生物质热化学转化原理及高效利用技术

　　第1章绪论(1)
　　1.1能源基本概念(1)
　　1.2我国能源结构分析(2)
　　1.3生物质能源与资源(4)
　　1.3.1生物质的组成与结构(4)
　　1.3.2生物质能的分类(12)
　　1.4碳中和背景下生物质能源的重要性(12)
　　1.4.1碳中和的概念与实现方法(12)
　　1.4.2生物质能源的重要性(13)
　　1.5生物质能转化利用技术概述(14)
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　　汪一，男，工学博士，副教授，博士生导师，2017年湖北省“楚天学者计划”入选者。2009年获得澳大利亚Curtin University IPRS全额奖学金赴澳攻读博士学位。2012至2014年在Curtin University的Fuel and Energy Technology Institute从事博士后研究工作。2014年9月回到华中科技大学煤燃烧国家重点实验室工作。2015年至2016年借调于科学技术部中国科学技术交流中心。主要从事生物质热化学反应机理及新型应用技术、生物质制备化学品与碳材料、传统化石能源高效洁净反应机理及应用技术、燃烧设备模拟与实验优化等方面的研究。作为第*作者或通讯作者共发表SCI论文29篇，合作发表SCI论文90余篇，翻译英文论著1本，授权发明专利多项，获湖北省科技进步一等奖（2018年，第8）。与美国、澳大利亚、荷兰、日本等多国同行保持密切学术联系。

　　本书详细阐述了生物质能及其热转化过程中的基本原理、反应装置和工艺流程等，集成了现今生物质能转化领域的*新理论、工艺及应用实例。全书共分为9章，主要内容包括绪论、生物质预处理技术、生物质热解原理与技术、生物油的性质与应用、生物质水热转化技术、生物质气化技术、生物质燃烧理论与技术、生物质热转化系统分析计算方法与实例，以及生物质热转化过程研究分析表征方法。
　　本书是生物质能源的通识类教材，兼顾各专业方向，旨在帮助学生了解生物质能源热化学利用的概貌，重点学习生物质热转化原理、主要工艺技术及设备，并通过工程案例了解生物质热化学转化的主要应用。本书兼具基础性、通识性及科学性，可以作为高等学校新能源科学与工程、热能工程等专业的主干课教材，可供能源相关专业本科生及研究生阅读，也可供能源工程、环境工程、化学工程等领域科研人员、工程技术人员和管理人员等参考。

