生物質能工程（簡體書）

本教材根據編者長期的教學經驗和研究成果，結合世界上生物質能的研究發展前沿，系統地闡述了生物質能轉換技術的原理、工藝、設備及其應用。本教材注重理論與實踐相結合，主要包括生物質能轉換技術定義及類型、生物質的直接燃燒技術、沼氣發酵工藝及戶用沼氣技術、大中型沼氣工程、燃料乙醇技術、生物質熱裂解機理及工藝、生物質快速熱裂解液化技術、生物質氣化技術、生物質壓縮成型技術、生物質制氫技術、生物柴油技術、生物質超臨界水處理制氫技術、能源生態模式與生物質能項目技術經濟評價等內容，以期能對我國生物質能源的教學、科研與開發產生有益的影響。 本教材可作為新能源和可再生能源領域相關專業本科生和研究生的教材，并可供從事相關專業的高等院校師生、科研和工程技術人員參考。

隨著世界人口增長及生產的發展，人類對能源的需求越來越大，而常規能源資源儲量有限且不可再生，因此，如何合理開發可再生能源已經成為人類進入21世紀以後面臨的新課題。在眾多的可再生能源中，具有廣泛使用價值的是生物質能。綠色植物利用葉綠素通過光合作用把空氣中的CO2和H2O轉化為葡萄糖並將太陽光的光能儲存在其中，然後葡萄糖再進一步聚合成澱粉、纖維素、半纖維素和木質素等多醣並構成生物體。而生物質能則是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉化為化學能後固定和儲藏在生物體內的能量。作為研究對象的生物質，通常是指農業和林業廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸屑、甘蔗渣、花生殼、動物糞便及城市垃圾等。生物質由C、H、O、N、S、P等元素組成，被譽為即時利用的綠色煤炭。生物質能是唯一既具有礦物燃料屬性，又具有可儲存、運輸、再生、轉換的特點，並較少受自然條件限制的能源。因此生物質能轉換技術和產品具有極大的潛在市場，成為世界，特別是我國發展多元化的清潔能源戰略的重要組成部分。
本教材根據編者長期的教學經驗和研究成果，結合世界上生物質能的研究發展前沿，系統地闡述了生物質能轉換技術的原理、工藝、設備及其應用。本教材注重理論與實踐相結合，主要包括生物質能轉換技術定義及類型、生物質的直接燃燒技術、沼氣發酵工藝及戶用沼氣技術、大中型沼氣工程、燃料乙醇技術、生物質熱裂解機理及工藝、生物質快速熱裂解液化技術、生物質氣化技術、生物質壓縮成型技術、生物質制氫技術、生物柴油技術、生物質超臨界水處理制氫技術、能源生態模式與生物質能項目技術經濟評價等內容，以期能對我國生物質能源的教學、科研與開發產生有益的影響。本教材可作為新能源和可再生能源領域相關專業本科生和研究生的教材，並可供從事以上相關專業的高等院校師生、科研和工程技術人員參考。
本教材由劉榮厚主編，王效華、朱錫峰、李文哲、張全國、陳冠益、林聰、鄭文君、易維明、盛奎川、梅曉岩、董良傑參與編寫。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；梅曉岩編寫第五章；董良傑編寫第二章；最後由劉榮厚教授統稿。很多研究生對本教材的編寫給予了熱情幫助，在此表示誠摯的謝意。化學工業出版社對本書的編寫給予了熱情指導，在此表示感謝。

