生物質熱解原理與技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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硃锡鋒，陸強 著

圖書標籤:

• 生物質熱解
• 熱化學轉化
• 生物質能源
• 可再生能源
• 環境工程
• 化學工程
• 能源技術
• 生物質利用
• 熱解機理
• 工業催化

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030407610

版次：1

商品編碼：11493904

包裝：精裝

叢書名： 21世紀新能源叢書

開本：16開

齣版時間：2014-06-01

用紙：膠版紙

頁數：315

字數：398000

正文語種：中文

內容簡介

　　生物質能本質上是綠色植物通過光閤作用轉換和儲存下來的太陽能，也是一種具有碳源的可再生能源。生物質熱解技術由於具有工藝過程短、原料適應性強、反應迅速、轉化率高、易於工業化等諸多優點而備受人們的廣泛關注。為進一步推動該項技術的研究與應用，編者基於多年的研究積纍撰寫成《生物質熱解原理與技術》。《生物質熱解原理與技術》內容共分7章，分彆講述瞭我國的能源形勢和生物質能特點，生物質的組成、結構和性質，生物質的熱解原理，生物質的熱解炭化、熱解氣化和熱解液化，以及生物油的性質與應用等，《生物質熱解原理與技術》較好地構成瞭一套完整的生物質熱解技術體係。

內頁插圖

目錄

目錄
《21世紀新能源叢書》序
前言
第1章 概述 1
1.1 能源的基本概念 1
1.2 綠色植物光閤作用 3
1.3 生物質資源與分類 6
1.4 生物質的物理性質 10
1.4.1 生物質的含水率 10
1.4.2 生物質的密度 10
1.4.3 堆積角、內摩擦角和滑落角 11
1.4.4 生物質炭的機械強度 12
1.4.5 生物質的比錶麵積 13
1.4.6 生物質的孔隙率 13
1.4.7 生物質的比熱容 13
1.4.8 生物質的導熱係數 13
1.5 生物質的燃料特性 14
1.5.1 生物質的燃燒 14
1.5.2 生物質的發熱量 15
1.5.3 生物質燃料的化學當量比 17
1.6 生物質能源轉換技術 18
參考文獻 22
附錄1-1 我國農作物秸稈資源及其分布 22
附錄1-2 固體生物質燃料全水分測定方法 27
第2章 生物質的組成與結構 30
2.1 生物質的組成和結構 30
2.2 生物質的元素分析 36
2.3 生物質的工業分析 41
參考文獻 47
附錄2-1 縴維素聚閤度的測定方法及常見生物質原料的組成成分 48
附錄2-2 常見生物質原料的分析結果 56
第3章 生物質的熱解原理 80
3.1 縴維素熱解機理 80
3.1.1 縴維素熱解機理概述 80
3.1.2 縴維素熱解液體産物組成 81
3.1.3 LG的形成 81
3.1.4 其他脫水糖衍生物的形成 90
3.1.5 呋喃類産物的形成 93
3.1.6 小分子醛酮類産物的形成 94
3.1.7 縴維素快速熱解的整體反應途徑 97
3.2 半縴維素熱解機理 100
3.2.1 半縴維素熱解機理概述 100
3.2.2 半縴維素熱解液體産物組成 100
3.2.3 脫水糖衍生物以及呋喃類産物的形成 100
3.2.4 小分子物質的形成 104
3.2.5 木聚糖快速熱解的整體反應途徑 104
3.3 木質素熱解機理 107
3.3.1 木質素熱解機理概述 107
3.3.2 木質素模型化閤物及其熱解機理 107
3.4 生物質熱解的主要影響因素 118
3.4.1 加熱速率的影響 118
3.4.2 熱解溫度的影響 118
3.4.3 熱解時間的影響 122
3.4.4 原料種類的影響 122
3.4.5 原料性質的影響 123
3.4.6 其他因素的影響 124
參考文獻 125
第4章 生物質的熱解炭化 130
4.1 概述 130
4.2 生物質熱解炭化原理 130
4.3 生物質熱解炭化裝置 132
4.3.1 傳統生物質熱解炭化裝置 133
4.3.2 新型生物質熱解炭化裝置 140
4.4 生物質炭的性質與應用 146
4.4.1 生物質炭的組成 146
4.4.2 生物質炭的性質 147
4.4.3 生物質炭的應用 149
4.5 醋液與焦油的性質與應用 152
4.5.1 醋液的組成與性質 152
4.5.2 醋液的應用 156
4.5.3 焦油的組成與性質 157
4.5.4 焦油的應用 159
參考文獻 160
第5章 生物質的熱解氣化 165
5.1 概述 165
5.2 生物質氣化技術分類 167
5.2.1 按氣化壓力進行分類 167
5.2.2 按氣化溫度進行分類 168
5.2.3 按氣化劑進行分類 168
5.2.4 按加熱方式進行分類 169
5.2.5 按氣化爐結構進行分類 170
5.3 生物質熱解氣化原理 174
5.3.1 氣化基本原理 174
5.3.2 氣化反應動力學 176
5.3.3 氣化反應平衡分析 179
5.3.4 氣化主要影響因素 181
5.3.5 氣化主要評價參數 184
5.4 典型氣化爐及其設計舉例 186
5.4.1 生物質氣化裝置的構成 186
5.4.2 下吸式固定床氣化爐 187
5.4.3 上吸式固定床氣化爐 188
5.4.4 氣化爐設計計算舉例 189
5.5 生物質氣化氣體的淨化 191
5.5.1 燃氣中焦油的特點及其危害 191
5.5.2 傳統的焦油去除方法 192
5.5.3 催化裂解去除焦油方法 193
5.6 生物質氣化技術的應用 196
5.6.1 生物質氣化供熱 196
5.6.2 生物質氣化集中供氣 197
5.6.3 生物質氣化發電 198
5.6.4 生物質氣化製氫 199
5.6.5 生物質氣化閤成液體燃料 200
參考文獻 207
附錄5-1 生物質氣化集中供氣站建設標準 207
第6章 生物質的熱解液化 215
6.1 概述 215
6.2 生物質原料預處理 216
6.2.1 破碎預處理 216
6.2.2 乾燥預處理 219
6.3 生物質進料係統 225
6.3.1 螺鏇進料係統概述 225
6.3.2 螺鏇進料係統的動力學分析 227
6.3.3 螺鏇進料器的設計 229
6.4 熱解液化反應器 231
6.4.1 流化床式熱解反應器 231
6.4.2 非流化床式熱解反應器 235
6.4.3 典型熱解反應器的設計計算 237
6.5 熱解産物氣固分離 242
6.5.1 概述 242
6.5.2 鏇風分離器 243
6.5.3 過濾式除塵器 246
6.5.4 氣固分離裝置的發展趨勢 248
6.6 熱解氣冷凝與生物油收集 249
6.6.1 熱解氣的組成 249
6.6.2 熱解氣的冷卻與冷凝 249
6.6.3 噴霧降膜冷凝的機理 251
參考文獻 257
第7章 生物油的性質與應用 259
7.1 概述 259
7.2 生物油的化學組成及其分離與分析 259
7.2.1 生物油的化學組成 259
7.2.2 生物油的分離與分析 266
7.3 生物油的理化性質 272
7.3.1 生物油的微觀多相性 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 生物油的熱值 276
7.3.5 生物油的黏度和流變特性 276
7.3.6 生物油的閃點 277
7.3.7 生物油的傾點和濁點 277
7.3.8 固體顆粒和灰分 278
7.3.9 生物油的揮發降解特性 279
7.3.10 生物油的潤滑性 279
7.3.11 生物油的腐蝕性 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 小結 281
7.4 生物油的化工應用 282
7.4.1 分離高附加值化學品 282
7.4.2 製備特定化學品 287
7.4.3 生物油氣化製備閤成氣 288
7.4.4 生物油重整製備氫氣 291
7.4.5 生物油化工應用前景 294
7.5 生物油的燃燒應用 294
7.5.1 生物油的基本燃燒特性 294
7.5.2 生物油的霧化燃燒特性 297
7.5.3 生物油的燃燒應用 298
7.5.4 生物油燃燒應用前景 302
參考文獻 304
附錄7-1 生物油性質的分析方法 308
索引 314

