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朱锡锋，陆强 著

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• 生物质热解
• 热化学转化
• 生物质能源
• 可再生能源
• 环境工程
• 化学工程
• 能源技术
• 生物质利用
• 热解机理
• 工业催化

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030407610

版次：1

商品编码：11493904

包装：精装

丛书名： 21世纪新能源丛书

开本：16开

出版时间：2014-06-01

用纸：胶版纸

页数：315

字数：398000

正文语种：中文

内容简介

　　生物质能本质上是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，也是一种具有碳源的可再生能源。生物质热解技术由于具有工艺过程短、原料适应性强、反应迅速、转化率高、易于工业化等诸多优点而备受人们的广泛关注。为进一步推动该项技术的研究与应用，编者基于多年的研究积累撰写成《生物质热解原理与技术》。《生物质热解原理与技术》内容共分7章，分别讲述了我国的能源形势和生物质能特点，生物质的组成、结构和性质，生物质的热解原理，生物质的热解炭化、热解气化和热解液化，以及生物油的性质与应用等，《生物质热解原理与技术》较好地构成了一套完整的生物质热解技术体系。

内页插图

目录

目录
《21世纪新能源丛书》序
前言
第1章 概述 1
1.1 能源的基本概念 1
1.2 绿色植物光合作用 3
1.3 生物质资源与分类 6
1.4 生物质的物理性质 10
1.4.1 生物质的含水率 10
1.4.2 生物质的密度 10
1.4.3 堆积角、内摩擦角和滑落角 11
1.4.4 生物质炭的机械强度 12
1.4.5 生物质的比表面积 13
1.4.6 生物质的孔隙率 13
1.4.7 生物质的比热容 13
1.4.8 生物质的导热系数 13
1.5 生物质的燃料特性 14
1.5.1 生物质的燃烧 14
1.5.2 生物质的发热量 15
1.5.3 生物质燃料的化学当量比 17
1.6 生物质能源转换技术 18
参考文献 22
附录1-1 我国农作物秸秆资源及其分布 22
附录1-2 固体生物质燃料全水分测定方法 27
第2章 生物质的组成与结构 30
2.1 生物质的组成和结构 30
2.2 生物质的元素分析 36
2.3 生物质的工业分析 41
参考文献 47
附录2-1 纤维素聚合度的测定方法及常见生物质原料的组成成分 48
附录2-2 常见生物质原料的分析结果 56
第3章 生物质的热解原理 80
3.1 纤维素热解机理 80
3.1.1 纤维素热解机理概述 80
3.1.2 纤维素热解液体产物组成 81
3.1.3 LG的形成 81
3.1.4 其他脱水糖衍生物的形成 90
3.1.5 呋喃类产物的形成 93
3.1.6 小分子醛酮类产物的形成 94
3.1.7 纤维素快速热解的整体反应途径 97
3.2 半纤维素热解机理 100
3.2.1 半纤维素热解机理概述 100
3.2.2 半纤维素热解液体产物组成 100
3.2.3 脱水糖衍生物以及呋喃类产物的形成 100
3.2.4 小分子物质的形成 104
3.2.5 木聚糖快速热解的整体反应途径 104
3.3 木质素热解机理 107
3.3.1 木质素热解机理概述 107
3.3.2 木质素模型化合物及其热解机理 107
3.4 生物质热解的主要影响因素 118
3.4.1 加热速率的影响 118
3.4.2 热解温度的影响 118
3.4.3 热解时间的影响 122
3.4.4 原料种类的影响 122
3.4.5 原料性质的影响 123
3.4.6 其他因素的影响 124
参考文献 125
第4章 生物质的热解炭化 130
4.1 概述 130
4.2 生物质热解炭化原理 130
4.3 生物质热解炭化装置 132
4.3.1 传统生物质热解炭化装置 133
4.3.2 新型生物质热解炭化装置 140
4.4 生物质炭的性质与应用 146
4.4.1 生物质炭的组成 146
4.4.2 生物质炭的性质 147
4.4.3 生物质炭的应用 149
4.5 醋液与焦油的性质与应用 152
4.5.1 醋液的组成与性质 152
4.5.2 醋液的应用 156
4.5.3 焦油的组成与性质 157
4.5.4 焦油的应用 159
参考文献 160
第5章 生物质的热解气化 165
5.1 概述 165
5.2 生物质气化技术分类 167
5.2.1 按气化压力进行分类 167
5.2.2 按气化温度进行分类 168
5.2.3 按气化剂进行分类 168
5.2.4 按加热方式进行分类 169
5.2.5 按气化炉结构进行分类 170
5.3 生物质热解气化原理 174
5.3.1 气化基本原理 174
5.3.2 气化反应动力学 176
5.3.3 气化反应平衡分析 179
5.3.4 气化主要影响因素 181
5.3.5 气化主要评价参数 184
5.4 典型气化炉及其设计举例 186
5.4.1 生物质气化装置的构成 186
5.4.2 下吸式固定床气化炉 187
5.4.3 上吸式固定床气化炉 188
5.4.4 气化炉设计计算举例 189
5.5 生物质气化气体的净化 191
5.5.1 燃气中焦油的特点及其危害 191
5.5.2 传统的焦油去除方法 192
5.5.3 催化裂解去除焦油方法 193
5.6 生物质气化技术的应用 196
5.6.1 生物质气化供热 196
5.6.2 生物质气化集中供气 197
5.6.3 生物质气化发电 198
5.6.4 生物质气化制氢 199
5.6.5 生物质气化合成液体燃料 200
参考文献 207
附录5-1 生物质气化集中供气站建设标准 207
第6章 生物质的热解液化 215
6.1 概述 215
6.2 生物质原料预处理 216
6.2.1 破碎预处理 216
6.2.2 干燥预处理 219
6.3 生物质进料系统 225
6.3.1 螺旋进料系统概述 225
6.3.2 螺旋进料系统的动力学分析 227
6.3.3 螺旋进料器的设计 229
6.4 热解液化反应器 231
6.4.1 流化床式热解反应器 231
6.4.2 非流化床式热解反应器 235
6.4.3 典型热解反应器的设计计算 237
6.5 热解产物气固分离 242
6.5.1 概述 242
6.5.2 旋风分离器 243
6.5.3 过滤式除尘器 246
6.5.4 气固分离装置的发展趋势 248
6.6 热解气冷凝与生物油收集 249
6.6.1 热解气的组成 249
6.6.2 热解气的冷却与冷凝 249
6.6.3 喷雾降膜冷凝的机理 251
参考文献 257
第7章 生物油的性质与应用 259
7.1 概述 259
7.2 生物油的化学组成及其分离与分析 259
7.2.1 生物油的化学组成 259
7.2.2 生物油的分离与分析 266
7.3 生物油的理化性质 272
7.3.1 生物油的微观多相性 272
7.3.2 生物油的水分 274
7.3.3 生物油的相溶性 275
7.3.4 生物油的热值 276
7.3.5 生物油的黏度和流变特性 276
7.3.6 生物油的闪点 277
7.3.7 生物油的倾点和浊点 277
7.3.8 固体颗粒和灰分 278
7.3.9 生物油的挥发降解特性 279
7.3.10 生物油的润滑性 279
7.3.11 生物油的腐蚀性 280
7.3.12 生物油的安定性 280
7.3.13 生物油的毒性 281
7.3.14 生物油的降解性 281
7.3.15 小结 281
7.4 生物油的化工应用 282
7.4.1 分离高附加值化学品 282
7.4.2 制备特定化学品 287
7.4.3 生物油气化制备合成气 288
7.4.4 生物油重整制备氢气 291
7.4.5 生物油化工应用前景 294
7.5 生物油的燃烧应用 294
7.5.1 生物油的基本燃烧特性 294
7.5.2 生物油的雾化燃烧特性 297
7.5.3 生物油的燃烧应用 298
7.5.4 生物油燃烧应用前景 302
参考文献 304
附录7-1 生物油性质的分析方法 308
索引 314

