生物质能源技术与理论

生物质能源技术与理论
作者：陈冠益，马隆龙，颜蓓蓓 著
出版时间：2017年版
内容简介
生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。发展高效生物质能部分替代化石能源，已成为世界各国保障能源安全的重要战略措施。然而，开发高效、环境友好、低成本的生物质能源技术并研究相关的理论依旧是亟待解决的国际性难题。在此背景下，《生物质能源技术与理论》系统、全面、深入地介绍了生物质能利用技术及理论，并通过工程案例对当前主流技术、相关机理、环境效益、政策法规以及发展趋势进行明晰的阐释。《生物质能源技术与理论》共分为五部分(11章)。第一部分(第1章)主要介绍《生物质能源技术与理论》的撰写背景和主要思路。第二部分(第2~8章)主要介绍生物质能利用的主流技术和理论，包括生物质制气、生物质制油、生物质发电与供热、生物质成型燃料、生物质制氢、生物质能源前沿技术、生物质炼制与高值化利用等7章。第三部分(第9章)主要介绍生物质能源利用的环境生态社会效应。第四部分(第10章)主要介绍管理政策与公众参与。第五部分(第11章)主要介绍生物质能源技术发展与应用挑战。
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 本书撰写背景 1
1.2 本书框架思路与主要内容 2
1.3 编写本书的重要性和必要性 3
第2章 生物质制气 5
2.1 生物质燃气热解气化技术制备 5
2.1.1 制备技术分类 5
2.1.2 生物质热解技术 8
2.1.3 生物质气化技术 12
2.1.4 气体净化及重整变换技术 26
2.1.5 生物质气化过程模拟 28
2.1.6 超临界气化技术 32
2.2 生物合成气制备 33
2.3 生物质燃气厌氧消化技术制备 37
2.3.1 生物沼气简介 37
2.3.2 生物沼气的制备 37
2.3.3 生物沼气的提纯 42
2.3.4 生物沼气的应用前景 49
2.4 生物质燃气利用及工程案例 49
2.4.1 生物质气化集中供气工程实例 49
2.4.2 生物质气化集中供热工程案例 51
2.4.3 沼气发电工程案例 53
2.4.4 生物质气化多联产技术工程案例 59
参考文献 77
第3章 生物质制油 80
引言 80
3.1 燃料乙醇制备 80
3.1.1 乙醇的物理性质 82
3.1.2 燃料乙醇原料 82
3.1.3 燃料乙醇工艺 85
3.2 生物柴油制备101
3.2.1 生物柴油的特点 101
3.2.2 生物柴油的原料 102
3.2.3 生物柴油的制备方法 104
3.2.4 生物柴油生产工艺 111
3.2.5 生物柴油发展历程 113
3.3 生物油制备 118
3.3.1 生物油特征 118
3.3.2 生物质热解方法 119
3.3.3 生物质快速热裂解液化机理与工艺流程 123
3.3.4 快速热解反应器 129
3.3.5 热解的影响因素 132
3.3.6 生物油的理化性质及分析方法 134
3.3.7 生物油精制高品位油品 138
3.4 生物质汽油/柴油制备 146
3.5 航空生物燃油制备 148
3.5.1 航空燃油的特性 148
3.5.2 航空燃油的等级 151
3.5.3 生物航油合成技术 153
3.5.4 生物航油原料 155
3.5.5 生物航油的生产方法 157
3.6 生物质液体利用与工程案例 158
3.6.1 燃料乙醇工艺实例介绍 158
3.6.2 生物油工程实例介绍 165
3.6.3 生物航油实用工程案例 169
参考文献 172
第4章 生物质发电与供热 179
4.1 生物质发电 179
4.1.1 生物质直燃发电 180
4.1.2 生物质气化发电 185
4.1.3 生物质混合燃烧发电 190
4.1.4 生物质燃烧对系统运行和排放的影响 196
4.2 生物质供热 200
4.2.1 生物质供热国内外发展现状 200
4.2.2 生物质燃料供热 202
4.2.3 生物质气化供热 212
4.3 生物质发电供热利用及工程 214
4.3.1 生物质直燃发电工程案例 214
4.3.2 生物质气化发电工程案例 216
4.3.3 生物质与煤共燃发电工程案例 218
4.3.4 沼气发电工程案例 222
4.3.5 生物质直燃供热工程案例 223
参考文献 225
第5章 生物质成型燃料 230
引言 230
5.1 生物质颗粒制备 232
5.1.1 颗粒成型过程及影响颗粒成型的因素 232
5.1.2 颗粒成型机理的研究 233
5.1.3 成型设备的介绍 235
5.2 生物质块状燃料制备 236
5.2.1 生物质粘结机制及碾切成型机理 236
5.2.2 生物质固化成型影响因素分析 238
5.2.3 生物质压块成型工作原理 239
5.3 生物质燃料棒制备 241
5.3.1 环模辊压式棒状成型 241
5.3.2 平模式棒(块)状成型机 242
5.3.3 液压活塞冲压式成型机 244
5.4 垃圾衍生燃料制备 246
5.4.1 垃圾衍生燃料 246
5.4.2 RDF分类组成及特性 246
5.4.3 RDF的制备工艺 248
5.4.4 存在问题 249
5.5 污泥衍生燃料制备 250
5.5.1 污泥的特性 250
5.5.2 污泥的分类 250
5.5.3 污泥衍生燃料的制备、方法与工艺 251
5.5.4 污泥衍生燃料制备的影响因素 260
5.6 生物质成型燃料利用及工程案例 262
5.6.1 北京联合优发能源技术有限公司徐州生物质成型项目 262
5.6.2 河南省科学院能源研究所有限公司万吨级秸秆成型燃料生产项目 265
