《生物質能利用原理與技術》全面介紹了生物質能利用原理與技術，闡述了生物質能的基礎理論，介紹了各種工藝技術的能源轉化機理和工藝原理。幾乎涉及了所有的成熟技術，包括直接燃燒技術、厭氧過程與沼氣技術、生物質壓縮成型燃燒技術、生物質氣化技術、燃料乙醇技術、熱裂解技術、生物質治氫、合成燃料技術、植物油與生物柴油技術、城市生活垃圾處理技術和微生物燃料電池。
《生物質能利用原理與技術》一書希望為從事和關心生物質能工作的人們提供一些有益的幫助，包括從事科學研究工作、技術開發人員和企業界人士，以及相關院校教師和學生。
適讀人群 ：從事科學研究工作、技術開發人員和企業界人士，以及相關院校教師和學生。
生物質能（biomass energy），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯1一種可再生的碳源。
本書內容豐富、深入淺出、圖例眾多，希望為致力于從事生物質能研究的有識之士提供一些啟發和幫助。
煤和石油等化石資源是當今社會的主要能源物質。隨著歷史的進程，它們失去了再生的條件，大量消耗必將導致快速枯竭，同時也帶來嚴重的環境污染。因而，以化石資源為基礎的現代工業化社會的發展模式是難以持續的。尋找可再生性替代能源，已成為維持人類社會可持續發展的緊迫任務。
生物質能，就是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。在迫切解決能源危機和環境污染兩大問題的壓力下，世界各國政府投入了大量的人力和財力，近年來生物質能取得了飛速發展。在世界范圍內，每年都有大量的論文和專利報道了生物質能利用技術的進展，每年都有大量的工業化裝置和中試裝置在運行或在建。
本書在簡單介紹生物質能傳統理論的基礎上，大量引入了近年來生物質能領域取得的新理論工藝方法等知識，新增了生物質合成燃料技術和微生物燃料電池兩章內容，而且還重點介紹了生物質能在產業化方面取得的進展突破、存在問題與解決方案，并對未來發展趨勢作了詳細探討。本書是該領域內一本難得的實用性強、內容新穎全面的著作。
本書作者全部來自國內生物質能領域著名科研機構和高校的一線科研教學人員，有著多年的理論知識積累和豐富的實踐經驗。本書章總論由袁振宏、郭穎和許潔撰寫，第二章生物質能資源與能源植物由田宜水、李昌珠、王忠銘、張良波、王聞、尚常花和李培旺撰寫，第三章生物質直接燃燒技術由周勁松、陳漢平、莊新姝、余春江、譚雪松、許潔撰寫，第四章厭氧過程與沼氣技術由蔡昌達、孫永明和李連華撰寫，第五章生物質壓縮成型燃料技術由雷廷宙、姜洋、李偉振、何曉峰和劉姝娜撰寫，第六章生物質氣化技術由吳創之、許敏、陰秀麗、張曉東、周肇秋和劉華財撰寫，第七章生物質燃料乙醇技術由趙海、許敬亮、肖明松、莊新姝、張宇、荊艷玲、余強、劉云云、譚雪松和周桂雄撰寫，第八章生物質熱裂解技術由易維明、朱錫鋒和亓偉撰寫，第九章生物質制氫由閆常峰、張全國和朱順妮撰寫，第十章生物質合成燃料技術由馬隆龍、王鐵軍、張琦和徐惠娟撰寫，第十一章植物油與生物柴油技術由李昌珠、羅文、肖志紅、楊玲梅、劉汝寬、呂鵬梅撰寫，第十二章城市生活垃圾處理技術由李海濱、劉曉風、李東和甄峰撰寫，第十三章微生物燃料電池由孔曉英、孫冬梅、楊改秀、李穎和鄧歡撰寫。
作者試圖努力使本書為從事和關心能源轉化工作的人們提供一些有益的幫助，包括從事科學研究、技術開發和企業界的人士等，甚至希望本領域高等院校教師和學生也能夠從中受益。但是，本領域科技發展日新月異，對科技進展介紹，難免疏漏之處，敬請讀者批評指正，不勝感激。
編著者