精彩书摘

　　《21世纪新能源丛书》序　　物质、能量和信息是现代社会赖以存在的三大支柱。很难想象没有能源的世界是什么样子。每一次能源领域的重大变革都带来人类生产、生活方式的革命性变化，甚至影响着世界政治和意识形态的格局。当前，我们又处在能源生产和消费方式发生革命的时代。　　从人类利用能源和动力发展的历史看，古代人类几乎完全依靠可再生能源，人工或简单机械已经能够适应农耕社会的需要。近代以来，蒸汽机的发明唤起了第一次工业革命，而能源则是以煤为主的化石能源。这之后，又出现了电和电网，从小规模的发电技术到大规模的电网，支撑了与大工业生产相适应的大规模能源使用。石油、天然气在内燃机、柴油机中的广泛使用，奠定了现代交通基础，也把另一个重要的化石能源引入了人类社会；燃气轮机的技术进步使飞机突破声障，进入了超声速航行的时代，进而开始了航空航天的新纪元。这些能源的利用和能源技术的发展，进一步适应了高度集中生产的需要。　　但是化石能源的过度使用，将造成严重环境污染，而且化石能源资源终将枯竭。这就严重地威胁着人类的生存和发展，人类必然再一次使用以可再生能源为主的新能源。这预示着人类必将再次步入可再生能源时代——一个与过去完全不同的建立在当代高新技术基础上创新发展起来的崭新可再生能源时代。一方面，要满足大规模集中使用的需求；另一方面，由于可再生能源的特点，同时为了提高能源利用率，还必须大力发展分布式能源系统。这种能源系统使用的是多种新能源，采用高效、洁净的动力装置，用微电网和智能电网连接。这个时代，按照里夫金《第三次工业革命》的说法，是分布式利用可再生能源的时代，它把能源技术与信息技术紧密结合，甚至可以通过一条管道来同时输送一次能源、电能和各种信息网络。　　为了反映我国新能源领域的最高科研水平及最新研究成果，为我国能源科学技术的发展和人才培养提供必要的资源支撑，中国工程热物理学会联合科学出版社共同策划出版了这套《 21世纪新能源丛书》。丛书邀请了一批工作在新能源科研一线的专家及学者，为读者展现国内外相关科研方向的最高水平，并力求在太阳能热利用、光伏、风能、氢能、海洋能、地热、生物质能和核能等新能源领域，反映我国当前的科研成果、产业成就及国家相关政策，展望我国新能源领域未来发展的趋势。　　本丛书可以为我国在新能源领域从事科研、教学和学习的学者、教师、研究生提供实用系统的参考资料，也可为从事新能源相关行业的企业管理者和技术人员提供有益的帮助。　　中国科学院院士 2013年 6月　　前言　　能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展历史，从人类学会使用火开始，到工业化的今天，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源技术的改进和提升。　　改革开放以来，随着我国经济和社会的快速发展，我国能源消耗平均以 6%~7%的年增长率快速增长，现已成为世界上第一大能源生产国，并已接近成为世界上第一大能源消费国。另一方面，我国人均能源资源拥有量在世界上却处于较低水平，其中煤炭资源人均拥有量相当于世界平均水平的 50%，石油和天然气的人均资源量仅为世界平均水平的 5%~6%。因此，在我国大力研究和开发应用包括生物质能在内的各种可再生能源，意义十分重大。　　生物质能本质上是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，也是唯一一种具有碳源的可再生能源。我国生物质资源非常丰富，主要有农作物秸秆、薪柴和森林废弃物、能源植物、工业有机废弃物和生活有机垃圾等。采用热解等现代生物炼制技术将这些可再生的生物质资源转化为具有较高品质的能源产品，既可以减少石油等化石资源的消耗，又能够在保护生态环境的同时，开拓新的经济增长点和促进美好乡村的建设。　　本人于 1997年年底开始从事生物质能研究。当时本人即将结束在中国科学技术大学的博士后研究，在聆听了浙江大学岑可法院士来学校所做的关于能源利用技术的学术报告后，更加坚信生物质能是很有应用前景的一种可再生能源，故决定选择生物质热解作为自己留校工作后的研究方向。时光荏苒， 17年悄然已过，本人在生物质热解领域从启蒙到了解，从小试到中试，再从中试到示范，一直没有停止对该项技术的探索和创新。　　本人能够在生物质热解领域追梦至今，当要感谢原中国科学技术大学校长朱清时院士。朱清时先生于 19世纪 20年代初倡导绿色化学研究， 1999年开始关注本人在生物质热解转化方面所做的工作。为支持和加快学校在生物质能领域的研究，朱先生于 2001年发起成立了中国科学技术大学生物质洁净能源实验室，并亲自兼任实验室主任。朱先生除了对我们的研究工作给予学术指导外，更是以坚韧不拔的毅力带领我们申请国家 973计划等重大项目。朱先生对科学与真理的执着追求，一直深深地影响着本人。　　本人能够在生物质热解领域追梦至今，还要感谢导师、原中国科学院院长路甬　　祥院士。先生每当获悉本人在生物质热解研究方面取得的进展时，总是给予勉励。在本人的生物质热解液化技术第一次产业化示范开始不久，先生于 2007年 5月莅临现场指导，并欣然命笔题词：“官产学研结合，发展生物质可再生能源”。　　生物质热解技术因具有工艺过程短、原料适应性强、反应迅速、转化率高和无污染物排放等诸多优点而备受人们的广泛关注。为进一步推动该项技术的研究与应用，本人基于多年的研究积累撰写了本书。全书内容共 7章，分别讲述我国的能源形势和生物质能特点，生物质的组成、结构和性质，生物质的热解原理，生物质的热解炭化、热解气化和热解液化，以及生物油的性质与应用等。全书虽然较好地构成了一套完整的生物质热解技术体系，但在生物质热解机理方面的叙述还不够深入，在生物质热解技术方面的叙述还不够深刻。如果本书能够对读者有所启发，本人将感到莫大的欣慰。　　本书能列入“十二五”国家重点图书出版规划项目《 21世纪新能源丛书》，当要感谢中国科学院工程热物理研究所金红光院士的大力推荐和殷切勉励。金先生在燃料化学能梯级利用技术领域所取得的成就和他那“学而不厌、诲人不倦”的品格一直鼓舞着本人、激励着本人。　　本书能够在不太长的时间内编撰完成，还要感谢编者之一、现为华北电力大学副教授的陆强博士。从本科三年级到博士毕业， 7年间他一直跟随本人从事生物质热解技术的研究，期间共计发表了 27篇学术论文， 2010年毕业时荣获中国科学院院长优秀奖。他承担了本书五分之二的编写工作。　　中国科学技术大学生物质洁净能源实验室的郭庆祥教授、阎立峰教授、傅尧教授、李全新教授等老师和研究生对于本书的编写给予了大力支持和热情帮助。在此谨向他们表示衷心的感谢！　　在本书的编写过程中，作者广泛参考了国内外已出版和发表的相关资料。在此对本书所借鉴的研究成果的完成者表示衷心的感谢！　　本书研究成果是在过去十余年时间内持续攻关取得的，研究工作得到了国家 973计划（2007CB210203和 2013CB228103）、国家 863计划（2012AA051803）、国家科技支撑计划（ 2007BAD34B02）、国家自然科学基金（ 50576091、50876099和 50930006）、中国科学院知识创新工程（ KGCX2-YW-306-4和 KGCX2-YW-330）和重点部署项目（ KGZD-EW-304-3）的宝贵资助。在本书编写和出版过程中获得了同行专家和科学出版社编辑的很多鼓励和帮助，在此一并致以深深的谢意！　　限于编者水平，书中难免存在不足之处，恳请读者不吝赐教。　　朱锡锋　　2014年 4月　　目录　　《21世纪新能源丛书》序前言第 1章概述 1　　1.1 能源的基本概念 1　　1.2 绿色植物光合作用 3　　1.3 生物质资源与分类 6　　1.4 生物质的物理性质 10　　1.4.1 生物质的含水率 10　　1.4.2 生物质的密度 10　　1.4.3 堆积角、内摩擦角和滑落角 11　　1.4.4 生物质炭的机械强度 12　　1.4.5 生物质的比表面积 13　　1.4.6 生物质的孔隙率 13　　1.4.7 生物质的比热容 13　　1.4.8 生物质的导热系数 13　　1.5 生物质的燃料特性 14　　1.5.1 生物质的燃烧 14　　1.5.2 生物质的发热量 15　　1.5.3 生物质燃料的化学当量比 17　　1.6 生物质能源转换技术 18　　参考文献 22　　附录 1-1我国农作物秸秆资源及其分布 22　　附录 1-2固体生物质燃料全水分测定方法 27　　第 2章生物质的组成与结构 30　　2.1 生物质的组成和结构 30　　2.2 生物质的元素分析 36　　2.3 生物质的工业分析 41　　参考文献 47　　附录 2-1纤维素聚合度的测定方法及常见生物质原料的组成成分 48　　附录 2-2常见生物质原料的分析结果 56　　第 3章生物质的热解原理 80　　3.1 纤维素热解机理 80　　3.1.1 纤维素热解机理概述 80　　3.1.2 纤维素热解液体产物组成 81　　3.1.3 LG的形成 81　　3.1.4 