工业催化第二版6.8、6.9

6.8煤的作用6.9生物质能源

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一次能源： 一次能源及可利用的资源储备是国家生存与发张 战略的重要一环，不仅关系和平时期的国计民生， 泛指煤、石油、天然气等矿物燃料。而且涉及国家在战时的动员能力。 20世纪70年代末的两次能源未击中，西方国家 通过煤的气化和甲烷化生产代用天然气(SNG)应 对局面，为煤的清洁加工开发了一些成功的催化工 艺，用于煤脱硫净化处理。在油价持续攀升居高不 下而资源匮乏的今天，再将SNG推向大型化是无出 路的。除南非那样特殊环境，煤直接转换为液体燃 料也不可取。但煤是比气、油储量多的能源，故未 来能源的出路和战略，要估计煤的新作用

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煤 炭

石油水电 天然气

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我国国情：

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6.8.1 中国的煤基醇、醚燃料路线根据国情，未来的能源战略是满足环保的要求，在煤 炭清洁转化的基础上，大力发展煤基燃料。

(1)以脱硫、脱氮的煤气化为核心，将动力与化工循环耦合，发展发电与化学品(甲醇和DME)联产技术 (2)以甲醇和DME取代汽油、柴油，发展清洁价廉的交通用 燃料。 (3)由甲醇/DME经重整制富氢(醇、醚氢),发展

PEM型燃料电池，组合成兆瓦级电站。目前已建成15万吨级DME装置(山东)计划建100万吨级DME装置

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6.8.2

美国化石能源计划——Vision21

美国能源部于2002年出台了以煤为基础的零排放化 石能源计划。该计划由政府牵头，组成“政府—企业— 研究院”协同运作的联合机制，采用创新技术和多种能 源的混合路线，包括化石能源、核能混合可再生能源， 但未来能源的主体仍是煤炭。该计划的集成技术包括： 煤的气化和FC提供发电，同时副产车用燃料和化工原料； 特别强调未来能源生产中化学和化学工程学的关键作用。 “Vision21”特别强调CO2管理，因为会影响全球的 大气环境变化。

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美国化石能源计划——Vision21

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6.8.3 洲模式

丹麦Topsoc组合能源计划 ——欧

该方案是煤基型能源开发计划，可以作 为欧洲模式。IGCC代表联合循环的动力装 置，是荷兰Shell公司的煤气化技术，发电 效率较传统的要高，达43%。在IGCC装置中， H2和甲醇(DME和F-T柴油)可以通过强制 合成廉价的生产，作为IGCC的副产物。

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煤气化(高压35-50bar)——联合循化动力装置

此方案中，煤和其他重化石燃料(油砂、石油 焦)在未来能源供应中仍占重要地位，而合成燃 料可以通过合成单元廉价获得。

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生物质 ——自然能的一种，是地面或海面在太 阳能的蓄积过程中通过光合作用生成的。 生物能 ——由植物体形成的，通过水和二氧化 碳对有机物 的 糖类、淀粉，以维持其 各项生命活动。1 光合作用： CO 2 H 2 O C 6 H12 O 6

O 2 6 0.47 kJ

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动 物 ——自身无法由无机物合成有机物， 只能用植物产生的有机物摄入体内产生能量 维持生命，排出的粪便及和尸体包含的有机 物经微生物氧化分解再还原成CO2、H2O、 CH4、NH3等

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生物质能主要蓄积在森林中植物(生产者)

通过无机物、有机物形态的转 变，形成物质、能量的循环

动物(消费者)

微生物(分解者)

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生物质能利用途经(1)能源植物 主要利用含烃植物，将此类植物的树汁干馏即 可以得到“石油替代品”,目前较关注的只有 青珊瑚草等若干种。

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生物质能利用途经(2)直接烧木柴和木炭 这些燃料在历史上曾作为人类的主要能源，为 人类文明发挥了重要作用。但随着化石燃料的 发展，现金用量大为减少。

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生物质能利用途经(3)生物质经发酵转化成酒精燃料淀粉和糖造酒(乙醇)的化学反应：

C6H12O5 H2O C6H12O6 2C2H5OH 2CO2

我国于 2005年2月28日正式制定《可再生能源法》, 目前世界上生产甘蔗能源酒精产量最高的国家是巴 将可再生能源(包括生物质能)的开发利用列为能源 西，其酒精年产量在 130亿升左右。巴西开发的汽车 发展优先领域。 用酒精燃料分为含水( 6%)和不含水(0.5%)乙醇两 种，前者直接作为燃料，后者按25%比例添加到汽油 中制成混合燃料，普通汽车不用改装即可使用。巴西 是世界上唯一不供应纯汽油的国家，也是世界上用酒 精汽车燃料最为成功的国家。

淀粉

糖

乙醇

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生物质能利用途经(4)生物质经厌氧发酵成沼气 生物质体内的碳水化合物、脂肪、蛋白质等有 机物，处于泥水池沼、湖底等地，在与大气和 氧气隔绝的条件下，经过厌氧型微生物的发酵 作用，分解转化成CO2、H2O、CH4、NH3、H2 等，,其中主要是甲烷，这种混合气体称为沼 气。厌氧发酵技术既可用于治污，也可用于产 能，故备受关注。

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生物质能利用途经(5)生物质催化汽化发展成高密度高热焓能源生物质能虽然有许多优点，但是借助前述几种方法 得到的能力强度低、热焓低，特别是与石油能源相比 较很突出，为此，我国学者提出了生物质催化气化转 化的新思路。 生物质气化转化经历三类连串反应工程：裂解、变 换和调变工程。裂解是将生物质转化为气态物、水溶 性有机物、焦和炭等。采用催化剂可强化转化的速度 和深度；提高目的产物的收率；变换是将焦和炭经水 蒸气转化为气态和水溶性有机物；调变是将上述两类 反应物经变换和缩合等过程，以改善燃料气的组成和 品质。

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二甲醚又称甲醚，简称DME,在常压下是一种无 色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度

(20℃)0.666,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃, 室温下蒸气压约为0.5MPA,与石油液化气(LPG) 相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有 机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热 (气态)1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自 动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条 件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。 DME是目前世界上普遍看好的未来超清洁燃料， 具有较高的十六烷值，非常适用于压然式发动机， 可以取代柴油作为车用燃料。