生物质能源发酵省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、生物质能源发酵n第1页目录目录v1.1.生物质能源介绍生物质能源介绍v2.2.生物质能源利用技术生物质能源利用技术v3.3.沼气发酵技术沼气发酵技术v4.4.乙醇发酵技术乙醇发酵技术v5.5.生物制氢技术生物制氢技术n第2页l生物质能源就是生物质能源就是太阳能以化学能形式太阳能以化学能形式贮存在生物质中能量形式,即以生物质为贮存在生物质中能量形式,即以生物质为载体能量载体能量。l它它直接或间接地起源于绿色植物光合作用,可转化为常规固态、液态和气态燃直接或间接地起源于绿色植物光合作用,可转化为常规固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,料,取之不尽、用之不竭,是唯一是唯一一个可再生碳源。一个可
2、再生碳源。n第3页生物质能源特点生物质能源特点l可可再生性再生性l生物质能源属可再生资源,生物质能源因为经过植物光合作用能够再生;l低低污染性污染性l生物质硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成SOX、NOX较少;l广泛广泛分布性分布性l缺乏煤炭地域,可充分利用生物质能源;l总量丰富总量丰富l生物质能源是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。n第4页生物质能源现实生物质能源现实状况状况l人类对能源需求趋势改变人类对能源需求趋势改变 ,生物质能源含有资源丰富、可再生、低污染等优,生物质能源含有资源丰富、可再生、低污染等优点。点。l与传统燃烧方式相比,当代生物质能源利用更多是借助热化学、生物化学等与
3、传统燃烧方式相比,当代生物质能源利用更多是借助热化学、生物化学等伎俩,经过一系列先进转换技术,生产出固液气等高端能源来代替化石燃料,伎俩,经过一系列先进转换技术,生产出固液气等高端能源来代替化石燃料,为人类生产生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。为人类生产生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。l生物质能源占世界能源消耗生物质能源占世界能源消耗14%14%。n第5页生物质能源利用技术生物质能源利用技术v(1)(1)农林业废料、秸秆、玉米秸、不成材木头、动物粪便等含有能源利用价值农林业废料、秸秆、玉米秸、不成材木头、动物粪便等含有能源利用价值废物、造纸行业富含纤维素废水,
4、其它生物燃料工艺所残留生物废渣。废物、造纸行业富含纤维素废水,其它生物燃料工艺所残留生物废渣。v(2)(2)专门能源作物。在一些并不适合传统农作物生长地方,种植速生林、柳枝专门能源作物。在一些并不适合传统农作物生长地方,种植速生林、柳枝稷、大象草等高产能源作物,为生产生物燃料提供原料。稷、大象草等高产能源作物,为生产生物燃料提供原料。n第6页一、固化成型技术一、固化成型技术v固化成型技术是指以固化成型技术是指以无定形生物质无定形生物质(如木材屑末下脚料、植物庄稼秸秆、各种糠(如木材屑末下脚料、植物庄稼秸秆、各种糠渣谷壳等)为原料,经过一定温度和机械压力作用下,利用固化成型设备挤压制渣谷壳等)为
5、原料,经过一定温度和机械压力作用下,利用固化成型设备挤压制成成颗粒型、棒型、块型颗粒型、棒型、块型等燃料,便于集中利用,从而改进生物质原有性能、提升等燃料,便于集中利用,从而改进生物质原有性能、提升热效率,热效率,v深入脱烟碳化后可制成清洁炭,到达高效、清洁、深入脱烟碳化后可制成清洁炭,到达高效、清洁、COCO2 2 低排放优点,是一个简单低排放优点,是一个简单可行生物质能源生产技术,可行生物质能源生产技术,n第7页生物质固化成型工艺流程生物质固化成型工艺流程n原料原料 n预处理预处理n 粉碎粉碎n干燥干燥n成型成型n碳化碳化n木炭木炭n第8页二、生物化学加工利用技术二、生物化学加工利用技术n