其他脱水糖衍生物的形成 90　　3.1.5 呋喃类产物的形成 93　　3.1.6 小分子醛酮类产物的形成 94　　3.1.7 纤维素快速热解的整体反应途径 97　　3.2 半纤维素热解机理 100　　3.2.1 半纤维素热解机理概述 100　　3.2.2 半纤维素热解液体产物组成 100　　3.2.3 脱水糖衍生物以及呋喃类产物的形成 100　　3.2.4 小分子物质的形成 104　　3.2.5 木聚糖快速热解的整体反应途径 104　　3.3 木质素热解机理 107　　3.3.1 木质素热解机理概述 107　　3.3.2 木质素模型化合物及其热解机理 107　　3.4 生物质热解的主要影响因素 118　　3.4.1 加热速率的影响 118　　3.4.2 热解温度的影响 118　　3.4.3 热解时间的影响 122　　3.4.4 原料种类的影响 122　　3.4.5 原料性质的影响 123　　3.4.6 其他因素的影响 124　　参考文献 125　　第 4章生物质的热解炭化 130　　4.1 概述 130　　4.2 生物质热解炭化原理 130　　4.3 生物质热解炭化装置 132　　4.3.1 传统生物质热解炭化装置 133　　4.3.2 新型生物质热解炭化装置 140　　4.4 生物质炭的性质与应用 146　　4.4.1 生物质炭的组成 146　　4.4.2 生物质炭的性质 147　　4.4.3 生物质炭的应用 149　　4.5 醋液与焦油的性质与应用 152　　4.5.1 醋液的组成与性质 152　　4.5.2 醋液的应用 156　　4.5.3 焦油的组成与性质 157　　4.5.4 焦油的应用 159　　参考文献 160　　第 5章生物质的热解气化 165　　5.1 概述 165　　5.2 生物质气化技术分类 167　　5.2.1 按气化压力进行分类 167　　5.2.2 按气化温度进行分类 168　　5.2.3 按气化剂进行分类 168　　5.2.4 按加热方式进行分类 169　　5.2.5 按气化炉结构进行分类 170　　5.3 生物质热解气化原理 174　　5.3.1 气化基本原理 174　　5.3.2 气化反应动力学 176　　5.3.3 气化反应平衡分析 179　　5.3.4 气化主要影响因素 181　　5.3.5 气化主要评价参数 184　　5.4 典型气化炉及其设计举例 186　　5.4.1 生物质气化装置的构成 186　　5.4.2 下吸式固定床气化炉 187　　5.4.3 上吸式固定床气化炉 188　　5.4.4 气化炉设计计算举例 189　　5.5 生物质气化气体的净化 191　　5.5.1 燃气中焦油的特点及其危害 191　　5.5.2 传统的焦油去除方法 192　　5.5.3 催化裂解去除焦油方法 193　　5.6 生物质气化技术的应用 196　　5.6.1 生物质气化供热 196　　5.6.2 生物质气化集中供气 197　　5.6.3 生物质气化发电 198　　5.6.4 生物质气化制氢 199　　5.6.5 生物质气化合成液体燃料 200　　参考文献 207　　附录 5-1生物质气化集中供气站建设标准 207　　第 6章生物质的热解液化 215　　6.1 概述 215　　6.2 生物质原料预处理 216　　6.2.1 破碎预处理 216　　6.2.2 干燥预处理 219　　6.3 生物质进料系统 225　　6.3.1 螺旋进料系统概述 225　　6.3.2 螺旋进料系统的动力学分析 227　　6.3.3 螺旋进料器的设计 229　　6.4 热解液化反应器 231　　6.4.1 流化床式热解反应器 231　　6.4.2 非流化床式热解反应器 235　　6.4.3 典型热解反应器的设计计算 237　　6.5 热解产物气固分离 242　　6.5.1 概述 242　　6.5.2 旋风分离器 243　　6.5.3 过滤式除尘器 246　　6.5.4 气固分离装置的发展趋势 248　　6.6 热解气冷凝与生物油收集 249　　6.6.1 热解气的组成 249　　6.6.2 热解气的冷却与冷凝 249　　6.6.3 喷雾降膜冷凝的机理 251　　参考文献 257　　第 7章生物油的性质与应用 259　　7.1 概述 259　　7.2 生物油的化学组成及其分离与分析 259　　7.2.1 生物油的化学组成 259　　7.2.2 生物油的分离与分析 266　　7.3 生物油的理化性质 272　　7.3.1 生物油的微观多相性 272　　7.3.2 生物油的水分 274　　7.3.3 生物油的相溶性 275　　7.3.4 生物油的热值 276　　7.3.5 生物油的黏度和流变特性 276　　7.3.6 生物油的闪点 277　　7.3.7 生物油的倾点和浊点 277　　7.3.8 固体颗粒和灰分 278　　7.3.9 生物油的挥发降解特性 279　　7.3.10 生物油的润滑性 279　　7.3.11生物油的腐蚀性 280　　7.3.12 生物油的安定性 280　　7.3.13 生物油的毒性 281　　7.3.14 生物油的降解性 281　　7.3.15 小结281　　7.4 生物油的化工应用 282　　7.4.1 分离高附加值化学品 282　　7.4.2 制备特定化学品 287　　7.4.3 生物油气化制备合成气 288　　7.4.4 生物油重整制备氢气 291　　7.4.5 生物油化工应用前景 294　　7.5 生物油的燃烧应用 294　　7.5.1 生物油的基本燃烧特性 294　　7.5.2 生物油的雾化燃烧特性 297　　7.5.3 生物油的燃烧应用 298　　7.5.4 生物油燃烧应用前景 302　　参考文献 304　　附录 7-1生物油性质的分析方法 308　　索引 314　　第 1章概述　　1.1 能源的基本概念　　能源(energy source)亦称能量资源或能源资源，是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发和有效利用程度以及人均能源消费量，是生产技术、生活水平和社会发展的重要标志之一。　　凡是自然界存在的、通过科学技术手段能够转换成各种形式能量 (热能、电能、光能、化学能和机械能等 )或可做功的资源都被统称为能源。其中凡自然界原来就存在、没有经过加工或转换的能源称为一次能源，如煤、石油、天然气、煤层气、水能、太阳能、风能、生物质能、核能、地热能等；由一次能源经过加工或转换而得到的能源称为二次能源，如电力、焦炭、煤气、汽油、柴油、热力等。　　地球上的一次能源主要来源于三个方面[1]。　　一是来自地球以外天体中的太阳辐射能。这方面的能量 30%以短波辐射的形式直接反射和散射到宇宙空间，其余 70%被大气、海洋、陆地、生物等接受。这 70%中有 47%左右直接转变成热能，再以长波辐射的形式离开地球；其余约 23%成为一次能源的来源。作为一次能源的太阳辐射能，绝大部分使地表的水蒸发成为蒸汽上升至高空，在随大气环流过程中遇到冷空气凝结成雨雪又降落到地面而形成河流，河流水落差而生成的势能就是水能；另一部分照射大气层导致各处由于气温不同而产生气压差别并形成风能，或照射海洋使海水产生温差而引起密度不同并形成海流；还有一部分通过光合作用被植物吸收而生成生物质能，这些植物若被长久沉积在地下，就形成矿物燃料，如煤、石油和天然气等。人类和动物由食物中取得的能量都是直接或间接来自于太阳的辐射能。　　二是来自地球本身的能量，如地热能、火山能、地震能以及核燃料 (铀、钍、钚)等。这方面的能源目前可以利用的主要是地下热水、地下蒸汽、热岩等地热能，以及地壳和海洋中蕴藏的各种核燃料。这类能源目前多数尚未得到大量应用，但其前景非常可观，据估计能源总量约为全部煤炭能量的一亿多倍，如海水中每克重氢 (氘)在聚变反应中可释放出 1015kW·h的能量。　　三是地球和其他天体相互作用而产生的能量。例如，在天体运动中，太阳和月　　亮对地球表面的水有着吸引力作用而产生的潮汐能就属于这一类能源。　　能源可以根据它们是否能够再生而分为可再生能源和不可再生能源两类。可再生能源是指能够重复产生的自然能源，它可供人类长期使用而不会枯竭，如太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热能和生物质能等。不可再生能源是指那些不能重复产生的自然能源，这些能源用一点就少一点，在短期内不会重复产生并昀终会枯竭，如煤炭、石油、天然气、核燃料等。　　能源根据其是否具有物质形态可以分为燃料能源和非燃料能源两类。燃料能源有矿物燃料 (煤、石油、天然气等 )、生物燃料 (柴草、木材、沼气、有机废弃物等 )、化工燃料 (丙烷、甲醇、酒精、废旧塑料制品等 )和核燃料 (铀、钍、钚、氘等 )四种。非燃料能源多数具有机械能，如风能、水能、潮汐能、波浪能等，有的含有热能，如地热能和太阳能等。　　能源根据其使用的普及情况分为常规能源和新能源两类。