第一章　緒論
　第一節　生物質能的概念與資源
一、生物質能的概念
二、光合作用與生物質能
三、生物質的種類和資源
　第二節　生物質能轉換技術定義及類型
一、生物質能轉換技術定義
二、生物質能轉換技術類型
第二章　生物質的直接燃燒技術
　第一節　生物質的特性
一、生物質的成分與化學特性
二、生物質的物理特性
　第二節　秸稈與薪柴
一、秸稈與薪柴的性質
二、秸稈與薪柴的資源量計算
　第三節　生物質的燃燒機理與方式
一、燃燒的基本類型
二、生物質的燃燒過程
三、燃燒要素
四、影響燃燒速度的因素
第三章　沼氣發酵工藝及戶用沼氣技術
　第一節　沼氣技術發展現狀
　第二節　沼氣發酵的原理
一、甲烷的性質
二、沼氣發酵原理
三、沼氣發酵原料
　第三節　沼氣發酵的工藝條件
一、嚴格的厭氧環境
二、溫度
三、pH值
四、接種物
五、發酵原料
六、攪拌
七、沼氣池的有機負荷
八、壓力
九、添加劑和抑制劑
　第四節　沼氣發酵的工藝類型
一、以發酵溫度劃分
二、以進料方式劃分
三、按發酵階段劃分
四、按發酵級差劃分
五、按發酵含量劃分
六、以料液流動方式劃分
　第五節　水壓式沼氣池的構造及工作原理
一、水壓式沼氣池的構造
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　大中型沼氣工程的定義及發展現狀
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展現狀
　第二節　大中型沼氣工程厭氧消化器
一、分類依據
二、厭氧消化器類別
　第三節　厭氧消化工藝參數
　第四節　沼氣工程的設計
一、大中型沼氣工程設計內容與要求
二、沼氣發酵消化器設計
　第五節　沼氣工程的施工
一、施工準備
二、施工質量控制與安全要求
三、施工驗收
　第六節　沼氣的凈化和儲存
一、沼氣脫水
二、沼氣脫硫
三、沼氣儲存
四、輸氣系統的設計
　第七節　沼氣的輸配
一、輸氣管道的設計
二、室內管道的安裝
三、室外沼氣管道的布置
　第八節　大中型沼氣工程實例
第五章　燃料乙醇技術
第六章　生物質熱裂解機理及工藝
第七章　生物質快速熱裂解液化技術
第八章　生物質氣化技術
第九章　生物質壓縮成型技術
第十章　生物質制氫技術
第十一章　生物柴油技術
第十二章　生物質超臨界水處理制氫技術
第十三章　能源生態模式與生物質能項目技術經濟評價
參考文獻

第二章生物質的直接燃燒技術
第一節生物質的特性
生物質燃料的品位是由生物質的物理性質和熱化學性質決定的。這些性質對生物質燃料加工轉換技術和產品性能影響極大。無論是直接燃燒或是加工轉換為固體、氣體或液體燃料，都必須了解生物質燃料的基本性質。
一、生物質的成分與化學特性
生物質是多種複雜的高分子有機化合物組成的複合體，其化學組成主要有纖維素（ce
lulose）、半纖維素（hemi-cellulose）、木質素（lignin ）和提取物（extrac-tives）等，這些高分子物質在不同的生物質、同一生物質的不同部位分佈也不同，甚至有很大差異。生物質的化學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、半纖維素和木質素構成，存在於細胞壁中。少量成分則是指可以用水、水蒸氣或有機溶劑提取出來的物質，也稱“提取物”。這類物質在生物質中的含量較少，大部分存在於細胞腔和胞間層中，所以也稱非細胞壁提取物。提取物的組分和含量隨生物質的種類和提取條件而改變。屬於提取物的物質很多，其中重要的有天然樹脂、單寧、香精油、色素、木脂素及少量生物鹼、果膠、澱粉、蛋白質等。生物質中除了絕大多數為有機物質外，尚有極少量無機的礦物元素成分，如鈣（Ca）、鉀（K）、鎂（Mg）、鐵（Fe）等，它們經生物質熱化學轉換後，通常以氧化物的形態存在於灰分中。生物質的主要成分，即細胞壁物質，屬於高分子化合物，這些高分子化合物相互穿插交織構成複雜的高聚合物體系。要把這些物質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的各種組分，實際上只能代表某一組分的主要部分。