6、沼气发沼气发酵酵n乙醇发乙醇发酵酵n发酵制发酵制氢氢n生物柴生物柴油合成油合成nv生物质在微生物发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品生物质在微生物发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品n第9页1.1.沼气发酵沼气发酵v沼气沼气是有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下,经各种微生是有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下,经各种微生物发酵及分解作用而产生一个混合可燃气体。物发酵及分解作用而产生一个混合可燃气体。n20%20%-40%CO40%CO2 2n50%50%-80%CH80%CH4 4n0%0%-5%He5%Hen0.4%O0.4%O2 2n0.1%0.1%-3%H3%H2 2S
7、 Sn1%H1%H2 2n第10页v沼气发酵工艺是指在沼气发酵工艺是指在厌氧条件厌氧条件下下,经过经过沼气发酵微生物沼气发酵微生物活动活动,处理处理有机废物有机废物并制取并制取沼气沼气技术与装备技术与装备,也称为厌氧消化工艺。也称为厌氧消化工艺。v沼气发酵可沼气发酵可生产沼气作为能源生产沼气作为能源,又可处理有机废物又可处理有机废物(包含废水和固废包含废水和固废)以保护以保护环境环境,经沼气发酵后经沼气发酵后沼渣沼渣、沼液沼液是优化有机肥料。是优化有机肥料。v因为开发可再生生物质能源及环境保护需要因为开发可再生生物质能源及环境保护需要,在科学研究推进下在科学研究推进下,沼气发酵沼气发酵工艺得到
8、快速发展。工艺得到快速发展。沼气发酵工艺沼气发酵工艺n第11页v沼气发酵又称厌氧消化沼气发酵又称厌氧消化,是指各种有机物在厌氧条件下是指各种有机物在厌氧条件下,被各类沼气发酵微生被各类沼气发酵微生物分解转化物分解转化,最终生成沼气过程。最终生成沼气过程。v当前为大家所公认沼气发酵过程如图所表示当前为大家所公认沼气发酵过程如图所表示,其中共有五大类群细菌参加沼气其中共有五大类群细菌参加沼气发酵活动。发酵活动。他们是他们是:发酵性细菌发酵性细菌;产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌;耗氢产乙酸菌耗氢产乙酸菌;食氢产甲烷菌食氢产甲烷菌;食乙酸产甲烷菌。各种复杂有机物食乙酸产甲烷菌。各种复杂有机物,不论是固体或溶
9、解状不论是固体或溶解状态态,都能够经微生物作用而最终生成沼气。都能够经微生物作用而最终生成沼气。沼气发酵原理沼气发酵原理n第12页v可作为沼气发酵原料有机物种类繁多可作为沼气发酵原料有机物种类繁多,如禽畜粪便、如禽畜粪便、作物秸秆、作物秸秆、食品加工废食品加工废物和废水物和废水,以及酒精废料等以及酒精废料等,其主要化学成份为多糖、其主要化学成份为多糖、蛋白质和脂类。蛋白质和脂类。沼气发酵原料沼气发酵原料n第13页发酵细菌分泌发酵细菌分泌胞外酶胞外酶将发酵原料中将发酵原料中大分子有机物质水解大分子有机物质水解,经过发酵作用将它们,经过发酵作用将它们转化为转化为乙酸、乙酸、丙酸等有机酸和醇类及少许
10、氢气、丙酸等有机酸和醇类及少许氢气、二氧化碳二氧化碳。蛋白质蛋白质,细菌合成细胞物质,多出深入被分解生成氨和硫化氢等。蛋白质含量细菌合成细胞物质,多出深入被分解生成氨和硫化氢等。蛋白质含量多少多少,直接影响沼气中氨及硫化氢含量直接影响沼气中氨及硫化氢含量,而氨基酸分解时所生成有机酸类而氨基酸分解时所生成有机酸类,则则可继续转化而生成甲烷、可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶作用下脂类物质在细菌脂肪酶作用下,首先水解生成甘油和脂肪酸首先水解生成甘油和脂肪酸,甘油可深入按糖甘油可深入按糖代谢路径被分解代谢路径被分解,脂肪酸则深入被微生物分解成乙酸。脂肪酸则深入被微