常规能源是指在现有科学技术的水平下已被广泛使用的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。那些虽然早已被利用或已引起人们重视，但尚未广泛被利用或在利用技术方面尚待完善或正在研究中的能源，都称为新能源。随着科学技术的发展，新能源的技术日益完善而被逐渐广泛采用，新能源也就成为常规能源。在我国现阶段，核能、太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能等都被列为新能源。　　能源根据其与环境友好的情况又分为清洁能源和非清洁能源两类。清洁能源是指在能源生产和使用过程中对环境不造成或基本不造成危害，而非清洁能源是指在能源生产和使用过程中会对环境造成危害。一般而言，可再生能源 (如太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热能和生物质能等 )都属于清洁能源，而不可再生能源(如煤炭、石油、天然气、核燃料等)都属于非清洁能源。　　表示能源的量主要有焦耳 (J)、千焦 (kJ)、兆焦 (MJ)、吉焦 (GJ)、太焦 (TJ)、拍焦 (PJ)、艾焦 (EJ)等，以及国家标准已废除但工程上还常使用的卡 (cAl)和大卡 (kcAl)等。它们的换算关系是：1 cAl=4.18 J，1 kcAl=1000 cAl。　　能源的种类不同，计量单位也不同，如煤炭、石油等按吨计算，天然气、煤气等按立方米计算，电力按千瓦小时计算。因此，为了求出不同品种和不同含热量的能源的总量，需要将它们按各自不同的含热量折合成标准含量的统一计算单位的能源——煤当量或油当量。　　煤当量和油当量分别是按标准煤和标准油的发热量计算各种能源量的换算指标，国际能源机构 (IEA)规定： 1kg煤当量 =7000kcAl/kg=29 307kJ/kg或 29.3GJ/t，以及 1kg油当量=10 000kcAl/kg=41 868kJ/kg或 41.9GJ/t。　　目前，我国已经成为世界上第一大能源生产国和能源消费国 [2]。2011年我国一次能源生产总量为 31.8亿吨标准煤，其中煤炭占 77.5%，石油占 9.4%，天然气占　　3.8%，其他(水电、核电、风电等 )占 9.3%；同年，我国一次能源消费总量为 34.78亿吨标准煤，其中煤炭占 69.6%，石油占 18.7%，天然气占 3.9%，其他(水电、核电、风电等 )占 7.8%。今后一段时期，我国仍将处于工业化、城镇化加快发展阶段，能源需求会继续增长，能源供应保障任务更加艰巨。我国能源形势严峻，主要表现在以下几个方面。　　一是能源资源结构不理想。我国已探明的煤炭资源可采储量占化石资源总的可采储量的 93.7%，而石油和天然气分别只占 2.9%和 3.4%，煤炭资源比重偏大，石油、天然气资源相对较少。　　二是人均能源资源拥有量较低。我国人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。煤炭资源人均拥有量相当于世界平均水平的 50%，石油和天然气的人均资源量仅为世界平均水平的 5%~6%。　　三是资源储存与能源消费地域存在明显差别。我国能源资源分布广泛但不均衡，煤炭资源主要储存在华北、西北地区，石油和天然气资源主要储存在东、中、西部地区和海域，而我国主要能源消费地区集中在东南沿海经济发达地区，大规模、长距离的北煤南运、北油南运、西气东输、西电东送是我国能源流向的显著特征和能源运输的基本格局。　　四是能源资源开发难度较大。与世界相比，我国煤炭资源地质开采条件较差，大部分储量需要井下开采，极少量可供露天开采；石油天然气资源地质条件复杂，埋藏深，勘探开发技术要求较高。　　1.2 绿色植物光合作用　　光合作用(photosynthesis)，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素将二氧化碳和水 (细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程[3]。　　植物的光合作用实际上只在植物的叶和茎中进行，因为在植物的这些部位存有许多叶绿体，叶绿体上分布着许多叶绿素分子，它吸收光能后就互相传递并引发一系列的化学反应，如发生光化反应生成氧气、发生二氧化碳同化反应生成碳水化合物等。植物光合作用过程的总反应式为　　光　　CO + HO → CH O +O (1-1)　　22 22　　光合作用是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。全球的绿色植物通过光合作用每年约吸收 7×1011吨二氧化碳和合成 4.7×1011吨有机物。正是因为有了光合作用，地球上 60多亿人类和近 200万种生物 (其中动物 150多万种、　　植物 30多万种)的生命活动所需的食物才能不断地得到供应。　　从能量利用角度来看，光合作用又是一个巨型的能量转换过程，它是地球上唯一能够大规模地将太阳能转变成可以储存的化学能的生物学过程。虽然通过光合作用固定的太阳能大约只占到达地球表面太阳能的千分之一，但其每年合成的有机物所蕴含的能量非常巨大，约为世界每年所耗能量的 10倍，而目前的利用率不到 3%。　　为什么光合作用能把太阳能转变为化学能储存起来呢？这是因为化合物的能量实际上可以看成是形成化合物的原子之间的化学键所储藏的。从上述光合作用总反应式可以看出，反应前和反应后的碳原子、氢原子和氧原子的数目都没有变化，只是这三种元素作了重新排列，即原子的结合不同了。不同结合的原子之间的化学键所储藏的能量是不同的，氢氧原子之间的键能 (H—O)每摩尔为 460kJ，氧氧原子之间的键能 (O—O)每摩尔为 485kJ，氧碳原子之间的键能 (O—C)每摩尔为 795kJ，碳氢原子之间的键能 (C—H)每摩尔为 385kJ，这样就可算出光合反应前二氧化碳和水的总键能是 2510kJ，而光合反应后氧气和碳水化合物的总键能是 2050 kJ，如式 (1-2)所示。　　(1-2)　　因此，反应后氧气和碳水化合物里的键能比反应前二氧化碳和水里的键能小。键能小，就是所处的化学势位高，容易向键能大、化学势位低的方向转化，这种转化趋势就是化学能。光合作用在这里所得到的化学能是每摩尔 460 kJ。我们利用有机物时，如将有机物燃烧，只要把 1mol碳水化合物和 1mol氧气结合起来，变成更稳定的 1mol二氧化碳和 1mol水，就可以同时获得 460 kJ的能量。　　表 1-1列出了世界上一些植物的干物质生产与光能利用率 [4]。从表中可见，不同植物的光合作用效率存在明显差异。植物按其光合作用中碳的同化过程来区分，可以分为三碳(C3)植物和四碳(C4)植物两种。　　大多数植物同化二氧化碳的途径都一样，即二氧化碳进入叶子后，先与腺三磷生成一种叫做磷酸甘油酸的中间化合物，然后再经若干次反应生成碳水化合物。由于磷酸甘油酸是一种具有三个碳原子的化合物，故这一类型的植物都叫做三碳 (C3)植物。另有一些起源于热带地区的植物，它们的碳同化过程在开头还要先生成一种比较稳定的叫做草酰乙酸的中间化合物，这个中间化合物经过一些变化后放出二氧化碳，然后再如三碳植物一样，通过磷酸甘油酸而发生一系列同化反应，昀后生成　　碳水化合物。由于先生成的中间化合物草酰乙酸有四个碳原子，故这一类型的植物就叫四碳(C4)植物。高粱、玉米和甘蔗等都是四碳植物。因四碳植物比三碳植物多一个二氧化碳吸收和放出的过程，故其光合作用效果比三碳植物好，产量也比三碳植物高。　　表 1-1世界上一些植物的干物质生产与光能利用率　　植物 国家和地区 干物质生产 /(g/(m2·d)) 光能利用率/%　　高平茅 英国 43 3.5　　黑麦 英国 28 2.5　　羽衣甘蓝 英国 21 2.2　　大麦 英国 23 1.8　　温带　　玉米 英国 24 3.4　　小麦 荷兰 18 1.7　　豌豆 荷兰 20 1.9　　玉米 美国肯塔基 40 3.4　　马铃薯美国加利福尼亚 37 2.3 松树澳大利亚 41 2.7 棉花美国佐治亚 27 2.1　　亚热带　　水稻澳大利亚 23 1.4 甘蔗美国得克萨斯 31 2.8　　玉米 美国加利福尼亚 52 2.9　　木薯 马来西亚 18 2　　水稻 菲律宾 27 2.9　　热带 紫狼尾草 萨尔瓦多 39 4.2　　甘蔗 美国夏威夷 37 3.8　　玉米 泰国 31 2.7　　注：这里的光能利用率是指作物光合产物中储藏的能量占照射到地面能量的百分率　　除植物种类之外，影响光合作用效率的主要因素还有光照强度、 CO2浓度、水分和温度等。增加光照强度能够提升光合作用的效率，但超过一定范围之后，光合作用效率的提升变慢，直到不再提升； CO2是绿色植物光合作用的原料，在一定范围内提高它的浓度能够提升光合作用的效率，但达到一定值之后，光合作用的效率将不再提升；水分既是光合作用的原料，又可影响叶片气孔的开闭，从而间接影响 CO2的吸收；温度对光合作用的影响较为复杂，光合作用包括光反应和暗反应两个部分，其中光反应部分受温度影响小，而暗反应部分则明显受温度变化的影响和制约。　　