参考文献 268
第6章 生物质制氢 270
引言 270
6.1 热解气化制氢 270
6.1.1 生物质热解制氢定义 270
6.1.2 热解生物质常用原料性质 272
6.1.3 热解法生物质制氢工艺流程 272
6.1.4 热解法生物质制氢原理 274
6.1.5 热解过程的热分析方法 277
6.1.6 热解动力学研究 278
6.1.7 生物质热裂解制氢技术的研究 279
6.2 生物油制氢 281
6.2.1 生物油气化制氢 281
6.2.2 生物质水相重整制氢 287
6.3 超临界转化制氢 296
6.3.1 生物质在超临界状态下制氢的基本概念 296
6.3.2 超临界转化制氢机理 296
6.3.3 太阳能化学和生物转化制氢在超临界转化制氢方面的应用 300
6.3.4 超临界转化制氢国内外研究 302
6.4 生物质化学链气化制氢 305
6.4.1 基于生物质的甲烷制氢 305
6.4.2 基于生物质的甲醇转化制氢 305
6.4.3 基于生物质的乙醇转化制氢 305
6.4.4 基于生物质的热解气化制氢 306
6.5 光合生物产氢 306
6.5.1 生物质光合产氢 306
6.5.2 光合生物制氢技术国内外研究进展 308
6.6 生物质制氢利用与工程案例 310
参考文献 312
第7章 生物质能源前沿技术 322
引言 322
7.1 能源植物与作物 322
7.1.1 能源植物与作物种类 323
7.1.2 几种重要能源植物及其开发和利用现状 327
7.1.3 几种重要能源作物及其开发和利用现状 349
7.1.4 能源植物与作物利用发展趋势 370
7.2 能源微藻 373
7.2.1 微藻生物能源技术的形成与发展 376
7.2.2 能源微藻利用形式 377
7.2.3 能源微藻生产系统——采样与预培养 391
7.2.4 分离和筛选技术 393
7.2.5 藻种保藏技术 397
7.2.6 藻种培养技术 400
7.2.7 微藻规模化培养技术 408
7.2.8 微藻油脂的提取及转酯化制备生物柴油 419
7.2.9 微藻生物能源发展趋势 421
7.3 海洋生物质能源 423
7.3.1 海洋微藻生物能源 424
7.3.2 大型海藻生物能源 425
7.4 合成气发酵制油 427
7.4.1 热解气 432
7.4.2 气化气 434
7.4.3 沼气 436
7.5 微生物电池 439
7.5.1 微生物燃料电池的基本原理 439
7.5.2 MFC发展历史与现状 443
7.5.3 MFC产电微生物 446
7.5.4 MFC各组件对电池性能的影响 449
7.5.5 MFC的发展方向及应用前景 453
7.6 生物质气化与燃料电池联合发电 454
7.6.1 简述 454
7.6.2 国内外发展现状 456
7.6.3 技术工艺分析 460
7.6.4 面临的主要问题分析 462
7.7 生物质化学链气化 463
7.7.1 载氧体 465
7.7.2 基于载氧体Fe2O3的生物质化学链气化 465
参考文献 467
第8章 生物质炼制与高值化利用 489
引言 489
8.1 生物丁醇的制备与利用 489
8.1.1 生物丁醇概述 489
8.1.2 生物丁醇的应用 490
8.1.3 生物丁醇生产工艺 492
8.1.4 生物丁醇的研究现状 494
8.2 生物基润滑油的制备与利用 495
8.2.1 生物基润滑油概述 495
8.2.2 生物基润滑油的应用 496
8.2.3 生物基润滑油生产工艺 497
8.2.4 生物基润滑油研究现状 500
8.3 生物炭的制备与利用 501
8.3.1 生物炭概述 501
8.3.2 生物炭的应用 501
8.3.3 生物炭生产工艺 503
8.3.4 生物炭研究现状 505
8.4 生物基高值聚合物制备与利用 506
8.4.1 生物基高值聚合物概述 506
8.4.2 生物基高值聚合物的应用 507
8.4.3 生物基高值聚合物的生产工艺 510
8.4.4 生物基高值聚合物研究现状 512
参考文献 513
第9章 生物质能源利用的环境生态社会效应 517
引言 517
9.1 环境效应 517
9.1.1 减少使用传统化石能源造成的大气污染和温室气体排放 517
9.1.2 为解决能源和环境矛盾提供了一个新的发展方向 517
9.1.3 避免了秸秆露天焚烧的污染 518
9.1.4 避免了垃圾焚烧厂带来的二次污染 518
9.1.5 避免了垃圾填埋产生渗滤液的污染 519
9.1.6 生物质气化产生焦油对环境的负效应 521
9.2 生态效应 522
9.2.1 生物质能源利用中的能源植物优势 522
9.2.2 生物质能源利用中的能源植物对生物多样性的影响 522
9.2.3 大规模利用秸秆造成的土壤养分缺失 524
9.2.4 对于微藻废水的生物质利用与水生态系统 524
9.3 社会效应 525
9.3.1 刺激经济发展，增加就业525
9.3.2 培育新的农产品市场，促进农村发展 526
9.3.3 生物质能源发展对世界粮食供求的影响 527
9.4 生物质能源的碳减排效应与应对气候变化 528
参考文献 529
第10章 管理政策与公众参与 530
引言 530
10.1 管理制度 530
10.1.1 废物管理制度 530
10.1.2 生物质能管理制度 538
10.2 政策法规 542
10.2.1 固体废物政策法规 542
10.2.2 生物质能政策法规 549
10.3 公众参与 559
10.3.1 公众参与的概念与内涵 559
10.3.2 公众参与对生物质废物利用制度建立的价值 560