。     本教材可作為新能源和可再生能源領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材，并可供從事相關(guān)專業(yè)的高等院校師生、科研和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章　緒論 　第一節(jié)　生物質(zhì)能的概念與資源 　　一、生物質(zhì)能的概念 　　二、光合作用與生物質(zhì)能 　　三、生物質(zhì)的種類和資源 　第二節(jié)　生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)定義及類型 　　一、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)定義 　　二、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)類型 第二章　生物質(zhì)的直接燃燒技術(shù) 　第一節(jié)　生物質(zhì)的特性 　　一、生物質(zhì)的成分與化學(xué)特性 　　二、生物質(zhì)的物理特性 　第二節(jié)　秸稈與薪柴 　　一、秸稈與薪柴的性質(zhì) 　　二、秸稈與薪柴的資源量計(jì)算 　第三節(jié)　生物質(zhì)的燃燒機(jī)理與方式 　　一、燃燒的基本類型 　　二、生物質(zhì)的燃燒過(guò)程 　　三、燃燒要素 　　四、影響燃燒速度的因素 第三章　沼氣發(fā)酵工藝及戶用沼氣技術(shù) 　第一節(jié)　沼氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 　第二節(jié)　沼氣發(fā)酵的原理 　　一、甲烷的性質(zhì) 　　二、沼氣發(fā)酵原理 　　三、沼氣發(fā)酵原料 　第三節(jié)　沼氣發(fā)酵的工藝條件 　　一、嚴(yán)格的厭氧環(huán)境 　　二、溫度 　　三、pH值 　　四、接種物 　　五、發(fā)酵原料 　　六、攪拌 　　七、沼氣池的有機(jī)負(fù)荷 　　八、壓力 　　九、添加劑和抑制劑 　第四節(jié)　沼氣發(fā)酵的工藝類型 　　一、以發(fā)酵溫度劃分 　　二、以進(jìn)料方式劃分 　　三、按發(fā)酵階段劃分 　　四、按發(fā)酵級(jí)差劃分 　　五、按發(fā)酵含量劃分 　　六、以料液流動(dòng)方式劃分 　第五節(jié)　水壓式沼氣池的構(gòu)造及工作原理 　　一、水壓式沼氣池的構(gòu)造 　　二、水壓式沼氣池的工作原理 第四章　大中型沼氣工程 　第一節(jié)　大中型沼氣工程的定義及發(fā)展現(xiàn)狀 　　一、大中型沼氣工程定義 　　二、大中型沼氣工程的分類 　　三、大中型沼氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀 　第二節(jié)　大中型沼氣工程厭氧消化器 　　一、分類依據(jù) 　　二、厭氧消化器類別 　第三節(jié)　厭氧消化工藝參數(shù) 　第四節(jié)　沼氣工程的設(shè)計(jì) 　　一、大中型沼氣工程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求  　　二、沼氣發(fā)酵消化器設(shè)計(jì) 　第五節(jié)　沼氣工程的施工 　　一、施工準(zhǔn)備 　　二、施工質(zhì)量控制與安全要求 　　三、施工驗(yàn)收 　第六節(jié)　沼氣的凈化和儲(chǔ)存 　　一、沼氣脫水 　　二、沼氣脫硫 　　三、沼氣儲(chǔ)存  　　四、輸氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 　第七節(jié)　沼氣的輸配 　　一、輸氣管道的設(shè)計(jì) 　　二、室內(nèi)管道的安裝 　　三、室外沼氣管道的布置 　第八節(jié)　大中型沼氣工程實(shí)例 第五章　燃料乙醇技術(shù) 第六章　生物質(zhì)熱裂解機(jī)理及工藝 第七章　生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù) 第八章　生物質(zhì)氣化技術(shù) 第九章　生物質(zhì)壓縮成型技術(shù) 第十章　生物質(zhì)制氫技術(shù) 第十一章　生物柴油技術(shù) 第十二章　生物質(zhì)超臨界水處理制氫技術(shù) 第十三章　能源生態(tài)模式與生物質(zhì)能項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第二章 生物質(zhì)的直接燃燒技術(shù)第一節(jié) 生物質(zhì)的特性生物質(zhì)燃料的品位是由生物質(zhì)的物理性質(zhì)和熱化學(xué)性質(zhì)決定的。這些性質(zhì)對(duì)生物質(zhì)燃料加工轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品性能影響極大。無(wú)論是直接燃燒或是加工轉(zhuǎn)換為固體、氣體或液體燃料，都必須了解生物質(zhì)燃料的基本性質(zhì)。一、生物質(zhì)的成分與化學(xué)特性生物質(zhì)是多種復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物組成的復(fù)合體，其化學(xué)組成主要有纖維素（celulose）、半纖維素（hemi-cellulose）、木質(zhì)素（lignin）和提取物（extrac-tives）等，這些高分子物質(zhì)在不同的生物質(zhì)、同一生物質(zhì)的不同部位分布也不同，甚至有很大差異。生物質(zhì)的化學(xué)組成可大致分為主要成分（major components）和少量成分（minor components）兩種。主要成分是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成，存在于細(xì)胞壁中。少量成分則是指可以用水、水蒸氣或有機(jī)溶劑提取出來(lái)的物質(zhì)，也稱“提取物”。這類物質(zhì)在生物質(zhì)中的含量較少，大部分存在于細(xì)胞腔和胞間層中，所以也稱非細(xì)胞壁提取物。提取物的組分和含量隨生物質(zhì)的種類和提取條件而改變。屬于提取物的物質(zhì)很多，其中重要的有天然樹脂、單寧、香精油、色素、木脂素及少量生物堿、果膠、淀粉、蛋白質(zhì)等。生物質(zhì)中除了絕大多數(shù)為有機(jī)物質(zhì)外，尚有極少量無(wú)機(jī)的礦物元素成分，如鈣（Ca）、鉀（K）、鎂（Mg）、鐵（Fe）等，它們經(jīng)生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換后，通常以氧化物的形態(tài)存在于灰分中。生物質(zhì)的主要成分，即細(xì)胞壁物質(zhì)，屬于高分子化合物，這些高分子化合物相互穿插交織構(gòu)成復(fù)雜的高聚合物體系。要把這些物質(zhì)彼此分離又不受到破壞那是非常困難的。因此，目前用任何一種方法分離出來(lái)的各種組分，實(shí)際上只能代表某一組分的主要部分。

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《生物質(zhì)能工程》：高等學(xué)校教材。

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