1.3 生物质资源与分类　　“生物质 ”目前还没有严格的定义，不同的专业对其定义也有所不同。根据能量资源的观点，采用 “一定累积量的动植物资源和来源于动植物的废弃物的总称 (但不包括化石资源 )”作为生物质定义的较多 [5]。因此，生物质不仅包括农作物、木材、海藻等本原型农林水产资源，还包括纸浆废物、造纸黑液、酒精发酵残渣等工业有机废弃物、厨房垃圾、污水处理厂剩余污泥和人畜粪便等。　　生物质不仅种类很多，而且存在量巨大。从能源角度评价生物质资源时，可以把生物质大致分为两类(图 1-1)：一类是生产资源型；另一类是残余废弃型。　　图 1-1 生物质资源的分类[5]　　我国目前可供能源开发利用的生物质资源主要有各类农作物秸秆、薪柴和森林废弃物、能源植物、工业有机废弃物、生活有机垃圾、畜禽粪便等。　　1. 农作物秸秆　　农作物秸秆是指在农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等农作物以后，残留的不能食用的茎、叶等副产品，以及一些农产品加工后剩余的皮壳 (如稻壳和花生壳等 )。我国农作物秸秆数量大、种类多、分布广。但近年来，随着秸秆产量增加、农村能源结构改善和各类替代原料应用，加上秸秆资源分布不集中、体积能量密度低、收集运输成本高，以及综合利用经济性差、产业化程度低等原因，秸秆出现了地区性、季节性和结构性的过剩，大量秸秆资源未被有效利用。　　秸秆的资源量可分理论资源量和可收集资源量两种。　　秸秆理论资源量是指某一区域秸秆的年总产量，表明理论上该地区每年可能生产的秸秆资源量。因为农作物分布的比较分散，并与当地的自然条件、生产情况有关，统计起来比较困难。一般是根据农作物产量和各种农作物的草谷比，大致估算出各种秸秆的产量，即秸秆理论资源量=农作物产量×草谷比。　　据调查， 2009年全国农作物秸秆理论资源量为 8.20亿吨(含水量为 15%)。从品种上看，稻草约为 2.05亿吨，占理论资源量的 25%；麦秸为 1.50亿吨，占 18.3%；玉米秸为 2.65亿吨，占 32.3%；棉秆为 2584万吨，占 3.2%；油料作物秸秆为 3737万吨，占 4.6%；豆类秸秆为 2726万吨，占 3.3%；薯类秸秆为 2243万吨，占 2.7%。详见图 1-2。　　图 1-2 各种农作物秸秆占总资源量比例[6]　　从区域分布上看，华北区和长江中下游区的秸秆资源昀为丰富，理论资源量分别约为 2.33亿吨和 1.93亿吨，占总量的 28.45%和 23.58%；其次为东北区、西南区和蒙新区 (注：内蒙古和新疆 )，分别约为 1.41亿吨、 8994万吨和 5873万吨，占总量的 17.2%、10.97%和 7.16%；华南区和黄土高原区的秸秆理论资源量较低，分别约为 5490万吨和 4404万吨，占总量的 6.7%和 5.37%；青藏区昀低，仅为 468万吨，占总量的 0.57%。　　秸秆的可收集资源量是在其理论资源量的基础上，考虑到许多农作物在收获过程中需要留茬收割，在秸秆收集和运输过程中会造成损失而估计得到的。据估算， 2009年全国农作物秸秆可收集资源量约为 6.87亿吨，占理论资源量的 83.8%。　　自古以来，秸秆一直是农民的基本生产生活资料，是保证农民生活和农业发展的宝贵资源，可用作肥料、饲料、生活燃料、食用菌基料以及造纸等工业原料等，用途十分广泛。但是，随着农村社会发展和农民收入的提高，秸秆的传统利用方式正在发生转变。调查结果表明，秸秆作为肥料使用量约为 1.02亿吨(不含根茬还田 )，占可收集资源量的 14.78%；作为饲料使用量约为 2.11亿吨，占 30.69%；作为燃料使用量 (含秸秆新型能源化利用 )约为 1.29亿吨，占 18.72%；作为种植食用菌基料使用量约为 0.15亿吨，占 2.14%；作为造纸等工业原料使用量约为 0.16亿吨，占 2.37%；废弃及焚烧约为 2.15亿吨，占 31.31%。详见图 1-3。　　图 1-3 秸秆各种用途占可收集资源量的比例[6]　　较为详细的我国农作物秸秆资源及其分布参见本章附录 1-1。　　2. 薪材及森林废弃物　　占据我国生物质资源第二位的是各种薪材和森林废弃物等。根据 2008年结束的第七次全国森林资源调查，除香港、澳门、台湾地区外，我国现有林地面积 30378.19万 hm2，森林面积 19333.00万 hm2，活立木(注：林地中生长着的林木)总蓄积 145.54亿 m3，森林蓄积 133.63亿 m3；天然林面积 11969.25万 hm2，天然林蓄积 114.02亿 m3；人工林保存面积 6168.84万 hm2，人工林蓄积 19.61亿 m3。　　大体而言，我国森林资源的消耗可以分为三个主要部分：制造木制品、用于工业原料和用于生活燃料。据专家测算，近年我国可用作林业生物质能的各种薪材和森林废弃物的年产量达 1亿吨，约合 6000万吨标准煤。　　3. 能源植物　　能源植物是指以直接用于提供能源为目的的植物。按其所含主要物质进行分类，能源植物主要包括：1糖类能源植物，如甘蔗、甜高粱、甜菜等，主要用于生产糖类原料，经过发酵可以生产燃料乙醇；2淀粉类能源植物，如木薯、玉米、甘薯等，主要用于生产淀粉类原料，经过水解和发酵也可以生产燃料乙醇；3纤维素类能源植物，如速生林和芒草等，经过水解和发酵可以生产燃料乙醇，也可以利用其他技术获得气体、液体或固体燃料；4油料能源植物，如油菜、向日葵、棕榈、花生等，提取的油脂可用来生产生物柴油；5烃类能源植物，如续随子、绿玉树、古巴香胶树、银胶菊、西谷椰子和西蒙得木等，提取含烃汁液可以生产接近石油成分的燃料。　　4. 工业有机废弃物　　工业有机废弃物分为工业固体有机废弃物和工业有机废液两类。其中，工业固体有机废弃物主要来自木材加工厂、造纸厂、糖厂和粮食加工厂等，包括木屑、树皮、蔗渣、谷壳等；工业有机废液主要来自酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的有机废液等。　　我国的纸及纸板年产量约为 8000万吨，由此而产生的有机废弃物总量为 1000万吨(相当于 500万吨标准煤 )；我国酿酒厂、糖厂和食品加工厂每年产生的有机废液大约为 100亿吨，这些有机废液中含有高浓度的 COD，总量约为 350万吨标准煤。　　5. 生活有机垃圾　　生活有机垃圾主要来自城镇居民的日常生活，还有一些来自于如学校、医院、公园等公共场所。据专家估算，昀近若干年来，随着我国城镇化进程的加快，城镇生活有机垃圾的产生量和堆积量逐年增加，年均增长率达到 10%以上。目前，我国城镇生活有机垃圾的总量达 1.5亿吨标准煤 /年，平均热值在 4.18MJ/kg(1000kcAl/kg)左右。　　6. 畜禽粪便　　畜禽粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外，畜禽粪便主要是作为沼气的发酵原料。据估算，中国主要畜禽鸡、猪、牛等的粪便资源总量约 8.5亿吨，约合 8000万吨标准煤，其中大中型养殖场的畜禽粪便是昀易集中开发利用的。我国目前大中型牛、猪、鸡场近万家，每年粪便资源量约 3亿吨，约合 2000万吨标准煤。　　1.4 生物质的物理性质　　1.4.1生物质的含水率　　生物质来自于生物，含水率较高，从干秸秆、干木屑的含水率 20%以下，到微藻类、发酵残渣、生物污泥的含水率 95%以上，差别较大。在生物质利用，尤其是作为能量转换利用时，含水率是十分重要的影响因素之一。　　生物质含水率的定义根据研究领域的不同而不同。能源研究中大多采用以下方式来定义含水率：　　含水率= 水分质量×100%　　总质量 总质量=生物质质量水分质量+ 上述定义中，含水率不会超过 100%。而在森林和生态学研究中，含水率大都采用水分质量与生物质质量之比来计算，故含水率有可能超过 100%。本书以总质量中的水分占有量作为含水率的定义，而且如不加特别说明，所称的生物质都是含有水分的。附录 1-2为固体生物质燃料全水分的测定方法。　　1.4.2 生物质的密度　　生物质的密度通常有三种表示方法，即堆密度、视密度和真密度，对同一种生物质样，这三种密度的数值依次增大。　　堆密度是指单位体积 (既包括颗粒间的孔隙，也包括颗粒内部的孔隙 )生物质的质量，它反映了在自然堆积状态下单位体积生物质物料的质量。图 1-4给出了部分生物质物料的堆密度。由图可见，生物质物料的堆密度差异较大，如木材、木炭、棉秸在内的高密度物料的堆密度在 200~350kg/m3，而大多数农作物秸秆的堆密度却比较低，如玉米秸和麦秸等低密度秸秆的堆密度大都在 100kg/m3之下。　　视密度是指单位体积 (不包括颗粒间的孔隙，但包括颗粒内部的孔隙 )生物质的质量，可用称量法 (涂蜡法、涂凡士林法等 )测定。由于存在内部孔隙，故视密度大小与测量方式有很大关系。　　真密度是指单位体积 (既不包括颗粒间的孔隙，也不包括颗粒内部的孔隙 )生物质的质量，可用比重瓶法或其他置换方法来测定。　　……