11、生物分解成乙酸。沼气发酵过程沼气发酵过程液化阶段液化阶段n第14页l产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生有机酸和醇类发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生有机酸和醇类,除甲酸、除甲酸、乙酸和甲乙酸和甲醇外醇外,均不能被产甲烷菌所利用均不能被产甲烷菌所利用,必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。氢和二氧化碳。l耗氢产酸菌耗氢产酸菌耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌,这是一类既能自养生活又能异养生活混合营这是一类既能自养生活又能异养生活混合营养型细菌。它们既能利用养型细菌。它们既能利用H H2 2+CO+C
12、O2 2 生成乙酸生成乙酸,也能代谢产生乙酸。经过上述微也能代谢产生乙酸。经过上述微生物活动生物活动,各种复杂有机物可生成有机酸和各种复杂有机物可生成有机酸和H H2 2、COCO2 2 等。等。沼气发酵过程沼气发酵过程产酸阶段产酸阶段n第15页v产甲烷菌包含食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。产甲烷菌包含食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。由由COCO2 2 和和H H2 2 产生甲烷反应为产生甲烷反应为:CO:CO2 2+4H+4H2 2CHCH4 4+H+H2 2O O 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为:CH:CH3 3COOHCHCOOHCH4 4+
13、CO+CO2 2;CHCH3 3COONHCOONH4 4+H+H2 2OCHOCH4 4+NH+NH4 4+HCO+HCO3 3-沼气发酵过程沼气发酵过程产甲烷阶段产甲烷阶段n第16页v适宜发酵温度适宜发酵温度常温发酵常温发酵10301030,在这个温度条件下,产气率可为,在这个温度条件下,产气率可为0.15-0.3m0.15-0.3m3 3/m/m3 3d;d;中温发酵中温发酵30453045,在这个温度条件下,在这个温度条件下,池容产气率可达池容产气率可达1m1m3 3/m/m3 3d;d;高温发酵高温发酵45604560,在这个温度条件下,池容产气率可达,在这个温度条件下,池容产气率可
14、达2-2.5m2-2.5m3 3/m/m3 3d d左右。左右。沼气发酵最济温度条件是沼气发酵最济温度条件是35,35,即中温发酵。即中温发酵。沼气发酵过程中基本条件沼气发酵过程中基本条件n第17页发酵液浓度范围是发酵液浓度范围是2%30%2%30%。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%20%以上称为干发酵。以上称为干发酵。农村户用沼气池发酵液浓度可依据原料多少和用气需要以及季节改变来调整。农村户用沼气池发酵液浓度可依据原料多少和用气需要以及季节改变来调整。夏季料浓度为夏季料浓度为56%;56%;冬季冬季1012%;1012%;工艺要求发酵液浓度为工艺要求发酵液浓
15、度为58%58%。适宜发酵液浓度适宜发酵液浓度n第18页沼气发酵微生物对碳素需要量最多沼气发酵微生物对碳素需要量最多,其次是氮素其次是氮素,我们把微生物对碳素和我们把微生物对碳素和氮素需要量比值氮素需要量比值,叫做碳氮比叫做碳氮比,用用“C:N”C:N”来表示。当前普通采取来表示。当前普通采取C:N C:N=25:1=25:1。但并不十分严格。但并不十分严格,20:1,20:1、25:125:1、30:1 30:1 都可正常发酵。都可正常发酵。碳碳/氮比氮比(C:N)(C:N)适宜酸碱度适宜酸碱度(pH(pH值值)沼气发酵适宜酸碱度为沼气发酵适宜酸碱度为pH=6.5pH=6.5 7.57.5。
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