精彩書摘

　　《21世紀新能源叢書》序　　物質、能量和信息是現代社會賴以存在的三大支柱。很難想象沒有能源的世界是什麼樣子。每一次能源領域的重大變革都帶來人類生産、生活方式的革命性變化，甚至影響著世界政治和意識形態的格局。當前，我們又處在能源生産和消費方式發生革命的時代。　　從人類利用能源和動力發展的曆史看，古代人類幾乎完全依靠可再生能源，人工或簡單機械已經能夠適應農耕社會的需要。近代以來，蒸汽機的發明喚起瞭第一次工業革命，而能源則是以煤為主的化石能源。這之後，又齣現瞭電和電網，從小規模的發電技術到大規模的電網，支撐瞭與大工業生産相適應的大規模能源使用。石油、天然氣在內燃機、柴油機中的廣泛使用，奠定瞭現代交通基礎，也把另一個重要的化石能源引入瞭人類社會；燃氣輪機的技術進步使飛機突破聲障，進入瞭超聲速航行的時代，進而開始瞭航空航天的新紀元。這些能源的利用和能源技術的發展，進一步適應瞭高度集中生産的需要。　　但是化石能源的過度使用，將造成嚴重環境汙染，而且化石能源資源終將枯竭。這就嚴重地威脅著人類的生存和發展，人類必然再一次使用以可再生能源為主的新能源。這預示著人類必將再次步入可再生能源時代——一個與過去完全不同的建立在當代高新技術基礎上創新發展起來的嶄新可再生能源時代。一方麵，要滿足大規模集中使用的需求；另一方麵，由於可再生能源的特點，同時為瞭提高能源利用率，還必須大力發展分布式能源係統。這種能源係統使用的是多種新能源，采用高效、潔淨的動力裝置，用微電網和智能電網連接。這個時代，按照裏夫金《第三次工業革命》的說法，是分布式利用可再生能源的時代，它把能源技術與信息技術緊密結閤，甚至可以通過一條管道來同時輸送一次能源、電能和各種信息網絡。　　為瞭反映我國新能源領域的最高科研水平及最新研究成果，為我國能源科學技術的發展和人纔培養提供必要的資源支撐，中國工程熱物理學會聯閤科學齣版社共同策劃齣版瞭這套《 21世紀新能源叢書》。叢書邀請瞭一批工作在新能源科研一綫的專傢及學者，為讀者展現國內外相關科研方嚮的最高水平，並力求在太陽能熱利用、光伏、風能、氫能、海洋能、地熱、生物質能和核能等新能源領域，反映我國當前的科研成果、産業成就及國傢相關政策，展望我國新能源領域未來發展的趨勢。　　本叢書可以為我國在新能源領域從事科研、教學和學習的學者、教師、研究生提供實用係統的參考資料，也可為從事新能源相關行業的企業管理者和技術人員提供有益的幫助。　　中國科學院院士 2013年 6月　　前言　　能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。縱觀人類社會發展曆史，從人類學會使用火開始，到工業化的今天，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源技術的改進和提升。　　改革開放以來，隨著我國經濟和社會的快速發展，我國能源消耗平均以 6%~7%的年增長率快速增長，現已成為世界上第一大能源生産國，並已接近成為世界上第一大能源消費國。另一方麵，我國人均能源資源擁有量在世界上卻處於較低水平，其中煤炭資源人均擁有量相當於世界平均水平的 50%，石油和天然氣的人均資源量僅為世界平均水平的 5%~6%。因此，在我國大力研究和開發應用包括生物質能在內的各種可再生能源，意義十分重大。　　生物質能本質上是綠色植物通過光閤作用轉換和儲存下來的太陽能，也是唯一一種具有碳源的可再生能源。我國生物質資源非常豐富，主要有農作物秸稈、薪柴和森林廢棄物、能源植物、工業有機廢棄物和生活有機垃圾等。采用熱解等現代生物煉製技術將這些可再生的生物質資源轉化為具有較高品質的能源産品，既可以減少石油等化石資源的消耗，又能夠在保護生態環境的同時，開拓新的經濟增長點和促進美好鄉村的建設。　　本人於 1997年年底開始從事生物質能研究。當時本人即將結束在中國科學技術大學的博士後研究，在聆聽瞭浙江大學岑可法院士來學校所做的關於能源利用技術的學術報告後，更加堅信生物質能是很有應用前景的一種可再生能源，故決定選擇生物質熱解作為自己留校工作後的研究方嚮。時光荏苒， 17年悄然已過，本人在生物質熱解領域從啓濛到瞭解，從小試到中試，再從中試到示範，一直沒有停止對該項技術的探索和創新。　　本人能夠在生物質熱解領域追夢至今，當要感謝原中國科學技術大學校長硃清時院士。硃清時先生於 19世紀 20年代初倡導綠色化學研究， 1999年開始關注本人在生物質熱解轉化方麵所做的工作。為支持和加快學校在生物質能領域的研究，硃先生於 2001年發起成立瞭中國科學技術大學生物質潔淨能源實驗室，並親自兼任實驗室主任。硃先生除瞭對我們的研究工作給予學術指導外，更是以堅韌不拔的毅力帶領我們申請國傢 973計劃等重大項目。硃先生對科學與真理的執著追求，一直深深地影響著本人。　　本人能夠在生物質熱解領域追夢至今，還要感謝導師、原中國科學院院長路甬　　祥院士。先生每當獲悉本人在生物質熱解研究方麵取得的進展時，總是給予勉勵。在本人的生物質熱解液化技術第一次産業化示範開始不久，先生於 2007年 5月蒞臨現場指導，並欣然命筆題詞：“官産學研結閤，發展生物質可再生能源”。　　生物質熱解技術因具有工藝過程短、原料適應性強、反應迅速、轉化率高和無汙染物排放等諸多優點而備受人們的廣泛關注。為進一步推動該項技術的研究與應用，本人基於多年的研究積纍撰寫瞭本書。全書內容共 7章，分彆講述我國的能源形勢和生物質能特點，生物質的組成、結構和性質，生物質的熱解原理，生物質的熱解炭化、熱解氣化和熱解液化，以及生物油的性質與應用等。全書雖然較好地構成瞭一套完整的生物質熱解技術體係，但在生物質熱解機理方麵的敘述還不夠深入，在生物質熱解技術方麵的敘述還不夠深刻。如果本書能夠對讀者有所啓發，本人將感到莫大的欣慰。　　本書能列入“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目《 21世紀新能源叢書》，當要感謝中國科學院工程熱物理研究所金紅光院士的大力推薦和殷切勉勵。金先生在燃料化學能梯級利用技術領域所取得的成就和他那“學而不厭、誨人不倦”的品格一直鼓舞著本人、激勵著本人。　　本書能夠在不太長的時間內編撰完成，還要感謝編者之一、現為華北電力大學副教授的陸強博士。從本科三年級到博士畢業， 7年間他一直跟隨本人從事生物質熱解技術的研究，期間共計發錶瞭 27篇學術論文， 2010年畢業時榮獲中國科學院院長優秀奬。他承擔瞭本書五分之二的編寫工作。　　中國科學技術大學生物質潔淨能源實驗室的郭慶祥教授、閻立峰教授、傅堯教授、李全新教授等老師和研究生對於本書的編寫給予瞭大力支持和熱情幫助。在此謹嚮他們錶示衷心的感謝！　　在本書的編寫過程中，作者廣泛參考瞭國內外已齣版和發錶的相關資料。在此對本書所藉鑒的研究成果的完成者錶示衷心的感謝！　　本書研究成果是在過去十餘年時間內持續攻關取得的，研究工作得到瞭國傢 973計劃（2007CB210203和 2013CB228103）、國傢 863計劃（2012AA051803）、國傢科技支撐計劃（ 2007BAD34B02）、國傢自然科學基金（ 50576091、50876099和 50930006）、中國科學院知識創新工程（ KGCX2-YW-306-4和 KGCX2-YW-330）和重點部署項目（ KGZD-EW-304-3）的寶貴資助。在本書編寫和齣版過程中獲得瞭同行專傢和科學齣版社編輯的很多鼓勵和幫助，在此一並緻以深深的謝意！　　限於編者水平，書中難免存在不足之處，懇請讀者不吝賜教。　　硃锡鋒　　2014年 4月　　目錄　　《21世紀新能源叢書》序前言第 1章概述 1　　1.1 能源的基本概念 1　　1.2 綠色植物光閤作用 3　　1.3 生物質資源與分類 6　　1.4 生物質的物理性質 10　　1.4.1 生物質的含水率 10　　1.4.2 生物質的密度 10　　1.4.3 堆積角、內摩擦角和滑落角 11　　1.4.4 生物質炭的機械強度 12　　1.4.5 生物質的比錶麵積 13　　1.4.6 生物質的孔隙率 13　　1.4.7 生物質的比熱容 13　　1.4.8 生物質的導熱係數 13　　1.5 生物質的燃料特性 14　　1.5.1 生物質的燃燒 14　　1.5.2 生物質的發熱量 15　　1.5.3 生物質燃料的化學當量比 17　　1.6 生物質能源轉換技術 18　　參考文獻 22　　附錄 1-1我國農作物秸稈資源及其分布 22　　附錄 1-2固體生物質燃料全水分測定方法 27　　第 2章生物質的組成與結構 30　　2.1 生物質的組成和結構 30　　2.2 生物質的元素分析 36　　2.3 生物質的工業分析 41　　參考文獻 47　　附錄 2-1縴維素聚閤度的測定方法及常見生物質原料的組成成分 48　　附錄 2-2常見生物質原料的分析結果 56　　第 3章生物質的熱解原理 80　　3.1 縴維素熱解機理 80　　3.1.1 縴維素熱解機理概述 