前言/序言

　　能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展历史，从人类学会使用火开始，到工业化的今天，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源技术的改进和提升。
　　改革开放以来，随着我国经济和社会的快速发展，我国能源消耗平均以6％-7％的年增长率快速增长，现已成为世界上第一大能源生产国，并已接近成为世界上第一大能源消费国。另一方面，我国人均能源资源拥有量在世界上却处于较低水平，其中煤炭资源人均拥有量相当于世界平均水乎的50％，石油和天然气的人均资源量仅为世界平均水乎的5％-6％。因此，在我国大力研究和开发应用包括生物质能在内的各种可再生能源，意义十分重大。
　　生物质能本质上是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，也是唯一一种具有碳源的可再生能源。我国生物质资源非常丰富，主要有农作物秸秆、薪柴和森林废弃物、能源植物、工业有机废弃物和生活有机垃圾等。采用热解等现代生物炼制技术将这些可再生的生物质资源转化为具有较高品质的能源产品，既可以减少石油等化石资源的消耗，又能够在保护生态环境的同时，开拓新的经济增长点和促进美好乡村的建设。
　　本人于1997年年底开始从事生物质能研究。当时本人即将结束在中国科学技术大学的博士后研究，在聆听了浙江大学岑可法院士来学校所做的关于能源利用技术的学术报告后，更加坚信生物质能是很有应用前景的一种可再生能源，故决定选择生物质热解作为自己留校工作后的研究方向。时光荏苒，17年悄然已过，本人在生物质热解领域从启蒙到了解，从小试到中试，再从中试到示范，一直没有停止对该项技术的探索和创新。
　　本人能够在生物质热解领域追梦至今，当要感谢原中国科学技术大学校长朱清时院士。朱清时先生于19世纪20年代初倡导绿色化学研究，1999年开始关注本人在生物质热解转化方面所做的工作。为支持和加快学校在生物质能领域的研究，朱先生于2001年发起成立了中国科学技术大学生物质洁净能源实验室，并亲自兼任实验室主任。朱先生除了对我们的研究工作给予学术指导外，更是以坚韧不拔的毅力带领我们申请国家973计划等重大项目。朱先生对科学与真理的执着追求，一直深深地影响着本人。
　　本人能够在生物质热解领域追梦至今，还要感谢导师、原中国科学院院长路甬祥院士。先生每当获悉本人在生物质热解研究方面取得的进展吋，总是给予勉励。在本人的生物质热解液化技术第一次产业化示范开始不久，先生于2007年5月莅临现场指导，并欣然命笔题词：“官产学研结合，发展生物质可再生能源”。
　　生物质热解技术因具有工艺过程短、原料适应性强、反应迅速、转化率高和无污染物排放等诸多优点而备受人们的广泛关注。为进一步推动该项技术的研究与应用，本人基于多年的研究积累撰写了本书。全书内容共7章，分别讲述我国的能源形势和生物质能特点，生物质的组成、结构和性质，生物质的热解原理，生物质的热解炭化、热解气化和热解液化，以及生物油的性质与应用等。全书虽然较好地构成了一套完整的生物质热解技术体系，但在生物质热解机理方面的叙述还不够深入，在生物质热解技术方面的叙述还不够深刻。如果本书能够对读者有所启发，本人将感到莫大的欣慰。
　　本书能列入“十二五”国家重点图书出版规划项目《2l世纪新能源丛书》，当要感谢中国科学院工程热物理研究所金红光院士的大力推荐和殷切勉励。金先生在燃料化学能梯级利用技术领域所取得的成就和他那“学而不厌、诲人不倦”的品格一直鼓舞着本人、激励着本人。
　　本书能够在不太长的时间内编撰完成，还要感谢编者之一、现为华北电力大学副教授的陆强博士。从本科三年级到博士毕业，7年间他一直跟随本人从事生物质热解技术的研究，期间共计发表了27篇学术论文，20lO年毕业时荣获中国科学院院长优秀奖。他承担了本书五分之二的编写工作。
　　中国科学技术大学生物质洁净能源实验室的郭庆祥教授、阎立峰教授、傅尧教授、李全新教授等老师和研究生对于本书的编写给予了大力支持和热情帮助。在此谨向他们表示衷心的感谢！
　　在本书的编写过程中，作者广泛参考了国内外已出版和发表的相关资料。在此对本书所借鉴的研究成果的完成者表示衷心的感谢！
　　本书研究成果是在过去十余年时间内持续攻关取得的，研究工作得到了国家973计划（2007CB210203和2013CB228103）、国家863计划（2012AA051803）、国家科技支撑计划（2007BAD34802）、国家自然科学基金（5057609l、50876099和50930006）、中国科学院知识创新工程（KGCX2-YW-306-4和KGCX2-Yw．330）和重点部署项目（KGZD—EW一304-3）的宝贵资助。在本书编写和出版过程中获得了同行专家和科学出版社编辑的很多鼓励和帮助，在此一并致以深深的谢意！
　　限于编者水平，书中难免存在不足之处，恳请读者不吝赐教。
　　朱锡锋
　　2014年4月