袁振宏， 研究員，博士生導師，1982年畢業于遼寧大學微生物專業，2006獲得華東理工大學化學工藝博士學位。現為中國科學院廣州能源研究所生物質能中心首席科學家，中國可再生能源學會常務理事、生物質能專業委員會主任委員，曾任“十五”國家高技術發展計劃（863）后續能源主題專家組專職專家、副組長，“十一五”國家高技術發展計劃（863）先進能源領域專家組副組長、國家973計劃第三屆（2007-2012）和第四屆（2013-2018）能源領域專家咨詢組專家。
袁振宏研究員長期從事生物質能技術的開發與研究，研究方向主要包括：生物質能生化轉化技術（生物柴油、燃料乙醇、沼氣等），生物質能資源開發（能源植物藻類等），我國生物質能源及其開發技術的發展戰略（技術經濟評價、發展方向、路線圖和政策等）等，是生物質能源領域的國內外專家。近十年來，發表科研論文100余篇，編輯出版專著5部，申請專利80多項，其中授權專利達50余項。曾先后獲得2011年度九三學社廣東省委“建功立業獎”、2011年度國務院“自然科學研究發展貢獻”政府特殊津貼、2012年度國家能源局科技進步二等獎、2013年度廣東省科技進步一等獎和2014年度“林內伯恩獎”。
第一章總論1
第一節生物質能的能源地位1
一、世界生物質能源消費2
二、中國生物質能源消費3
第二節生物質能利用技術4
第三節國外生物質能開發利用概況4
一、美國5
二、巴西6
三、歐洲7
第四節中國生物質能開發利用現狀8
一、生物燃氣8
二、液體燃料9
三、生物質固體成型燃料10
四、生物質發電11
第五節生物質能在中國未來可持續發展戰略中的地位11
第六節中國生物質能源發展方向與對策13
第二章生物質能資源與能源植物15
第一節生物質能的物質基礎15
一、光合作用15
二、生物質原料類型16
三、生物質能資源的特點17
四、生物質的化學組成18
五、生物質燃料的熱值19
第二節我國現有生物質資源20
一、農作物秸稈20
二、畜禽糞便21
三、林業三剩物22
四、淀粉類資源23
五、糖類資源24
六、廢棄食用油脂25
七、城鎮生活垃圾26
八、工業有機廢水26
第三節能源植物28
一、能源作物的概念28
二、能源植物品種改良技術29
三、農業能源作物32
四、木本油料能源植物43
五、烴類能源植物47
六、木質能源林48
七、多年生草本能源作物51
第四節產油微藻53
一、產油微藻的種類53
二、微藻的分離和選育53
三、微藻培養55
四、微藻收獲和油脂提取56
五、微藻的綜合利用57
第五節我國生物質能資源預測57
一、農作物秸稈57
二、林業剩余物59
三、木質能源林59
四、非糧能源作物59
五、油料能源林60
六、廢棄食用油脂60
七、工業有機廢水61
八、畜禽糞便61
第三章生物質直接燃燒技術62
第一節生物質燃燒原理62
一、生物質燃燒過程62
二、生物質燃燒組織特點66
三、生物質燃燒污染物排放69
第二節民用生物質爐灶71
一、炊事爐72
二、炊事采暖爐75
三、采暖爐76
四、節能灶76
第三節工業生物質燃燒技術與應用79
一、生物質燃燒技術80
二、生物質熱風爐81
三、供熱工業鍋爐82
四、直燃發電鍋爐84
五、混燃鍋爐85
第四章厭氧過程與沼氣技術87
第一節概念及原理87
一、基本概念87
二、發酵原理87
三、產甲烷代謝途徑88
四、發酵微生物91
五、微生物調控工藝95
第二節工藝技術與設備97
一、前處理設備及工藝97
二、進料設備100
三、攪拌裝置101
四、沼氣工程厭氧反應器和工藝流程101
五、沼氣儲存118
六、沼氣高值化利用工藝及設備121
七、沼液、沼渣綜合利用132
第三節工程案例及模式133
一、熱電聯產工程案例134
二、車用生物燃氣工程案例136
三、管道及集中供氣工程案例138
第五章生物質壓縮成型燃料技術140
第一節生物質成型燃料概念與原理140
一、生物質成型燃料概念140
二、生物質成型燃料發展歷史141
三、生物質成型燃料性質142
四、生物質壓縮成型原理144