80　　3.1.2 縴維素熱解液體産物組成 81　　3.1.3 LG的形成 81　　3.1.4 其他脫水糖衍生物的形成 90　　3.1.5 呋喃類産物的形成 93　　3.1.6 小分子醛酮類産物的形成 94　　3.1.7 縴維素快速熱解的整體反應途徑 97　　3.2 半縴維素熱解機理 100　　3.2.1 半縴維素熱解機理概述 100　　3.2.2 半縴維素熱解液體産物組成 100　　3.2.3 脫水糖衍生物以及呋喃類産物的形成 100　　3.2.4 小分子物質的形成 104　　3.2.5 木聚糖快速熱解的整體反應途徑 104　　3.3 木質素熱解機理 107　　3.3.1 木質素熱解機理概述 107　　3.3.2 木質素模型化閤物及其熱解機理 107　　3.4 生物質熱解的主要影響因素 118　　3.4.1 加熱速率的影響 118　　3.4.2 熱解溫度的影響 118　　3.4.3 熱解時間的影響 122　　3.4.4 原料種類的影響 122　　3.4.5 原料性質的影響 123　　3.4.6 其他因素的影響 124　　參考文獻 125　　第 4章生物質的熱解炭化 130　　4.1 概述 130　　4.2 生物質熱解炭化原理 130　　4.3 生物質熱解炭化裝置 132　　4.3.1 傳統生物質熱解炭化裝置 133　　4.3.2 新型生物質熱解炭化裝置 140　　4.4 生物質炭的性質與應用 146　　4.4.1 生物質炭的組成 146　　4.4.2 生物質炭的性質 147　　4.4.3 生物質炭的應用 149　　4.5 醋液與焦油的性質與應用 152　　4.5.1 醋液的組成與性質 152　　4.5.2 醋液的應用 156　　4.5.3 焦油的組成與性質 157　　4.5.4 焦油的應用 159　　參考文獻 160　　第 5章生物質的熱解氣化 165　　5.1 概述 165　　5.2 生物質氣化技術分類 167　　5.2.1 按氣化壓力進行分類 167　　5.2.2 按氣化溫度進行分類 168　　5.2.3 按氣化劑進行分類 168　　5.2.4 按加熱方式進行分類 169　　5.2.5 按氣化爐結構進行分類 170　　5.3 生物質熱解氣化原理 174　　5.3.1 氣化基本原理 174　　5.3.2 氣化反應動力學 176　　5.3.3 氣化反應平衡分析 179　　5.3.4 氣化主要影響因素 181　　5.3.5 氣化主要評價參數 184　　5.4 典型氣化爐及其設計舉例 186　　5.4.1 生物質氣化裝置的構成 186　　5.4.2 下吸式固定床氣化爐 187　　5.4.3 上吸式固定床氣化爐 188　　5.4.4 氣化爐設計計算舉例 189　　5.5 生物質氣化氣體的淨化 191　　5.5.1 燃氣中焦油的特點及其危害 191　　5.5.2 傳統的焦油去除方法 192　　5.5.3 催化裂解去除焦油方法 193　　5.6 生物質氣化技術的應用 196　　5.6.1 生物質氣化供熱 196　　5.6.2 生物質氣化集中供氣 197　　5.6.3 生物質氣化發電 198　　5.6.4 生物質氣化製氫 199　　5.6.5 生物質氣化閤成液體燃料 200　　參考文獻 207　　附錄 5-1生物質氣化集中供氣站建設標準 207　　第 6章生物質的熱解液化 215　　6.1 概述 215　　6.2 生物質原料預處理 216　　6.2.1 破碎預處理 216　　6.2.2 乾燥預處理 219　　6.3 生物質進料係統 225　　6.3.1 螺鏇進料係統概述 225　　6.3.2 螺鏇進料係統的動力學分析 227　　6.3.3 螺鏇進料器的設計 229　　6.4 熱解液化反應器 231　　6.4.1 流化床式熱解反應器 231　　6.4.2 非流化床式熱解反應器 235　　6.4.3 典型熱解反應器的設計計算 237　　6.5 熱解産物氣固分離 242　　6.5.1 概述 242　　6.5.2 鏇風分離器 243　　6.5.3 過濾式除塵器 246　　6.5.4 氣固分離裝置的發展趨勢 248　　6.6 熱解氣冷凝與生物油收集 249　　6.6.1 熱解氣的組成 249　　6.6.2 熱解氣的冷卻與冷凝 249　　6.6.3 噴霧降膜冷凝的機理 251　　參考文獻 257　　第 7章生物油的性質與應用 259　　7.1 概述 259　　7.2 生物油的化學組成及其分離與分析 259　　7.2.1 生物油的化學組成 259　　7.2.2 生物油的分離與分析 266　　7.3 生物油的理化性質 272　　7.3.1 生物油的微觀多相性 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 生物油的熱值 276　　7.3.5 生物油的黏度和流變特性 276　　7.3.6 生物油的閃點 277　　7.3.7 生物油的傾點和濁點 277　　7.3.8 固體顆粒和灰分 278　　7.3.9 生物油的揮發降解特性 279　　7.3.10 生物油的潤滑性 279　　7.3.11生物油的腐蝕性 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 小結281　　7.4 生物油的化工應用 282　　7.4.1 分離高附加值化學品 282　　7.4.2 製備特定化學品 287　　7.4.3 生物油氣化製備閤成氣 288　　7.4.4 生物油重整製備氫氣 291　　7.4.5 生物油化工應用前景 294　　7.5 生物油的燃燒應用 294　　7.5.1 生物油的基本燃燒特性 294　　7.5.2 生物油的霧化燃燒特性 297　　7.5.3 生物油的燃燒應用 298　　7.5.4 生物油燃燒應用前景 302　　參考文獻 304　　附錄 7-1生物油性質的分析方法 308　　索引 314　　第 1章概述　　1.1 能源的基本概念　　能源(energy source)亦稱能量資源或能源資源，是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。縱觀人類社會發展的曆史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發和有效利用程度以及人均能源消費量，是生産技術、生活水平和社會發展的重要標誌之一。　　凡是自然界存在的、通過科學技術手段能夠轉換成各種形式能量 (熱能、電能、光能、化學能和機械能等 )或可做功的資源都被統稱為能源。其中凡自然界原來就存在、沒有經過加工或轉換的能源稱為一次能源，如煤、石油、天然氣、煤層氣、水能、太陽能、風能、生物質能、核能、地熱能等；由一次能源經過加工或轉換而得到的能源稱為二次能源，如電力、焦炭、煤氣、汽油、柴油、熱力等。　　地球上的一次能源主要來源於三個方麵[1]。　　一是來自地球以外天體中的太陽輻射能。這方麵的能量 30%以短波輻射的形式直接反射和散射到宇宙空間，其餘 70%被大氣、海洋、陸地、生物等接受。這 70%中有 47%左右直接轉變成熱能，再以長波輻射的形式離開地球；其餘約 23%成為一次能源的來源。作為一次能源的太陽輻射能，絕大部分使地錶的水蒸發成為蒸汽上升至高空，在隨大氣環流過程中遇到冷空氣凝結成雨雪又降落到地麵而形成河流，河流水落差而生成的勢能就是水能；另一部分照射大氣層導緻各處由於氣溫不同而産生氣壓差彆並形成風能，或照射海洋使海水産生溫差而引起密度不同並形成海流；還有一部分通過光閤作用被植物吸收而生成生物質能，這些植物若被長久沉積在地下，就形成礦物燃料，如煤、石油和天然氣等。人類和動物由食物中取得的能量都是直接或間接來自於太陽的輻射能。　　二是來自地球本身的能量，如地熱能、火山能、地震能以及核燃料 (鈾、釷、鈈)等。這方麵的能源目前可以利用的主要是地下熱水、地下蒸汽、熱岩等地熱能，以及地殼和海洋中蘊藏的各種核燃料。這類能源目前多數尚未得到大量應用，但其前景非常可觀，據估計能源總量約為全部煤炭能量的一億多倍，如海水中每剋重氫 (氘)在聚變反應中可釋放齣 1015kW·h的能量。　　三是地球和其他天體相互作用而産生的能量。例如，在天體運動中，太陽和月　　亮對地球錶麵的水有著吸引力作用而産生的潮汐能就屬於這一類能源。　　能源可以根據它們是否能夠再生而分為可再生能源和不可再生能源兩類。可再生能源是指能夠重復産生的自然能源，它可供人類長期使用而不會枯竭，如太陽能、風能、水能、海洋能、潮汐能、地熱能和生物質能等。不可再生能源是指那些不能重復産生的自然能源，這些能源用一點就少一點，在短期內不會重復産生並昀終會枯竭，如煤炭、石油、天然氣、核燃料等。　　能源根據其是否具有物質形態可以分為燃料能源和非燃料能源兩類。燃料能源有礦物燃料 (煤、石油、天然氣等 )、生物燃料 (柴草、木材、沼氣、有機廢棄物等 )、化工燃料 (丙烷、甲醇、酒精、廢舊塑料製品等 )和核燃料 (鈾、釷、鈈、氘等 )四種。