【正文】 超臨界甲醇狀態(tài)下進行反應(yīng)，生成生物柴油 (脂肪酸甲酯 )，并獲得副產(chǎn)物甘油。除了為公共交通車、卡車等柴油機車提供替代燃料外，又可以為海洋運輸業(yè)、采礦業(yè)、發(fā)電廠等具有非移動式內(nèi)燃機行業(yè)提供燃料。 （ 1）厭氧消化技術(shù) 厭氧消化是指富含碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪的生物質(zhì)在厭氧條件下，依靠厭氧微生物的協(xié)同作用轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳、氫及其它產(chǎn)物的過程。 第 節(jié) 生物質(zhì)能源的地位及發(fā)展前景 生物質(zhì)能源在當(dāng)今世界的地位 當(dāng)今社會面臨著環(huán)境與發(fā)展的雙重壓力，能源是人類社會進步最為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。石油和煤炭是不可再生能源，終將面臨枯竭的危險。自 21 世紀(jì) 70 年代以來，人們對石油、煤炭、天然氣的儲量和可開采時限做過種種的估算與推測，幾乎都得出一致結(jié)論，化石燃料中有的將被開采殆盡；有的因開采成本高以及開發(fā)使用導(dǎo)致的一系列環(huán)境問題而失去開采價值。 表 11 不可再生能源占全球能耗比例及可用年限 能源種類 占全球能源的比例 /% 可使用時間 /年 化石能源 煤 220 石油 40 天然氣 60 核能（裂變） 260 總和 生物質(zhì)能源的發(fā)展前景 生物質(zhì)能源發(fā)展前景廣闊，具有很大的發(fā)展空間，雖面臨一些機會，但也面臨挑戰(zhàn)。因此要對存在的風(fēng)險進行監(jiān)測，制定相關(guān)預(yù)警措施，以防范風(fēng)險。我國具有大規(guī)模開 發(fā)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源的資源條件和技術(shù)潛力，可以為未來社會和經(jīng)濟發(fā)展開辟新的能源保障途徑。 2030 年左右，盡管化石能源仍可能是能源的主體，但可再生能源已經(jīng)開始發(fā)揮明顯的替代作用。 第 2 章 生物質(zhì)氣化技術(shù)概述 第 節(jié) 生物質(zhì)氣化的基本定義 所謂氣化是指將固體或液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。 燃料的氣化和燃料的燃燒是不可分割的，固體燃料氣化過程的基礎(chǔ)是碳的燃燒，這是因為： ① 碳是大多數(shù)固體燃料中有機物質(zhì)的主要組成都分； ② 碳的燃燒是反應(yīng)過程中一個最大的階段，因此，這個階段決定整個燃燒氣化過程； ③ 碳的燃燒是熱的主要來源，反應(yīng)過程的其他各個階段進行的質(zhì)量取決于碳燃燒階段中放熱的狀況。 為了提供反應(yīng)的熱力學(xué)條件，氣化過程需要供給空氣或氧氣，使原料發(fā)生部分燃燒，盡可能將能量保留在反應(yīng)后得到的可燃?xì)庵校瑲饣蟮漠a(chǎn)物含有 H CO及低分子的 CmHn等可燃性氣體。 （ 1）干燥過程 生物質(zhì)進入氣化爐后，在熱量的作用下，析出表面水分。 （ 2） 熱解反應(yīng) 當(dāng)溫度升高到 300℃ 以上時開始進行熱解反應(yīng)。熱解反應(yīng)析出揮發(fā)份主要包括水蒸氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、焦油及其他碳?xì)浠衔铩? （ 4）還原過程 還原過程沒有氧氣存在，氧化層中的燃燒產(chǎn)物及水蒸汽與還原層中木炭發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣和一氧化碳等。 第 節(jié) 氣化過程中的幾個基本參數(shù) （ 1） 當(dāng)量比 當(dāng)量比指自供熱氣化系統(tǒng)中，單位生物質(zhì)在氣化過程所消耗的空氣 (氧氣 )量與完全燃燒所需要的理論空氣 (氧氣 )量之比。當(dāng)量比大，說明氣化過程消耗的氧量多，反應(yīng)溫度升高，有利于氣化反應(yīng)的進行，但燃燒的生物質(zhì)份額增加，產(chǎn)生的 CO2 量增加，使氣體質(zhì)量下降，理論最佳當(dāng)量比為 028，由于原料與氣化方式的不同，實際運行中，控制的最佳當(dāng)量比在 ~ 之間。 （ 3） 氣體熱值 氣體熱值是指單位體積氣體燃料所包含的化學(xué)能。 （ 4） 氣化效率 氣化效率是指生物質(zhì)氣化后生成氣體的總熱量 與氣化原料的總熱量之比。 ）原料熱值（ ）干冷氣體率（）冷氣體熱值（）氣化效率（ kgKJ kgKJ / /mm/%33 ?? （ 22） （ 5） 熱效率 熱效率為生成物的總熱量與總耗熱量之比。它是衡量氣化效果的指標(biāo)之一。 GvHCCHCOCO mc )273/298( %%%12 n42 ? ????? （ 23） 第 節(jié) 氣化技術(shù)的分類 生物質(zhì)氣化有多種形式，如果按氣化介質(zhì)分，可分為使用氣化介質(zhì)和不使用氣化介質(zhì)兩種，不使用氣化介質(zhì)有干餾氣化；使用氣化介質(zhì)則分為空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、水蒸氣 — 氧氣混合氣化和氫氣氣化等，如圖 21 所示 圖 21 生物質(zhì)氣化的形式 （ 1）干餾氣化 干餾氣化其實是熱解氣體的一種特例。