第二節生物質壓縮成型技術及設備145
一、生物質壓縮成型預處理技術及設備145
二、生物質顆粒燃料成型技術及設備147
三、生物質塊狀燃料成型技術及設備152
四、生物質棒狀燃料成型技術及設備157
五、生物質成型燃料工業化生產系統158
第三節生物質成型燃料應用技術及設備162
一、生物質成型燃料燃燒技術及設備162
二、生物質成型燃料氣化技術及設備164
三、生物質成型燃料戶用技術及設備165
四、用于炭基緩釋肥技術及設備166
第四節生物質成型燃料應用實例167
一、生物質成型燃料規模化生產應用實例167
二、生物質成型燃料燃燒供熱應用實例170
第五節生物質成型燃料技術及產業發展趨勢170
一、技術發展趨勢170
二、產業發展趨勢171
第六章生物質氣化技術173
第一節生物質氣化原理173
一、生物質氣化的概念173
二、生物質氣化的基本熱化學反應174
第二節生物質氣化系統及裝置175
一、生物質氣化系統175
二、氣化裝置的類型176
三、固定床氣化裝置及應用177
四、流化床氣化裝置及應用181
五、氣化裝置性能及主要參數185
第三節生物質燃氣的凈化187
一、生物質燃氣中的雜質187
二、焦油特點及危害187
三、燃氣凈化方法及設備188
四、燃氣凈化系統的選型原則190
第四節生物質氣化技術的應用190
一、生物質氣化集中供氣190
二、生物質氣化發電191
三、生物質氣化燃氣的熱利用194
四、生物質氣化用于化工合成196
第七章生物質燃料乙醇技術199
第一節乙醇的性質與用途199
一、乙醇的理化性質199
二、乙醇與汽油柴油性能對比199
三、內燃機的乙醇代用燃料199
第二節燃料乙醇生產原理201
一、乙醇生產的主要方法201
二、乙醇發酵的生化反應過程203
三、乙醇發酵的微生物學基礎206
四、乙醇發酵微生物的選育210
第三節淀粉質原料的乙醇生產213
一、原料粉碎213
二、蒸煮糊化214
三、糖化工藝216
四、酒母的培養217
五、乙醇發酵217
六、乙醇提取與精制219
七、淀粉質燃料乙醇生產工程案例220
第四節糖質原料的乙醇生產220
一、糖質原料的類型221
二、糖蜜原料生產乙醇的特點221
三、糖蜜生產乙醇的工藝流程222
四、糖蜜的乙醇發酵227
五、甜高粱莖稈制取乙醇228
六、甜高粱莖稈制取燃料乙醇生產案例231
第五節纖維素原料的乙醇生產240
一、纖維素乙醇制備過程及基本原理241
二、纖維素原料預處理241
三、纖維素原料酶解及乙醇發酵243
四、纖維素乙醇生產案例分析247
第六節燃料乙醇生產經濟性分析247
一、淀粉類原料燃料乙醇生產的經濟性分析248
二、糖類原料燃料乙醇生產的經濟性分析250
三、纖維素原料燃料乙醇生產的經濟性分析252
第七節燃料乙醇生產的環境影響及控制255
一、燃料乙醇生產的污染物形成途徑256
二、燃料乙醇生產的廢棄物處理258
三、燃料乙醇生產的污染控制261
第八節國內外用生物質開發乙醇燃料概況263
一、乙醇燃料的研究與發展263
二、中國燃料乙醇工業現狀265
三、中國燃料乙醇發展展望269
第八章生物質熱裂解技術271
第一節生物質熱裂解原理與技術271
一、生物質熱裂解的概念271
二、生物質快速熱解特性272
三、生物質熱裂解工藝273
四、生物質熱裂解技術應用案例281
第二節生物油提質與應用284
一、生物油的理化性質284
二、生物油加氫脫氧改質技術289
三、生物油催化裂解改質技術292
四、生物油催化酯化改質技術297
五、生物油水蒸氣重整制氫技術299
六、生物油乳化技術301
七、生物油燃燒技術305
八、生物油應用案例309
第三節生物質炭化燃料312
一、主要炭化工藝312
二、生物炭的性質及應用316