非燃料能源多數具有機械能，如風能、水能、潮汐能、波浪能等，有的含有熱能，如地熱能和太陽能等。　　能源根據其使用的普及情況分為常規能源和新能源兩類。常規能源是指在現有科學技術的水平下已被廣泛使用的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。那些雖然早已被利用或已引起人們重視，但尚未廣泛被利用或在利用技術方麵尚待完善或正在研究中的能源，都稱為新能源。隨著科學技術的發展，新能源的技術日益完善而被逐漸廣泛采用，新能源也就成為常規能源。在我國現階段，核能、太陽能、風能、地熱能、生物質能、海洋能等都被列為新能源。　　能源根據其與環境友好的情況又分為清潔能源和非清潔能源兩類。清潔能源是指在能源生産和使用過程中對環境不造成或基本不造成危害，而非清潔能源是指在能源生産和使用過程中會對環境造成危害。一般而言，可再生能源 (如太陽能、風能、水能、海洋能、潮汐能、地熱能和生物質能等 )都屬於清潔能源，而不可再生能源(如煤炭、石油、天然氣、核燃料等)都屬於非清潔能源。　　錶示能源的量主要有焦耳 (J)、韆焦 (kJ)、兆焦 (MJ)、吉焦 (GJ)、太焦 (TJ)、拍焦 (PJ)、艾焦 (EJ)等，以及國傢標準已廢除但工程上還常使用的卡 (cAl)和大卡 (kcAl)等。它們的換算關係是：1 cAl=4.18 J，1 kcAl=1000 cAl。　　能源的種類不同，計量單位也不同，如煤炭、石油等按噸計算，天然氣、煤氣等按立方米計算，電力按韆瓦小時計算。因此，為瞭求齣不同品種和不同含熱量的能源的總量，需要將它們按各自不同的含熱量摺閤成標準含量的統一計算單位的能源——煤當量或油當量。　　煤當量和油當量分彆是按標準煤和標準油的發熱量計算各種能源量的換算指標，國際能源機構 (IEA)規定： 1kg煤當量 =7000kcAl/kg=29 307kJ/kg或 29.3GJ/t，以及 1kg油當量=10 000kcAl/kg=41 868kJ/kg或 41.9GJ/t。　　目前，我國已經成為世界上第一大能源生産國和能源消費國 [2]。2011年我國一次能源生産總量為 31.8億噸標準煤，其中煤炭占 77.5%，石油占 9.4%，天然氣占　　3.8%，其他(水電、核電、風電等 )占 9.3%；同年，我國一次能源消費總量為 34.78億噸標準煤，其中煤炭占 69.6%，石油占 18.7%，天然氣占 3.9%，其他(水電、核電、風電等 )占 7.8%。今後一段時期，我國仍將處於工業化、城鎮化加快發展階段，能源需求會繼續增長，能源供應保障任務更加艱巨。我國能源形勢嚴峻，主要錶現在以下幾個方麵。　　一是能源資源結構不理想。我國已探明的煤炭資源可采儲量占化石資源總的可采儲量的 93.7%，而石油和天然氣分彆隻占 2.9%和 3.4%，煤炭資源比重偏大，石油、天然氣資源相對較少。　　二是人均能源資源擁有量較低。我國人口眾多，人均能源資源擁有量在世界上處於較低水平。煤炭資源人均擁有量相當於世界平均水平的 50%，石油和天然氣的人均資源量僅為世界平均水平的 5%~6%。　　三是資源儲存與能源消費地域存在明顯差彆。我國能源資源分布廣泛但不均衡，煤炭資源主要儲存在華北、西北地區，石油和天然氣資源主要儲存在東、中、西部地區和海域，而我國主要能源消費地區集中在東南沿海經濟發達地區，大規模、長距離的北煤南運、北油南運、西氣東輸、西電東送是我國能源流嚮的顯著特徵和能源運輸的基本格局。　　四是能源資源開發難度較大。與世界相比，我國煤炭資源地質開采條件較差，大部分儲量需要井下開采，極少量可供露天開采；石油天然氣資源地質條件復雜，埋藏深，勘探開發技術要求較高。　　1.2 綠色植物光閤作用　　光閤作用(photosynthesis)，即光能閤成作用，是植物、藻類和某些細菌，在可見光的照射下，經過光反應和暗反應，利用光閤色素將二氧化碳和水 (細菌為硫化氫和水)轉化為有機物，並釋放齣氧氣(細菌釋放氫氣)的生化過程[3]。　　植物的光閤作用實際上隻在植物的葉和莖中進行，因為在植物的這些部位存有許多葉綠體，葉綠體上分布著許多葉綠素分子，它吸收光能後就互相傳遞並引發一係列的化學反應，如發生光化反應生成氧氣、發生二氧化碳同化反應生成碳水化閤物等。植物光閤作用過程的總反應式為　　光　　CO + HO → CH O +O (1-1)　　22 22　　光閤作用是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環的重要媒介。全球的綠色植物通過光閤作用每年約吸收 7×1011噸二氧化碳和閤成 4.7×1011噸有機物。正是因為有瞭光閤作用，地球上 60多億人類和近 200萬種生物 (其中動物 150多萬種、　　植物 30多萬種)的生命活動所需的食物纔能不斷地得到供應。　　從能量利用角度來看，光閤作用又是一個巨型的能量轉換過程，它是地球上唯一能夠大規模地將太陽能轉變成可以儲存的化學能的生物學過程。雖然通過光閤作用固定的太陽能大約隻占到達地球錶麵太陽能的韆分之一，但其每年閤成的有機物所蘊含的能量非常巨大，約為世界每年所耗能量的 10倍，而目前的利用率不到 3%。　　為什麼光閤作用能把太陽能轉變為化學能儲存起來呢？這是因為化閤物的能量實際上可以看成是形成化閤物的原子之間的化學鍵所儲藏的。從上述光閤作用總反應式可以看齣，反應前和反應後的碳原子、氫原子和氧原子的數目都沒有變化，隻是這三種元素作瞭重新排列，即原子的結閤不同瞭。不同結閤的原子之間的化學鍵所儲藏的能量是不同的，氫氧原子之間的鍵能 (H—O)每摩爾為 460kJ，氧氧原子之間的鍵能 (O—O)每摩爾為 485kJ，氧碳原子之間的鍵能 (O—C)每摩爾為 795kJ，碳氫原子之間的鍵能 (C—H)每摩爾為 385kJ，這樣就可算齣光閤反應前二氧化碳和水的總鍵能是 2510kJ，而光閤反應後氧氣和碳水化閤物的總鍵能是 2050 kJ，如式 (1-2)所示。　　(1-2)　　因此，反應後氧氣和碳水化閤物裏的鍵能比反應前二氧化碳和水裏的鍵能小。鍵能小，就是所處的化學勢位高，容易嚮鍵能大、化學勢位低的方嚮轉化，這種轉化趨勢就是化學能。光閤作用在這裏所得到的化學能是每摩爾 460 kJ。我們利用有機物時，如將有機物燃燒，隻要把 1mol碳水化閤物和 1mol氧氣結閤起來，變成更穩定的 1mol二氧化碳和 1mol水，就可以同時獲得 460 kJ的能量。　　錶 1-1列齣瞭世界上一些植物的乾物質生産與光能利用率 [4]。從錶中可見，不同植物的光閤作用效率存在明顯差異。植物按其光閤作用中碳的同化過程來區分，可以分為三碳(C3)植物和四碳(C4)植物兩種。　　大多數植物同化二氧化碳的途徑都一樣，即二氧化碳進入葉子後，先與腺三磷生成一種叫做磷酸甘油酸的中間化閤物，然後再經若乾次反應生成碳水化閤物。由於磷酸甘油酸是一種具有三個碳原子的化閤物，故這一類型的植物都叫做三碳 (C3)植物。另有一些起源於熱帶地區的植物，它們的碳同化過程在開頭還要先生成一種比較穩定的叫做草酰乙酸的中間化閤物，這個中間化閤物經過一些變化後放齣二氧化碳，然後再如三碳植物一樣，通過磷酸甘油酸而發生一係列同化反應，昀後生成　　碳水化閤物。由於先生成的中間化閤物草酰乙酸有四個碳原子，故這一類型的植物就叫四碳(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個二氧化碳吸收和放齣的過程，故其光閤作用效果比三碳植物好，産量也比三碳植物高。　　錶 1-1世界上一些植物的乾物質生産與光能利用率　　植物 國傢和地區 乾物質生産 /(g/(m2·d)) 光能利用率/%　　高平茅 英國 43 3.5　　黑麥 英國 28 2.5　　羽衣甘藍 英國 21 2.2　　大麥 英國 23 1.8　　溫帶　　玉米 英國 24 3.4　　小麥 荷蘭 18 1.7　　豌豆 荷蘭 20 1.9　　玉米 美國肯塔基 40 3.4　　馬鈴薯美國加利福尼亞 37 2.3 鬆樹澳大利亞 41 2.7 棉花美國佐治亞 27 2.1　　亞熱帶　　水稻澳大利亞 23 1.4 甘蔗美國得剋薩斯 31 2.8　　玉米 美國加利福尼亞 52 2.9　　木薯 馬來西亞 18 2　　水稻 菲律賓 27 2.9　　熱帶 紫狼尾草 薩爾瓦多 39 4.2　　甘蔗 美國夏威夷 37 3.8　　玉米 泰國 31 2.7　　注：這裏的光能利用率是指作物光閤産物中儲藏的能量占照射到地麵能量的百分率　　除植物種類之外，影響光閤作用效率的主要因素還有光照強度、 CO2濃度、水分和溫度等。增加光照強度能夠提升光閤作用的效率，但超過一定範圍之後，光閤作用效率的提升變慢，直到不再提升； CO2是綠色植物光閤作用的原料，在一定範圍內提高它的濃度能夠提升光閤作用的效率，但達到一定值之後，光閤作用的效率將不再提升；水分既是光閤作用的原料，又可影響葉片氣孔的開閉，從而間接影響 CO2的吸收；溫度對光閤作用的影響較為復雜，光閤作用包括光反應和暗反應兩個部分，其中光反應部分受溫度影響小，而暗反應部分則明顯受溫度變化的影響和製約。　　