《地球的能量密码：从地热到新能源的探索》 本书并非一本关于生物质热解的学术专著，而是将目光投向了更为宏大和多元的地球能量体系，试图揭示隐藏在我们星球深处以及大气、海洋、土壤中的能量奥秘。本书将带领读者穿越时空，从地球的形成之初，探寻地球内部蕴藏的巨量能量——地热能的来源与演变，理解其如何塑造地貌、驱动板块运动，并最终成为人类可持续利用的清洁能源。 我们不会深入探讨特定物质（如生物质）在特定工艺（如热解）下的化学反应机理。相反，本书将以更为广阔的视角，审视地球系统中不同能量形式的转换与平衡。我们将考察太阳能如何经过漫长的地质作用，转化为我们赖以生存的化石燃料，并思考这种转化过程所耗费的巨长时间尺度。同时，本书也将聚焦于当前和未来的新能源技术，重点阐述这些技术如何巧妙地捕捉、储存和转化来自不同自然源头的能量，以满足人类不断增长的能源需求。 第一章：地球的内在火焰——地热能的奥秘 本章将深入解析地热能的形成机制，包括地球放射性元素的衰变、原始地球形成时的残留热量，以及地球内部物质的对流运动。我们将介绍地热梯度，解释为何越深入地底，温度越高，并探讨不同地质构造（如火山带、地幔柱）与地热异常的关系。本书将详细阐述地热能的分类，从浅层地热能到高温地热能，并介绍各种类型的地热资源分布特点，例如温泉、干热岩等。我们将重点讨论地热能的开发利用历史，以及当前世界范围内地热发电、地热供暖、地热制冷等技术的现状和发展趋势，例如闪蒸发电、双闪发电、地热泵系统等。本书也将审视地热能开发的挑战，包括选址、钻井技术、环境影响以及经济性等问题。 第二章：生命的馈赠与历史的积淀——化石能源的形成与反思 虽然本书不涉及生物质热解，但我们无法回避地球上最主要的能源来源之一：化石燃料。本章将追溯煤炭、石油和天然气亿万年来的形成过程，讲述古代生物遗骸如何在高温高压的环境下，经过漫长的地质演变，最终转化为我们熟悉的能源。我们将分析不同化石燃料的化学组成和能量密度，并探讨其在全球能源结构中的重要地位。然而，本书并非歌颂化石能源，而是要引导读者深刻反思其对环境造成的深远影响，例如温室气体排放、空气污染以及气候变化等问题。我们将简要回顾化石能源的开采和提炼技术，但更侧重于对其可持续性的质疑和对未来能源转型的呼唤。 第三章：拥抱阳光与风——可再生能源的多元化探索 本章将是本书的重点之一，详细介绍当前和未来具有巨大潜力的可再生能源技术。我们将从最直接的能源——太阳能出发，介绍光伏发电、光热发电的原理、技术发展现状以及不同应用场景，例如屋顶光伏、太阳能集热器等。随后，我们将目光转向风能，深入探讨风力发电机的设计原理、不同类型的风力发电机（陆上风机、海上风机），以及风电场的选址和运行管理。海洋能，包括潮汐能、波浪能、温差能等，也将成为本章的探讨对象，我们将介绍这些能源的开发潜力、技术挑战以及前沿研究进展。此外，本书还将简要介绍生物能源（不限于热解），例如生物乙醇、生物柴油等，以及它们在交通运输和工业领域的应用前景，并思考其与粮食安全、土地利用之间的关系。 第四章：能量的储存与智能的调配——新能源技术的关键 无论何种能源，其高效利用都离不开能量储存和智能化的管理。本章将聚焦于新能源技术中的关键环节。我们将详细介绍当前主流的储能技术，包括化学储能（如锂离子电池、液流电池）、物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能）和热储能等，分析它们的工作原理、能量密度、循环寿命以及经济性。本书还将探讨氢能作为一种重要的二次能源载体，其制备（如电解水）、储存和应用（如燃料电池）的最新进展，以及在构建零碳能源体系中的关键作用。此外，本书还将介绍智能电网技术，探讨如何通过信息技术、通信技术和控制技术，实现能源生产、传输、储存和消费的智能化、高效化和低碳化，从而更好地整合各类新能源，提高能源利用效率，保障能源供应的稳定性。 第五章：未来的能源图景——可持续发展的挑战与机遇 在本书的最后，我们将展望未来的能源发展图景。我们将深入探讨全球能源转型所面临的宏观挑战，例如技术瓶颈、政策法规、经济成本、国际合作以及公众接受度等。同时，本书也将强调新能源发展所带来的巨大机遇，例如创造新的就业机会、促进技术创新、改善环境质量、提升能源独立性以及实现可持续发展目标。我们将分析不同国家和地区在能源转型方面的战略和实践，并思考个人在推动能源革命中的作用。本书旨在激发读者对能源问题的深入思考，理解地球能量的多样性，认识到可持续能源的重要性，并积极参与到构建更清洁、更绿色、更美好的未来能源体系的进程中。 本书并非旨在提供某一特定技术（如生物质热解）的操作指南，而是期望通过对地球能量系统和多元新能源技术的全面梳理，帮助读者建立起一个宏观的、系统的能源观，从而更好地理解我们所处的时代，并为迎接未来的能源挑战做好准备。

评分☆☆☆☆☆

我一直对如何有效地处理日益增长的生物质废弃物感到困惑，直到我遇到了这本书。《生物质热解原理与技术》，与其说是一本技术专著，不如说是一位睿智的向导，带领我穿越层层迷雾，看到了生物质能源化的光明前景。作者并没有用晦涩难懂的术语堆砌，而是以一种娓娓道来的方式，将复杂的科学原理呈现在我面前。我尤其欣赏作者在描述热解过程中的热力学和动力学行为时，所展现出的逻辑性和清晰度。那些关于反应速率、活化能、平衡常数等概念，在结合具体的生物质热解实例后，变得鲜活而易于理解。我能够清晰地勾勒出生物质在高温作用下，从复杂的有机分子一步步分解，最终转化为更简单、更有价值的物质的过程。书中对不同热解技术的详尽对比，让我对它们的适用性和优劣有了更深刻的认识。无论是稳健高效的固定床，还是动态灵活的流化床，亦或是追求极致速度的闪速热解，作者都对其工作原理、传热传质特点、以及在不同规模和应用场景下的表现进行了细致的剖析。我曾经对如何最大化生物油的产率和质量感到头疼，但书中关于热解温度、停留时间、加热速率等关键参数对产物分布影响的深入探讨，为我提供了宝贵的指导。此外，书中对生物油、合成气、生物炭的特性及其应用价值的全面梳理，也让我看到了生物质热解技术的广阔市场潜力。从生物燃料到精细化学品，再到土壤改良剂，这些曾经被认为是“垃圾”的生物质，在热解的“魔法”下，变成了宝贵的资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书，就好像一扇通往绿色能源未来的窗户，让我得以窥见那些曾经模糊不清的图景。它的魅力在于，它不仅仅是关于“做什么”，更是关于“为什么”和“如何做”。作者并没有简单地将生物质热解技术列举一番，而是深刻地挖掘了其背后的科学原理。那些看似复杂的化学反应，在作者的笔下变得生动而有趣，我能清晰地感受到每一个碳原子、氢原子、氧原子在高温作用下，是如何进行一场场精妙的“舞蹈”，最终转化为能量丰富的产物。书中对于不同热解条件（如温度、加热速率、停留时间）对产物分布和性质影响的分析，极为详尽，仿佛是一位经验丰富的炼金术士，在细致地调配着各种“魔法药剂”，以期获得最理想的“黄金”。我尤其喜欢书中关于热解过程中的传热和传质机制的阐述，这让我明白了为何某些反应器设计能够更有效地提高产率和能量回收率，以及如何通过优化操作参数来克服传热传质的瓶颈。对于生物质预处理技术的介绍，也让我认识到，热解并非孤立的环节，而是整个生物质能源化链条中的关键一环，其前期的准备工作同样至关重要。书中对生物油、合成气、炭的特性及其潜在应用领域的探讨，更是让我看到了生物质热解的广阔前景。从作为燃料的直接燃烧，到提炼高附加值化学品，再到作为土壤改良剂，这些曾经被视为废弃物的生物质，在热解技术的加持下，摇身一变，成为了宝贵的资源。作者在探讨这些应用时，并没有止步于理论的层面，而是引用了大量的实例和研究成果，让我能够更真切地感受到生物质热解技术的实际价值和市场潜力。读完这本书，我不再仅仅将生物质视为一种可再生的能源，更将它看作是一个充满机遇的“宝库”，而生物质热解，就是开启这个宝库的金钥匙。