三、生物質干餾氣的應用319
四、生物質炭化案例324
第九章生物質制氫329
第一節氫能329
一、氫能簡介329
二、氫的基本性質329
三、氫的生物質制備方法330
四、氫能的開發利用331
第二節生物質熱化學制氫331
一、簡介331
二、生物質制氫反應熱力學331
三、生物質熱解制氫332
四、生物質氣化制氫333
五、生物質超臨界水熱法制氫334
六、固體熱載法生物質氣化制氫336
七、富氫氣體的潔凈與純化340
第三節生物質衍生燃料重整催化制氫343
一、簡介343
二、生物油制氫343
三、甲醇制氫346
四、乙醇制氫349
五、二甲醚制氫354
第四節生物法制氫357
一、簡介357
二、直接生物光解制氫358
三、間接生物光解制氫358
四、光發酵制氫359
五、暗發酵制氫361
六、生物法水氣變化制氫365
第十章生物質合成燃料技術367
第一節合成氣催化合成液體燃料367
一、合成氣催化合成液體燃料的基本原理368
二、合成氣催化合成甲醇368
三、合成氣催化合成二甲醚375
四、合成氣催化合成低碳混合醇378
五、合成氣催化合成柴油385
六、合成氣經由甲醇/二甲醚合成汽油385
第二節生物質水相化學催化合成液體燃料386
一、生物質水相化學催化合成液體燃料的基本原理387
二、生物質化學催化合成C5～C6液體烷烴395
三、生物質水相化學催化合成C8～C15液體烷烴398
四、生物質水相化學催化合成含氧液體燃料402
第三節烯烴齊聚合成液體燃料403
一、烯烴齊聚合成液體燃料的基本原理403
二、烯烴齊聚合成汽油404
三、烯烴齊聚合成航空燃油404
第十一章植物油與生物柴油技術406
第一節植物油燃料406
一、植物油的理化性質406
二、植物油直接作燃料油的方法408
三、植物油制取工藝409
四、菜籽油燃料的試驗實例411
五、棉籽油柴油混合燃料實例411
第二節生物柴油技術413
一、生物柴油生產原理413
二、生物柴油生產技術415
三、工藝流程與參數設計416
四、案例分析423
五、各國生物柴油產業發展動態425
六、生物柴油環境影響評價427
第十二章城市生活垃圾處理技術429
第一節城市生活垃圾的特征429
一、國外城市生活垃圾特點429
二、國內城市生活垃圾特點430
三、中國城市生活垃圾清運量及處理現狀431
第二節城市生活垃圾處理和利用技術434
一、衛生填埋434
二、焚燒發電439
三、好氧堆肥446
四、厭氧消化450
第三節城市生活垃圾處理案例454
一、北京六里屯垃圾衛生填埋場454
二、廣州李坑垃圾焚燒發電廠457
三、北京南宮生活垃圾堆肥廠458
四、重慶黑石子餐廚垃圾厭氧消化廠460
第四節城市生活垃圾處理展望462
一、城市生活垃圾源頭分類收集462
二、混雜城市生活垃圾機械分選463
三、城市生活垃圾機械生物綜合處理466
第十三章微生物燃料電池468
第一節微生物燃料電池基礎468
一、微生物燃料電池的發展歷史468
二、微生物燃料電池技術發展歷程469
三、電池的導電機理470
四、MFC工作原理471
五、產電微生物電子傳遞機理472
第二節微生物燃料電池技術473
一、產電微生物473
二、產電底物475
三、電池材料477
四、MFC構型478
第三節微生物燃料電池表征技術479
一、電化學表征技術479
二、庫侖效率與能量效率482
三、電池內阻483
四、污水的降解效果484
五、能量利用率484
六、其他484
第四節MFC的應用及功能擴展484
一、產電485
二、污染物修復與廢棄物資源化486
三、傳感器488
四、海水淡化490
五、產氫491
參考文獻493
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