1.3 生物質資源與分類　　“生物質 ”目前還沒有嚴格的定義，不同的專業對其定義也有所不同。根據能量資源的觀點，采用 “一定纍積量的動植物資源和來源於動植物的廢棄物的總稱 (但不包括化石資源 )”作為生物質定義的較多 [5]。因此，生物質不僅包括農作物、木材、海藻等本原型農林水産資源，還包括紙漿廢物、造紙黑液、酒精發酵殘渣等工業有機廢棄物、廚房垃圾、汙水處理廠剩餘汙泥和人畜糞便等。　　生物質不僅種類很多，而且存在量巨大。從能源角度評價生物質資源時，可以把生物質大緻分為兩類(圖 1-1)：一類是生産資源型；另一類是殘餘廢棄型。　　圖 1-1 生物質資源的分類[5]　　我國目前可供能源開發利用的生物質資源主要有各類農作物秸稈、薪柴和森林廢棄物、能源植物、工業有機廢棄物、生活有機垃圾、畜禽糞便等。　　1. 農作物秸稈　　農作物秸稈是指在農業生産過程中，收獲瞭稻榖、小麥、玉米等農作物以後，殘留的不能食用的莖、葉等副産品，以及一些農産品加工後剩餘的皮殼 (如稻殼和花生殼等 )。我國農作物秸稈數量大、種類多、分布廣。但近年來，隨著秸稈産量增加、農村能源結構改善和各類替代原料應用，加上秸稈資源分布不集中、體積能量密度低、收集運輸成本高，以及綜閤利用經濟性差、産業化程度低等原因，秸稈齣現瞭地區性、季節性和結構性的過剩，大量秸稈資源未被有效利用。　　秸稈的資源量可分理論資源量和可收集資源量兩種。　　秸稈理論資源量是指某一區域秸稈的年總産量，錶明理論上該地區每年可能生産的秸稈資源量。因為農作物分布的比較分散，並與當地的自然條件、生産情況有關，統計起來比較睏難。一般是根據農作物産量和各種農作物的草榖比，大緻估算齣各種秸稈的産量，即秸稈理論資源量=農作物産量×草榖比。　　據調查， 2009年全國農作物秸稈理論資源量為 8.20億噸(含水量為 15%)。從品種上看，稻草約為 2.05億噸，占理論資源量的 25%；麥秸為 1.50億噸，占 18.3%；玉米秸為 2.65億噸，占 32.3%；棉稈為 2584萬噸，占 3.2%；油料作物秸稈為 3737萬噸，占 4.6%；豆類秸稈為 2726萬噸，占 3.3%；薯類秸稈為 2243萬噸，占 2.7%。詳見圖 1-2。　　圖 1-2 各種農作物秸稈占總資源量比例[6]　　從區域分布上看，華北區和長江中下遊區的秸稈資源昀為豐富，理論資源量分彆約為 2.33億噸和 1.93億噸，占總量的 28.45%和 23.58%；其次為東北區、西南區和濛新區 (注：內濛古和新疆 )，分彆約為 1.41億噸、 8994萬噸和 5873萬噸，占總量的 17.2%、10.97%和 7.16%；華南區和黃土高原區的秸稈理論資源量較低，分彆約為 5490萬噸和 4404萬噸，占總量的 6.7%和 5.37%；青藏區昀低，僅為 468萬噸，占總量的 0.57%。　　秸稈的可收集資源量是在其理論資源量的基礎上，考慮到許多農作物在收獲過程中需要留茬收割，在秸稈收集和運輸過程中會造成損失而估計得到的。據估算， 2009年全國農作物秸稈可收集資源量約為 6.87億噸，占理論資源量的 83.8%。　　自古以來，秸稈一直是農民的基本生産生活資料，是保證農民生活和農業發展的寶貴資源，可用作肥料、飼料、生活燃料、食用菌基料以及造紙等工業原料等，用途十分廣泛。但是，隨著農村社會發展和農民收入的提高，秸稈的傳統利用方式正在發生轉變。調查結果錶明，秸稈作為肥料使用量約為 1.02億噸(不含根茬還田 )，占可收集資源量的 14.78%；作為飼料使用量約為 2.11億噸，占 30.69%；作為燃料使用量 (含秸稈新型能源化利用 )約為 1.29億噸，占 18.72%；作為種植食用菌基料使用量約為 0.15億噸，占 2.14%；作為造紙等工業原料使用量約為 0.16億噸，占 2.37%；廢棄及焚燒約為 2.15億噸，占 31.31%。詳見圖 1-3。　　圖 1-3 秸稈各種用途占可收集資源量的比例[6]　　較為詳細的我國農作物秸稈資源及其分布參見本章附錄 1-1。　　2. 薪材及森林廢棄物　　占據我國生物質資源第二位的是各種薪材和森林廢棄物等。根據 2008年結束的第七次全國森林資源調查，除香港、澳門、颱灣地區外，我國現有林地麵積 30378.19萬 hm2，森林麵積 19333.00萬 hm2，活立木(注：林地中生長著的林木)總蓄積 145.54億 m3，森林蓄積 133.63億 m3；天然林麵積 11969.25萬 hm2，天然林蓄積 114.02億 m3；人工林保存麵積 6168.84萬 hm2，人工林蓄積 19.61億 m3。　　大體而言，我國森林資源的消耗可以分為三個主要部分：製造木製品、用於工業原料和用於生活燃料。據專傢測算，近年我國可用作林業生物質能的各種薪材和森林廢棄物的年産量達 1億噸，約閤 6000萬噸標準煤。　　3. 能源植物　　能源植物是指以直接用於提供能源為目的的植物。按其所含主要物質進行分類，能源植物主要包括：1糖類能源植物，如甘蔗、甜高粱、甜菜等，主要用於生産糖類原料，經過發酵可以生産燃料乙醇；2澱粉類能源植物，如木薯、玉米、甘薯等，主要用於生産澱粉類原料，經過水解和發酵也可以生産燃料乙醇；3縴維素類能源植物，如速生林和芒草等，經過水解和發酵可以生産燃料乙醇，也可以利用其他技術獲得氣體、液體或固體燃料；4油料能源植物，如油菜、嚮日葵、棕櫚、花生等，提取的油脂可用來生産生物柴油；5烴類能源植物，如續隨子、綠玉樹、古巴香膠樹、銀膠菊、西榖椰子和西濛得木等，提取含烴汁液可以生産接近石油成分的燃料。　　4. 工業有機廢棄物　　工業有機廢棄物分為工業固體有機廢棄物和工業有機廢液兩類。其中，工業固體有機廢棄物主要來自木材加工廠、造紙廠、糖廠和糧食加工廠等，包括木屑、樹皮、蔗渣、榖殼等；工業有機廢液主要來自酒精、釀酒、製糖、食品、製藥、造紙及屠宰等行業生産過程中排齣的有機廢液等。　　我國的紙及紙闆年産量約為 8000萬噸，由此而産生的有機廢棄物總量為 1000萬噸(相當於 500萬噸標準煤 )；我國釀酒廠、糖廠和食品加工廠每年産生的有機廢液大約為 100億噸，這些有機廢液中含有高濃度的 COD，總量約為 350萬噸標準煤。　　5. 生活有機垃圾　　生活有機垃圾主要來自城鎮居民的日常生活，還有一些來自於如學校、醫院、公園等公共場所。據專傢估算，昀近若乾年來，隨著我國城鎮化進程的加快，城鎮生活有機垃圾的産生量和堆積量逐年增加，年均增長率達到 10%以上。目前，我國城鎮生活有機垃圾的總量達 1.5億噸標準煤 /年，平均熱值在 4.18MJ/kg(1000kcAl/kg)左右。　　6. 畜禽糞便　　畜禽糞便也是一種重要的生物質能源。除在牧區有少量的直接燃燒外，畜禽糞便主要是作為沼氣的發酵原料。據估算，中國主要畜禽雞、豬、牛等的糞便資源總量約 8.5億噸，約閤 8000萬噸標準煤，其中大中型養殖場的畜禽糞便是昀易集中開發利用的。我國目前大中型牛、豬、雞場近萬傢，每年糞便資源量約 3億噸，約閤 2000萬噸標準煤。　　1.4 生物質的物理性質　　1.4.1生物質的含水率　　生物質來自於生物，含水率較高，從乾秸稈、乾木屑的含水率 20%以下，到微藻類、發酵殘渣、生物汙泥的含水率 95%以上，差彆較大。在生物質利用，尤其是作為能量轉換利用時，含水率是十分重要的影響因素之一。　　生物質含水率的定義根據研究領域的不同而不同。能源研究中大多采用以下方式來定義含水率：　　含水率= 水分質量×100%　　總質量 總質量=生物質質量水分質量+ 上述定義中，含水率不會超過 100%。而在森林和生態學研究中，含水率大都采用水分質量與生物質質量之比來計算，故含水率有可能超過 100%。本書以總質量中的水分占有量作為含水率的定義，而且如不加特彆說明，所稱的生物質都是含有水分的。附錄 1-2為固體生物質燃料全水分的測定方法。　　1.4.2 生物質的密度　　生物質的密度通常有三種錶示方法，即堆密度、視密度和真密度，對同一種生物質樣，這三種密度的數值依次增大。　　堆密度是指單位體積 (既包括顆粒間的孔隙，也包括顆粒內部的孔隙 )生物質的質量，它反映瞭在自然堆積狀態下單位體積生物質物料的質量。圖 1-4給齣瞭部分生物質物料的堆密度。由圖可見，生物質物料的堆密度差異較大，如木材、木炭、棉秸在內的高密度物料的堆密度在 200~350kg/m3，而大多數農作物秸稈的堆密度卻比較低，如玉米秸和麥秸等低密度秸稈的堆密度大都在 100kg/m3之下。　　視密度是指單位體積 (不包括顆粒間的孔隙，但包括顆粒內部的孔隙 )生物質的質量，可用稱量法 (塗蠟法、塗凡士林法等 )測定。由於存在內部孔隙，故視密度大小與測量方式有很大關係。　　真密度是指單位體積 (既不包括顆粒間的孔隙，也不包括顆粒內部的孔隙 )生物質的質量，可用比重瓶法或其他置換方法來測定。　　……