它主要是生物質(zhì)的揮發(fā)分在一定溫度作用下進行揮發(fā)，生成四種產(chǎn)物：固體碳、木焦油和木醋液 (可凝揮發(fā)物 )與氣化氣 (不可凝揮發(fā)物 )。 （ 2）空氣氣化 以空氣為氣化介質(zhì)的氣化過程。但由于空氣中含有 79%的氮氣，它不參加氣化反應(yīng)，卻稀釋了燃?xì)庵锌扇冀M分的含量，其氣化氣中氮氣含量高 達(dá) 50%左右，因而降低了燃?xì)獾臒嶂禋怏w，熱值在 5MJ／ m3 左右。 （ 3）氧氣氣化 氧氣氣化是指向生物質(zhì)燃料提供一定氧氣，使之進行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)?，但沒有情性氣體 N2，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，反應(yīng)器容積減小，熱效率提高，氣化氣熱值提高一倍以上。氧氣氣化的氣體產(chǎn)生物熱值與城市煤氣相當(dāng)。氧氣氣化生成的可燃?xì)怏w的主要成分為一氧化 碳、氫氣及甲烷等，其熱值為 15000KJ／ m3 左右，為中熱值氣體。尚有 CO 與水蒸氣的變換反應(yīng)等各種甲烷化學(xué)反應(yīng)以及生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)的熱分解反應(yīng)等，其主要氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)過程，因此，水蒸氣氣化的熱源來自外部熱源及蒸汽本身熱源。 （ 5）水蒸氣 — 氧氣混合氣化 水蒸氣 — 氧氣混合氣化是指空氣 (氧氣 )和水蒸氣同時作為氣化質(zhì)的氣化過程。一方面，它是自供熱系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的外供熱源；另 一方面，氣化所需要的一部分氧氣可由水蒸氣提供，減少了空氣 (或氧氣 )消耗量，并生成更多的 H2 及碳?xì)浠衔?，特別是在有催化劑存在的條件下， CO 變成 CO2 反應(yīng)的進行，降低了氣體中 CO 的含量，使氣體燃料更適合于用作城市燃?xì)狻Ｆ錃饣瘹鉄嶂悼蛇_(dá) 22260— 26040kJ／ m3，屬高熱值氣化氣，此類氣化不常應(yīng)用。氣化爐是生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備，生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)，生成可燃?xì)狻鴥?nèi)目前生物質(zhì)氣化過程所采用的氣化爐主要為固定床氣化爐和流化床氣化爐。 圖 22 生物質(zhì)氣化爐的分類 所謂固定床氣化爐，是指氣流在通過物料層時，物料相對于氣流來說，處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此稱做固定床。 固定床氣化爐具有以下優(yōu)點： ① 制造簡便，有很少的運行部件； ② 較高的熱效率。 根據(jù)氣化爐內(nèi)氣流運動的方向，固定床氣化爐又可分為下吸式氣化爐、上吸式氣化爐、橫吸式氣化爐及開心式氣化爐四種類型，如圖 23 所示 圖 23 固定氣化床分類 在流化床氣化爐中，一般采用砂子作為流化介質(zhì) (也可不用 )，由氣化爐底部吹人的、向上流動的強氣流使砂子和生物質(zhì)物料的運行就像是液體沸騰一樣漂浮起來。流化床氣化爐具有氣、固接觸，混合均勻的優(yōu)點，是惟一在恒溫床上反應(yīng)的氣化爐，反應(yīng)溫度一般為 750~8500C。流化介質(zhì)一般選用情性材料 (如砂子 )或非惰性材料 (石灰或催化劑 )，可增加傳熱效率及促進氣化反應(yīng)。按氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化過程，可將流化床氣化爐分為單床氣化爐、雙床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐及攜帶床氣化爐四種類型；如按氣化壓力，流化床氣化爐可分為常壓流化床和加壓流化床。 （ 1）下吸式固定床氣化爐 下吸式固定床氣化爐主要由內(nèi)膽、外腔及灰室組成。儲料區(qū)即是我們前面所說的物料預(yù)處理區(qū)，而喉管區(qū)則是氣化反應(yīng)區(qū)，儲料區(qū)的容積及喉管區(qū)直徑及高度是氣 化爐設(shè)計的重要參數(shù)，直接影響氣化效果。在內(nèi)膽和外壁之間形成的外腔實際上是產(chǎn)出氣體的流動通道，在熱的可燃?xì)馀懦鰰r，與進入風(fēng)室的氣化劑和氣化爐儲料區(qū)內(nèi)的物料進行熱交換。氣化過程中氣化劑的供給是靠系統(tǒng)后端的容積式風(fēng)機或發(fā)電機的抽力實現(xiàn)的，大多數(shù)下吸式氣化爐都是在微負(fù)壓的條件下運行，進風(fēng)量可以調(diào)解。進入到氣化爐內(nèi)的生物質(zhì)最初在物料的最上層，即處在干燥區(qū)內(nèi)，在這里由于受外腔里的熱氣體及內(nèi)膽里熱氣體的熱輻射，吸收熱量，蒸發(fā)出生物質(zhì)內(nèi)的水分，變成干物