评分☆☆☆☆☆

这是一本挑战了我固有认知，并为我打开了全新视角的研究著作。它并没有回避任何复杂的技术细节，而是以一种极其严谨的态度，深入浅出地剖析了生物质热解的科学本质。我印象最深的是，作者并非简单地描述热解现象，而是将其置于一个更广泛的能量转化和物质循环的框架内进行考察。书中对热解动力学和机理的阐释，让我理解了为何同样的生物质在不同的条件下会产生截然不同的结果，那些看似随机的化学变化，实则遵循着精确的物理化学规律。我对作者在探讨不同热解反应器类型时所展现出的专业性感到由衷钦佩。从固定床的稳定与局限，到流化床的高效与复杂，再到闪速热解的快速与精密，每一种技术都经过了细致的比较和分析，让我得以理解其背后的工程学考量和经济性权衡。书中关于生物质热解产物（生物油、合成气、生物炭）的深度分析，更是让我看到了它们的巨大潜力和多样性。作者详细介绍了这些产物的化学成分、物理特性，以及在能源、化工、农业等领域的广泛应用前景，这让我对“变废为宝”的设想有了更深刻的理解。我曾经对热解过程中副产物的控制和产物的高值化利用感到疑虑，但本书的深入研究，让我认识到，通过优化工艺参数和改进催化剂，可以有效地提高目标产物的选择性，并实现更高附加值的转化。作者在书中提及的绿色化学和可持续发展理念，更是让我看到了生物质热解技术在应对气候变化、构建循环经济方面的巨大潜力。这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部关于如何利用自然资源，实现可持续发展的思想启迪录。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我对“废弃物”这一概念产生深刻反思的书。它并没有止步于描述生物质热解的“术”，更深入地探讨了其“道”。我尤其欣赏作者在阐释热解机理时所展现出的严谨和清晰。那些关于自由基、裂解、重组等化学过程的描述，在结合具体的生物质结构后，变得生动而具有启发性。我能够理解，为什么不同的生物质，在相同的热解条件下，会表现出迥异的转化路径。书中对各种热解工艺（如闪速热解、慢速热解、气化）的比较分析，让我对它们的适用性和优缺点有了更全面的认识。作者并没有简单地列举技术参数，而是深入剖析了它们在能量效率、产物选择性、设备成本等方面的权衡。我曾经对如何有效地利用生物质热解产生的合成气感到困惑，但本书中关于合成气的组成、特性以及在发电、制氢、生产甲醇等方面的应用潜力，为我提供了详实的理论依据。此外，书中对生物油的深度分析，也让我看到了它在生产生物燃料和高附加值化学品方面的巨大价值。作者在书中关于资源化利用和循环经济的论述，更是让我看到了生物质热解技术在构建可持续社会中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书，就仿佛一位经验丰富的向导，带领我深入了解生物质热解这一充满潜力的绿色技术。它并非简单地罗列技术要点，而是以一种充满智慧和洞察力的方式，揭示了其背后的科学奥秘。我尤其欣赏作者在解释热解过程中的传热传质机制时所展现出的深度。那些关于对流、传导、辐射等物理过程的描述，在结合具体的反应器设计后，变得清晰而易于理解。我能够明白，为什么优化的反应器结构和操作参数，能够显著提高热解效率。书中对不同生物质原料（如木质纤维素、畜禽粪便、餐饮垃圾）在热解过程中的差异性分析，让我对原料的预处理和选择有了更深刻的认识。作者并没有将所有生物质视为同一种物质，而是详细探讨了它们各自的化学组成、结构特点以及在热解过程中的独特表现。我曾经对如何最大化生物炭的产率和提升其应用价值感到好奇，但本书中关于生物炭的形成机理、形貌特征以及在吸附、催化、储能等领域的应用潜力，为我提供了详实的理论依据。此外，书中对生物油和合成气的深度分析，也让我看到了它们在能源生产和化学品制造方面的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我对“循环经济”和“绿色制造”有了更深刻理解的著作。它并没有仅仅关注生物质热解的“技术细节”，而是将其置于一个更广阔的社会和环境框架下进行考察。我特别欣赏作者在阐述热解动力学和反应机理时所展现出的严谨和清晰。那些关于链式反应、自由基捕获、催化裂解等化学过程的描述，在结合具体的生物质组成后，变得生动而具有启发性。我能够理解，为什么通过调节反应条件，可以有选择性地控制热解产物的种类和比例。书中对各种先进热解技术（如微波热解、等离子体热解）的介绍，让我对技术的创新和发展有了更直观的认识。作者并没有仅仅停留在传统的反应器类型上，而是积极探索了更加高效、清洁的制备方法。我曾经对如何将生物质热解产生的生物油转化为高附加值的化学品感到困惑，但本书中关于生物油的组分分析、分离技术以及在生产香料、树脂、医药中间体等领域的应用潜力，为我提供了详实的理论依据。此外，书中对生物炭的深度分析，也让我看到了它在土壤改良、环境保护和新能源材料领域的巨大价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书，就如同打开了一扇通往能源革命的大门，让我看到了生物质热解这项技术所蕴含的巨大潜力。它并非仅仅是堆砌枯燥的理论和公式，而是以一种引人入胜的方式，将这项看似复杂的技术，描绘得生动而充满活力。我尤其欣赏作者在解释热解机理时所展现出的深度和广度。从微观的分子结构变化，到宏观的能量传递过程，作者都力求做到条理清晰、逻辑严谨。我能够清晰地感受到，生物质中的碳、氢、氧等元素，在高温的催化下，如何进行一场精妙的“重组”，最终转化为高能量密度的产物。书中对于不同热解反应器类型（如固定床、流化床、回转窑等）的详尽介绍，让我对工业化生产有了更直观的认识。作者不仅描述了它们的工作原理，更对其传热、传质、物料输送等关键工程问题进行了深入的分析，让我明白了为何某种类型的反应器在特定条件下表现更优。我曾经对如何提高生物油的产率和质量感到困惑，但本书中关于热解温度、加热速率、生物质粒径等关键参数对产物分布影响的深入探讨，为我提供了宝贵的指导。作者对生物油、合成气、生物炭这三大主要热解产物的化学成分、物理特性以及多样化应用领域的详细阐述，更是让我看到了这项技术的广阔前景。从生物燃料的生产，到高附加值化学品的提取，再到作为土壤改良剂，生物质热解所能带来的经济效益和社会效益，都让我为之振奋。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我深度思考“能源转型”这个宏大命题的书籍。它并没有将生物质热解技术孤立看待，而是将其置于一个更加广阔的能源、环境和社会背景下进行审视。我特别欣赏作者在阐述热解机理时所表现出的细致入微。那些关于反应路径、中间产物、以及最终产物形成的科学解释，让我对生物质在高温下的“命运”有了更清晰的认识。我能够理解，为什么不同的生物质原料，在相似的工艺条件下，会产生截然不同的产物分布。书中对各种热解工艺（如慢速热解、快速热解、闪速热解）的比较分析，让我对它们的特点、优势以及适用范围有了深刻的理解。作者并没有简单地罗列技术名称，而是深入剖析了它们在传热方式、停留时间、加热速率等方面的差异，以及这些差异如何影响最终的产物。我曾经对如何优化热解过程以获得高价值的生物炭感到好奇，但本书中关于生物炭的形成机理、物理化学性质以及在土壤改良、吸附材料等领域的应用潜力，为我提供了详实的理论依据。此外，书中对生物油和合成气的深度探讨，也让我看到了生物质热解在生产清洁能源和高附加值化学品方面的巨大潜力。作者在书中关于可持续发展和循环经济的论述，更是让我看到了生物质热解技术在构建绿色未来中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书，与其说是一本关于“生物质热解”的书，不如说是一场关于能源转型的深度对话。从我翻开第一页的那一刻起，就仿佛踏进了一个充满未知又引人入胜的领域。作者并非枯燥地罗列公式和实验数据，而是以一种极富启发性的方式，将生物质热解这一看似晦涩的技术，描绘成一股能够重塑我们能源格局的强大力量。书中对热解过程的机理进行了极为细致的剖析，从分子层面的化学反应，到宏观层面的能量转化，都力求用最清晰、最易于理解的语言进行阐释。我尤其欣赏作者在描述不同类型生物质在热解过程中表现出的差异时，所展现出的深刻洞察。无论是农业废弃物、林业残渣，还是城市有机垃圾，在作者的笔下都仿佛拥有了独立的生命，它们各自承载着独特的化学组成和结构，也因此在高温的“洗礼”下，释放出截然不同的能量潜力和物质价值。书中对于各种热解工艺的介绍，更是让我大开眼界。从传统的固定床、流化床，到更为先进的闪速热解、慢速热解，每一种技术都如同一个精密的工业装置，在作者的详细描述下，其工作原理、优缺点、适用范围都了然于胸。尤其是关于反应器设计、传热传质过程的讲解，让我对工业化生产有了更直观的认识。我曾经对热解产物——生物油、合成气和炭的形成机制感到困惑，但本书的深入探讨，让我明白了这些产物并非凭空产生，而是热解过程中复杂化学反应的必然结果，并且它们各自蕴含着巨大的应用潜力，等待着被进一步开发和利用。阅读过程中，我常常会被书中关于可持续发展和环境保护的论述所打动。作者并非仅仅聚焦于技术本身，而是将其置于更宏大的社会背景下进行审视，强调生物质热解作为一种清洁能源技术，在减少温室气体排放、缓解资源枯竭方面的关键作用。这种将技术与宏观目标相结合的写作方式，让我对生物质热解的未来充满了期待和信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书，就如同一次深入的能源探索之旅，将生物质热解这一看似遥远的技术，拉近到了我的眼前。它并非仅仅是枯燥的理论堆砌，而是充满了探索精神和实践智慧。我尤其被书中对热解过程的动力学和热力学分析所吸引。作者通过严谨的数学模型和实验数据，将生物质在高温下的复杂化学变化，梳理得井井有条。我能够清晰地理解，为什么控制好加热速率和停留时间，对于获得目标产物至关重要。书中对不同类型热解反应器（如固定床、流化床、桨式反应器）的介绍，让我看到了工程技术在实现生物质热解过程中的关键作用。作者不仅描述了它们的基本结构和工作原理，更对其在传热效率、物料混合、产物收集等方面的优缺点进行了细致的分析。我曾经对如何将粗糙的生物油转化为更有用的燃料或化学品感到迷茫，但本书中关于生物油的组成、性质以及后续加工利用的深入探讨，为我提供了宝贵的思路。作者对生物炭的详细分析，也让我看到了它在环境保护和农业增产方面的巨大潜力。从作为吸附材料去除污染物，到作为土壤改良剂提高肥力，生物质热解所能带来的多重效益，都让我为之惊叹。

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挺好的

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还没看

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详实

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质量不错

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包装简单，好像用过。连外面朔料膜都没有。

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好书，推荐，物流很给力，就是书太少

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内容详尽，介绍简介清晰，快递服务号且及时，谢谢。

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