前言/序言

　　能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。縱觀人類社會發展曆史，從人類學會使用火開始，到工業化的今天，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源技術的改進和提升。
　　改革開放以來，隨著我國經濟和社會的快速發展，我國能源消耗平均以6％-7％的年增長率快速增長，現已成為世界上第一大能源生産國，並已接近成為世界上第一大能源消費國。另一方麵，我國人均能源資源擁有量在世界上卻處於較低水平，其中煤炭資源人均擁有量相當於世界平均水乎的50％，石油和天然氣的人均資源量僅為世界平均水乎的5％-6％。因此，在我國大力研究和開發應用包括生物質能在內的各種可再生能源，意義十分重大。
　　生物質能本質上是綠色植物通過光閤作用轉換和儲存下來的太陽能，也是唯一一種具有碳源的可再生能源。我國生物質資源非常豐富，主要有農作物秸稈、薪柴和森林廢棄物、能源植物、工業有機廢棄物和生活有機垃圾等。采用熱解等現代生物煉製技術將這些可再生的生物質資源轉化為具有較高品質的能源産品，既可以減少石油等化石資源的消耗，又能夠在保護生態環境的同時，開拓新的經濟增長點和促進美好鄉村的建設。
　　本人於1997年年底開始從事生物質能研究。當時本人即將結束在中國科學技術大學的博士後研究，在聆聽瞭浙江大學岑可法院士來學校所做的關於能源利用技術的學術報告後，更加堅信生物質能是很有應用前景的一種可再生能源，故決定選擇生物質熱解作為自己留校工作後的研究方嚮。時光荏苒，17年悄然已過，本人在生物質熱解領域從啓濛到瞭解，從小試到中試，再從中試到示範，一直沒有停止對該項技術的探索和創新。
　　本人能夠在生物質熱解領域追夢至今，當要感謝原中國科學技術大學校長硃清時院士。硃清時先生於19世紀20年代初倡導綠色化學研究，1999年開始關注本人在生物質熱解轉化方麵所做的工作。為支持和加快學校在生物質能領域的研究，硃先生於2001年發起成立瞭中國科學技術大學生物質潔淨能源實驗室，並親自兼任實驗室主任。硃先生除瞭對我們的研究工作給予學術指導外，更是以堅韌不拔的毅力帶領我們申請國傢973計劃等重大項目。硃先生對科學與真理的執著追求，一直深深地影響著本人。
　　本人能夠在生物質熱解領域追夢至今，還要感謝導師、原中國科學院院長路甬祥院士。先生每當獲悉本人在生物質熱解研究方麵取得的進展吋，總是給予勉勵。在本人的生物質熱解液化技術第一次産業化示範開始不久，先生於2007年5月蒞臨現場指導，並欣然命筆題詞：“官産學研結閤，發展生物質可再生能源”。
　　生物質熱解技術因具有工藝過程短、原料適應性強、反應迅速、轉化率高和無汙染物排放等諸多優點而備受人們的廣泛關注。為進一步推動該項技術的研究與應用，本人基於多年的研究積纍撰寫瞭本書。全書內容共7章，分彆講述我國的能源形勢和生物質能特點，生物質的組成、結構和性質，生物質的熱解原理，生物質的熱解炭化、熱解氣化和熱解液化，以及生物油的性質與應用等。全書雖然較好地構成瞭一套完整的生物質熱解技術體係，但在生物質熱解機理方麵的敘述還不夠深入，在生物質熱解技術方麵的敘述還不夠深刻。如果本書能夠對讀者有所啓發，本人將感到莫大的欣慰。
　　本書能列入“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目《2l世紀新能源叢書》，當要感謝中國科學院工程熱物理研究所金紅光院士的大力推薦和殷切勉勵。金先生在燃料化學能梯級利用技術領域所取得的成就和他那“學而不厭、誨人不倦”的品格一直鼓舞著本人、激勵著本人。
　　本書能夠在不太長的時間內編撰完成，還要感謝編者之一、現為華北電力大學副教授的陸強博士。從本科三年級到博士畢業，7年間他一直跟隨本人從事生物質熱解技術的研究，期間共計發錶瞭27篇學術論文，20lO年畢業時榮獲中國科學院院長優秀奬。他承擔瞭本書五分之二的編寫工作。
　　中國科學技術大學生物質潔淨能源實驗室的郭慶祥教授、閻立峰教授、傅堯教授、李全新教授等老師和研究生對於本書的編寫給予瞭大力支持和熱情幫助。在此謹嚮他們錶示衷心的感謝！
　　在本書的編寫過程中，作者廣泛參考瞭國內外已齣版和發錶的相關資料。在此對本書所藉鑒的研究成果的完成者錶示衷心的感謝！
　　本書研究成果是在過去十餘年時間內持續攻關取得的，研究工作得到瞭國傢973計劃（2007CB210203和2013CB228103）、國傢863計劃（2012AA051803）、國傢科技支撐計劃（2007BAD34802）、國傢自然科學基金（5057609l、50876099和50930006）、中國科學院知識創新工程（KGCX2-YW-306-4和KGCX2-Yw．330）和重點部署項目（KGZD—EW一304-3）的寶貴資助。在本書編寫和齣版過程中獲得瞭同行專傢和科學齣版社編輯的很多鼓勵和幫助，在此一並緻以深深的謝意！
　　限於編者水平，書中難免存在不足之處，懇請讀者不吝賜教。
　　硃锡鋒
　　2014年4月

《地球的能量密碼：從地熱到新能源的探索》 本書並非一本關於生物質熱解的學術專著，而是將目光投嚮瞭更為宏大和多元的地球能量體係，試圖揭示隱藏在我們星球深處以及大氣、海洋、土壤中的能量奧秘。本書將帶領讀者穿越時空，從地球的形成之初，探尋地球內部蘊藏的巨量能量——地熱能的來源與演變，理解其如何塑造地貌、驅動闆塊運動，並最終成為人類可持續利用的清潔能源。 我們不會深入探討特定物質（如生物質）在特定工藝（如熱解）下的化學反應機理。相反，本書將以更為廣闊的視角，審視地球係統中不同能量形式的轉換與平衡。我們將考察太陽能如何經過漫長的地質作用，轉化為我們賴以生存的化石燃料，並思考這種轉化過程所耗費的巨長時間尺度。同時，本書也將聚焦於當前和未來的新能源技術，重點闡述這些技術如何巧妙地捕捉、儲存和轉化來自不同自然源頭的能量，以滿足人類不斷增長的能源需求。 第一章：地球的內在火焰——地熱能的奧秘 本章將深入解析地熱能的形成機製，包括地球放射性元素的衰變、原始地球形成時的殘留熱量，以及地球內部物質的對流運動。我們將介紹地熱梯度，解釋為何越深入地底，溫度越高，並探討不同地質構造（如火山帶、地幔柱）與地熱異常的關係。本書將詳細闡述地熱能的分類，從淺層地熱能到高溫地熱能，並介紹各種類型的地熱資源分布特點，例如溫泉、乾熱岩等。我們將重點討論地熱能的開發利用曆史，以及當前世界範圍內地熱發電、地熱供暖、地熱製冷等技術的現狀和發展趨勢，例如閃蒸發電、雙閃發電、地熱泵係統等。本書也將審視地熱能開發的挑戰，包括選址、鑽井技術、環境影響以及經濟性等問題。 第二章：生命的饋贈與曆史的積澱——化石能源的形成與反思 雖然本書不涉及生物質熱解，但我們無法迴避地球上最主要的能源來源之一：化石燃料。本章將追溯煤炭、石油和天然氣億萬年來的形成過程，講述古代生物遺骸如何在高溫高壓的環境下，經過漫長的地質演變，最終轉化為我們熟悉的能源。我們將分析不同化石燃料的化學組成和能量密度，並探討其在全球能源結構中的重要地位。然而，本書並非歌頌化石能源，而是要引導讀者深刻反思其對環境造成的深遠影響，例如溫室氣體排放、空氣汙染以及氣候變化等問題。我們將簡要迴顧化石能源的開采和提煉技術，但更側重於對其可持續性的質疑和對未來能源轉型的呼喚。 第三章：擁抱陽光與風——可再生能源的多元化探索 本章將是本書的重點之一，詳細介紹當前和未來具有巨大潛力的可再生能源技術。我們將從最直接的能源——太陽能齣發，介紹光伏發電、光熱發電的原理、技術發展現狀以及不同應用場景，例如屋頂光伏、太陽能集熱器等。隨後，我們將目光轉嚮風能，深入探討風力發電機的設計原理、不同類型的風力發電機（陸上風機、海上風機），以及風電場的選址和運行管理。海洋能，包括潮汐能、波浪能、溫差能等，也將成為本章的探討對象，我們將介紹這些能源的開發潛力、技術挑戰以及前沿研究進展。此外，本書還將簡要介紹生物能源（不限於熱解），例如生物乙醇、生物柴油等，以及它們在交通運輸和工業領域的應用前景，並思考其與糧食安全、土地利用之間的關係。 第四章：能量的儲存與智能的調配——新能源技術的關鍵 無論何種能源，其高效利用都離不開能量儲存和智能化的管理。本章將聚焦於新能源技術中的關鍵環節。我們將詳細介紹當前主流的儲能技術，包括化學儲能（如鋰離子電池、液流電池）、物理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能）和熱儲能等，分析它們的工作原理、能量密度、循環壽命以及經濟性。本書還將探討氫能作為一種重要的二次能源載體，其製備（如電解水）、儲存和應用（如燃料電池）的最新進展，以及在構建零碳能源體係中的關鍵作用。此外，本書還將介紹智能電網技術，探討如何通過信息技術、通信技術和控製技術，實現能源生産、傳輸、儲存和消費的智能化、高效化和低碳化，從而更好地整閤各類新能源，提高能源利用效率，保障能源供應的穩定性。 第五章：未來的能源圖景——可持續發展的挑戰與機遇 在本書的最後，我們將展望未來的能源發展圖景。我們將深入探討全球能源轉型所麵臨的宏觀挑戰，例如技術瓶頸、政策法規、經濟成本、國際閤作以及公眾接受度等。同時，本書也將強調新能源發展所帶來的巨大機遇，例如創造新的就業機會、促進技術創新、改善環境質量、提升能源獨立性以及實現可持續發展目標。我們將分析不同國傢和地區在能源轉型方麵的戰略和實踐，並思考個人在推動能源革命中的作用。本書旨在激發讀者對能源問題的深入思考，理解地球能量的多樣性，認識到可持續能源的重要性，並積極參與到構建更清潔、更綠色、更美好的未來能源體係的進程中。 本書並非旨在提供某一特定技術（如生物質熱解）的操作指南，而是期望通過對地球能量係統和多元新能源技術的全麵梳理，幫助讀者建立起一個宏觀的、係統的能源觀，從而更好地理解我們所處的時代，並為迎接未來的能源挑戰做好準備。

評分☆☆☆☆☆

我一直對如何有效地處理日益增長的生物質廢棄物感到睏惑，直到我遇到瞭這本書。《生物質熱解原理與技術》，與其說是一本技術專著，不如說是一位睿智的嚮導，帶領我穿越層層迷霧，看到瞭生物質能源化的光明前景。作者並沒有用晦澀難懂的術語堆砌，而是以一種娓娓道來的方式，將復雜的科學原理呈現在我麵前。我尤其欣賞作者在描述熱解過程中的熱力學和動力學行為時，所展現齣的邏輯性和清晰度。那些關於反應速率、活化能、平衡常數等概念，在結閤具體的生物質熱解實例後，變得鮮活而易於理解。我能夠清晰地勾勒齣生物質在高溫作用下，從復雜的有機分子一步步分解，最終轉化為更簡單、更有價值的物質的過程。書中對不同熱解技術的詳盡對比，讓我對它們的適用性和優劣有瞭更深刻的認識。無論是穩健高效的固定床，還是動態靈活的流化床，亦或是追求極緻速度的閃速熱解，作者都對其工作原理、傳熱傳質特點、以及在不同規模和應用場景下的錶現進行瞭細緻的剖析。我曾經對如何最大化生物油的産率和質量感到頭疼，但書中關於熱解溫度、停留時間、加熱速率等關鍵參數對産物分布影響的深入探討，為我提供瞭寶貴的指導。此外，書中對生物油、閤成氣、生物炭的特性及其應用價值的全麵梳理，也讓我看到瞭生物質熱解技術的廣闊市場潛力。從生物燃料到精細化學品，再到土壤改良劑，這些曾經被認為是“垃圾”的生物質，在熱解的“魔法”下，變成瞭寶貴的資源。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我深度思考“能源轉型”這個宏大命題的書籍。它並沒有將生物質熱解技術孤立看待，而是將其置於一個更加廣闊的能源、環境和社會背景下進行審視。我特彆欣賞作者在闡述熱解機理時所錶現齣的細緻入微。那些關於反應路徑、中間産物、以及最終産物形成的科學解釋，讓我對生物質在高溫下的“命運”有瞭更清晰的認識。我能夠理解，為什麼不同的生物質原料，在相似的工藝條件下，會産生截然不同的産物分布。書中對各種熱解工藝（如慢速熱解、快速熱解、閃速熱解）的比較分析，讓我對它們的特點、優勢以及適用範圍有瞭深刻的理解。作者並沒有簡單地羅列技術名稱，而是深入剖析瞭它們在傳熱方式、停留時間、加熱速率等方麵的差異，以及這些差異如何影響最終的産物。我曾經對如何優化熱解過程以獲得高價值的生物炭感到好奇，但本書中關於生物炭的形成機理、物理化學性質以及在土壤改良、吸附材料等領域的應用潛力，為我提供瞭詳實的理論依據。此外，書中對生物油和閤成氣的深度探討，也讓我看到瞭生物質熱解在生産清潔能源和高附加值化學品方麵的巨大潛力。作者在書中關於可持續發展和循環經濟的論述，更是讓我看到瞭生物質熱解技術在構建綠色未來中的重要作用。

評分☆☆☆☆☆

這是一本挑戰瞭我固有認知，並為我打開瞭全新視角的研究著作。它並沒有迴避任何復雜的技術細節，而是以一種極其嚴謹的態度，深入淺齣地剖析瞭生物質熱解的科學本質。我印象最深的是，作者並非簡單地描述熱解現象，而是將其置於一個更廣泛的能量轉化和物質循環的框架內進行考察。書中對熱解動力學和機理的闡釋，讓我理解瞭為何同樣的生物質在不同的條件下會産生截然不同的結果，那些看似隨機的化學變化，實則遵循著精確的物理化學規律。我對作者在探討不同熱解反應器類型時所展現齣的專業性感到由衷欽佩。從固定床的穩定與局限，到流化床的高效與復雜，再到閃速熱解的快速與精密，每一種技術都經過瞭細緻的比較和分析，讓我得以理解其背後的工程學考量和經濟性權衡。書中關於生物質熱解産物（生物油、閤成氣、生物炭）的深度分析，更是讓我看到瞭它們的巨大潛力和多樣性。作者詳細介紹瞭這些産物的化學成分、物理特性，以及在能源、化工、農業等領域的廣泛應用前景，這讓我對“變廢為寶”的設想有瞭更深刻的理解。我曾經對熱解過程中副産物的控製和産物的高值化利用感到疑慮，但本書的深入研究，讓我認識到，通過優化工藝參數和改進催化劑，可以有效地提高目標産物的選擇性，並實現更高附加值的轉化。作者在書中提及的綠色化學和可持續發展理念，更是讓我看到瞭生物質熱解技術在應對氣候變化、構建循環經濟方麵的巨大潛力。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一部關於如何利用自然資源，實現可持續發展的思想啓迪錄。

評分☆☆☆☆☆

這本書，就好像一扇通往綠色能源未來的窗戶，讓我得以窺見那些曾經模糊不清的圖景。它的魅力在於，它不僅僅是關於“做什麼”，更是關於“為什麼”和“如何做”。作者並沒有簡單地將生物質熱解技術列舉一番，而是深刻地挖掘瞭其背後的科學原理。那些看似復雜的化學反應，在作者的筆下變得生動而有趣，我能清晰地感受到每一個碳原子、氫原子、氧原子在高溫作用下，是如何進行一場場精妙的“舞蹈”，最終轉化為能量豐富的産物。書中對於不同熱解條件（如溫度、加熱速率、停留時間）對産物分布和性質影響的分析，極為詳盡，仿佛是一位經驗豐富的煉金術士，在細緻地調配著各種“魔法藥劑”，以期獲得最理想的“黃金”。我尤其喜歡書中關於熱解過程中的傳熱和傳質機製的闡述，這讓我明白瞭為何某些反應器設計能夠更有效地提高産率和能量迴收率，以及如何通過優化操作參數來剋服傳熱傳質的瓶頸。對於生物質預處理技術的介紹，也讓我認識到，熱解並非孤立的環節，而是整個生物質能源化鏈條中的關鍵一環，其前期的準備工作同樣至關重要。書中對生物油、閤成氣、炭的特性及其潛在應用領域的探討，更是讓我看到瞭生物質熱解的廣闊前景。從作為燃料的直接燃燒，到提煉高附加值化學品，再到作為土壤改良劑，這些曾經被視為廢棄物的生物質，在熱解技術的加持下，搖身一變，成為瞭寶貴的資源。作者在探討這些應用時，並沒有止步於理論的層麵，而是引用瞭大量的實例和研究成果，讓我能夠更真切地感受到生物質熱解技術的實際價值和市場潛力。讀完這本書，我不再僅僅將生物質視為一種可再生的能源，更將它看作是一個充滿機遇的“寶庫”，而生物質熱解，就是開啓這個寶庫的金鑰匙。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我對“廢棄物”這一概念産生深刻反思的書。它並沒有止步於描述生物質熱解的“術”，更深入地探討瞭其“道”。我尤其欣賞作者在闡釋熱解機理時所展現齣的嚴謹和清晰。那些關於自由基、裂解、重組等化學過程的描述，在結閤具體的生物質結構後，變得生動而具有啓發性。我能夠理解，為什麼不同的生物質，在相同的熱解條件下，會錶現齣迥異的轉化路徑。書中對各種熱解工藝（如閃速熱解、慢速熱解、氣化）的比較分析，讓我對它們的適用性和優缺點有瞭更全麵的認識。作者並沒有簡單地列舉技術參數，而是深入剖析瞭它們在能量效率、産物選擇性、設備成本等方麵的權衡。我曾經對如何有效地利用生物質熱解産生的閤成氣感到睏惑，但本書中關於閤成氣的組成、特性以及在發電、製氫、生産甲醇等方麵的應用潛力，為我提供瞭詳實的理論依據。此外，書中對生物油的深度分析，也讓我看到瞭它在生産生物燃料和高附加值化學品方麵的巨大價值。作者在書中關於資源化利用和循環經濟的論述，更是讓我看到瞭生物質熱解技術在構建可持續社會中的重要作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書，就如同一次深入的能源探索之旅，將生物質熱解這一看似遙遠的技術，拉近到瞭我的眼前。它並非僅僅是枯燥的理論堆砌，而是充滿瞭探索精神和實踐智慧。我尤其被書中對熱解過程的動力學和熱力學分析所吸引。作者通過嚴謹的數學模型和實驗數據，將生物質在高溫下的復雜化學變化，梳理得井井有條。我能夠清晰地理解，為什麼控製好加熱速率和停留時間，對於獲得目標産物至關重要。書中對不同類型熱解反應器（如固定床、流化床、槳式反應器）的介紹，讓我看到瞭工程技術在實現生物質熱解過程中的關鍵作用。作者不僅描述瞭它們的基本結構和工作原理，更對其在傳熱效率、物料混閤、産物收集等方麵的優缺點進行瞭細緻的分析。我曾經對如何將粗糙的生物油轉化為更有用的燃料或化學品感到迷茫，但本書中關於生物油的組成、性質以及後續加工利用的深入探討，為我提供瞭寶貴的思路。作者對生物炭的詳細分析，也讓我看到瞭它在環境保護和農業增産方麵的巨大潛力。從作為吸附材料去除汙染物，到作為土壤改良劑提高肥力，生物質熱解所能帶來的多重效益，都讓我為之驚嘆。

評分☆☆☆☆☆

這本書，就仿佛一位經驗豐富的嚮導，帶領我深入瞭解生物質熱解這一充滿潛力的綠色技術。它並非簡單地羅列技術要點，而是以一種充滿智慧和洞察力的方式，揭示瞭其背後的科學奧秘。我尤其欣賞作者在解釋熱解過程中的傳熱傳質機製時所展現齣的深度。那些關於對流、傳導、輻射等物理過程的描述，在結閤具體的反應器設計後，變得清晰而易於理解。我能夠明白，為什麼優化的反應器結構和操作參數，能夠顯著提高熱解效率。書中對不同生物質原料（如木質縴維素、畜禽糞便、餐飲垃圾）在熱解過程中的差異性分析，讓我對原料的預處理和選擇有瞭更深刻的認識。作者並沒有將所有生物質視為同一種物質，而是詳細探討瞭它們各自的化學組成、結構特點以及在熱解過程中的獨特錶現。我曾經對如何最大化生物炭的産率和提升其應用價值感到好奇，但本書中關於生物炭的形成機理、形貌特徵以及在吸附、催化、儲能等領域的應用潛力，為我提供瞭詳實的理論依據。此外，書中對生物油和閤成氣的深度分析，也讓我看到瞭它們在能源生産和化學品製造方麵的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

這本書，與其說是一本關於“生物質熱解”的書，不如說是一場關於能源轉型的深度對話。從我翻開第一頁的那一刻起，就仿佛踏進瞭一個充滿未知又引人入勝的領域。作者並非枯燥地羅列公式和實驗數據，而是以一種極富啓發性的方式，將生物質熱解這一看似晦澀的技術，描繪成一股能夠重塑我們能源格局的強大力量。書中對熱解過程的機理進行瞭極為細緻的剖析，從分子層麵的化學反應，到宏觀層麵的能量轉化，都力求用最清晰、最易於理解的語言進行闡釋。我尤其欣賞作者在描述不同類型生物質在熱解過程中錶現齣的差異時，所展現齣的深刻洞察。無論是農業廢棄物、林業殘渣，還是城市有機垃圾，在作者的筆下都仿佛擁有瞭獨立的生命，它們各自承載著獨特的化學組成和結構，也因此在高溫的“洗禮”下，釋放齣截然不同的能量潛力和物質價值。書中對於各種熱解工藝的介紹，更是讓我大開眼界。從傳統的固定床、流化床，到更為先進的閃速熱解、慢速熱解，每一種技術都如同一個精密的工業裝置，在作者的詳細描述下，其工作原理、優缺點、適用範圍都瞭然於胸。尤其是關於反應器設計、傳熱傳質過程的講解，讓我對工業化生産有瞭更直觀的認識。我曾經對熱解産物——生物油、閤成氣和炭的形成機製感到睏惑，但本書的深入探討，讓我明白瞭這些産物並非憑空産生，而是熱解過程中復雜化學反應的必然結果，並且它們各自蘊含著巨大的應用潛力，等待著被進一步開發和利用。閱讀過程中，我常常會被書中關於可持續發展和環境保護的論述所打動。作者並非僅僅聚焦於技術本身，而是將其置於更宏大的社會背景下進行審視，強調生物質熱解作為一種清潔能源技術，在減少溫室氣體排放、緩解資源枯竭方麵的關鍵作用。這種將技術與宏觀目標相結閤的寫作方式，讓我對生物質熱解的未來充滿瞭期待和信心。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我對“循環經濟”和“綠色製造”有瞭更深刻理解的著作。它並沒有僅僅關注生物質熱解的“技術細節”，而是將其置於一個更廣闊的社會和環境框架下進行考察。我特彆欣賞作者在闡述熱解動力學和反應機理時所展現齣的嚴謹和清晰。那些關於鏈式反應、自由基捕獲、催化裂解等化學過程的描述，在結閤具體的生物質組成後，變得生動而具有啓發性。我能夠理解，為什麼通過調節反應條件，可以有選擇性地控製熱解産物的種類和比例。書中對各種先進熱解技術（如微波熱解、等離子體熱解）的介紹，讓我對技術的創新和發展有瞭更直觀的認識。作者並沒有僅僅停留在傳統的反應器類型上，而是積極探索瞭更加高效、清潔的製備方法。我曾經對如何將生物質熱解産生的生物油轉化為高附加值的化學品感到睏惑，但本書中關於生物油的組分分析、分離技術以及在生産香料、樹脂、醫藥中間體等領域的應用潛力，為我提供瞭詳實的理論依據。此外，書中對生物炭的深度分析，也讓我看到瞭它在土壤改良、環境保護和新能源材料領域的巨大價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書，就如同打開瞭一扇通往能源革命的大門，讓我看到瞭生物質熱解這項技術所蘊含的巨大潛力。它並非僅僅是堆砌枯燥的理論和公式，而是以一種引人入勝的方式，將這項看似復雜的技術，描繪得生動而充滿活力。我尤其欣賞作者在解釋熱解機理時所展現齣的深度和廣度。從微觀的分子結構變化，到宏觀的能量傳遞過程，作者都力求做到條理清晰、邏輯嚴謹。我能夠清晰地感受到，生物質中的碳、氫、氧等元素，在高溫的催化下，如何進行一場精妙的“重組”，最終轉化為高能量密度的産物。書中對於不同熱解反應器類型（如固定床、流化床、迴轉窯等）的詳盡介紹，讓我對工業化生産有瞭更直觀的認識。作者不僅描述瞭它們的工作原理，更對其傳熱、傳質、物料輸送等關鍵工程問題進行瞭深入的分析，讓我明白瞭為何某種類型的反應器在特定條件下錶現更優。我曾經對如何提高生物油的産率和質量感到睏惑，但本書中關於熱解溫度、加熱速率、生物質粒徑等關鍵參數對産物分布影響的深入探討，為我提供瞭寶貴的指導。作者對生物油、閤成氣、生物炭這三大主要熱解産物的化學成分、物理特性以及多樣化應用領域的詳細闡述，更是讓我看到瞭這項技術的廣闊前景。從生物燃料的生産，到高附加值化學品的提取，再到作為土壤改良劑，生物質熱解所能帶來的經濟效益和社會效益，都讓我為之振奮。

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