　　第1章绪论(1)
　　1.1能源基本概念(1)
　　1.2我国能源结构分析(2)
　　1.3生物质能源与资源(4)
　　1.3.1生物质的组成与结构(4)
　　1.3.2生物质能的分类(12)
　　1.4碳中和背景下生物质能源的重要性(12)
　　1.4.1碳中和的概念与实现方法(12)
　　1.4.2生物质能源的重要性(13)
　　1.5生物质能转化利用技术概述(14)
　　1.6生物质能发展现状与趋势(15)
　　1.6.1国内外生物质能发展现状(16)
　　1.6.2我国生物质能的发展趋势(16)
　　思考题(18)
　　本章参考文献(18)
　　第2章生物质预处理技术(21)
　　2.1生物质预处理的必要性(21)
　　2.2生物质物理预处理原理与技术(24)
　　2.2.1生物质物理预处理原理(24)
　　2.2.2生物质物理预处理技术(26)
　　2.3生物质热预处理原理与技术(43)
　　2.3.1生物质热预处理原理(43)
　　2.3.2生物质热预处理技术(44)
　　2.4生物质化学预处理原理与技术(48)
　　2.4.1生物质化学预处理原理(48)
　　2.4.2生物质化学预处理技术(49)
　　思考题(54)
　　本章参考文献(54)
　　第3章生物质热解原理与技术(56)
　　3.1生物质热解原理(56)
　　3.1.1生物质热解过程与产物(60)
　　3.1.2影响生物质热解过程的主要因素(62)
　　3.2热解反应类别及特性(68)
　　3.2.1慢速热解(69)
　　3.2.2快速热解(69)
　　3.2.3水热液化和溶剂分解(72)
　　3.2.4闪速热解(73)
　　3.2.5超快速热解(73)
　　3.3热解反应模型(74)
　　3.3.1简单反应模型(74)
　　3.3.2独立平行多反应模型(74)
　　3.3.3竞争反应模型(75)
　　3.3.4连续反应模型(75)
　　3.3.5组合模型(76)
　　3.4热解技术的应用(76)
　　3.4.1热解液化技术(76)
　　3.4.2热解炭化技术(82)
　　3.5热解反应器(85)
　　3.5.1固定床热解反应器(86)
　　3.5.2鼓泡流化床热解反应器(87)
　　3.5.3流化床反应器(89)
　　3.5.4闪速热解反应器(91)
　　3.5.5烧蚀热解反应器(92)
　　3.5.6旋转锥热解反应器(94)
　　3.5.7真空热解反应器(96)
　　3.5.8其他热解反应器(97)
　　3.6生物质热解多联产技术与应用(99)
　　3.6.1生物质热解多联产原理(100)
　　3.6.2生物质热解多联产产物特性(101)
　　3.6.3生物质热解多联产技术应用(103)
　　3.6.4生物质热解多联产技术经济性分析(104)
　　思考题(105)
　　本章参考文献(105)
　　第4章生物油的性质与应用(109)
　　4.1生物油物理化学性质(109)
　　4.1.1物理性质(110)
　　4.1.2化学性质(115)
　　4.2生物油物理化学性质的影响因素(119)
　　4.2.1反应条件的影响(119)
　　4.2.2生物质原料的影响(121)
　　4.3生物油的直接应用(122)
　　4.3.1燃烧(122)
　　4.3.2气化(124)
　　4.3.3化学品制备(124)
　　4.3.4制备合成气(128)
　　4.3.5制备氢气(129)
　　4.4生物油物理提质技术(129)
　　4.4.1物理过滤(129)
　　4.4.2溶剂添加(130)
　　4.4.3组分分离(133)
　　4.5生物油化学提质技术(138)
　　4.5.1催化裂解(139)
　　4.5.2催化加氢(140)
　　4.5.3水蒸气重整(144)
　　4.5.4酯化(148)
　　4.5.5超临界流体法(149)
　　思考题(151)
　　本章参考文献(151)
　　第5章生物质水热转化技术(154)
　　5.1生物质水热转化技术简介(154)
　　5.1.1生物质水热转化技术历史沿革(156)
　　5.1.2生物质水热转化技术原理(158)
　　5.2水热液化(174)
　　5.2.1工艺条件影响(178)
　　5.2.2产物分析与利用(182)
　　5.2.3水热液化机理研究(191)
　　5.3水热气化(196)
　　5.3.1工艺条件影响(196)
　　5.3.2产物分析及利用(211)
　　5.3.3水热气化机理研究(213)
　　5.4技术发展展望(218)
　　5.4.1水热液化(218)
　　5.4.2水热气化(224)
　　思考题(230)
　　本章参考文献(230)
　　第6章生物质气化技术(232)
　　6.1气化技术简介(232)
　　6.1.1气化技术历史沿革(232)
　　6.1.2气化原理(234)
　　6.2气化工艺(245)
　　6.2.1不同气化剂分类(245)
　　6.2.2不同气化炉型分类(250)
　　6.2.3不同压力分类(257)
　　6.3气化气净化与调变(265)
　　6.3.1颗粒物脱除(268)
　　6.3.2气体污染物脱除(273)
　　6.3.3痕量金属脱除(276)
　　6.3.4焦油脱除(277)
　　6.3.5气化气调变(285)
　　6.4气化气应用(287)
　　6.4.1气体燃料(288)
　　6.4.2费托合成(290)
　　6.5气化技术面临的实际问题(296)
　　6.5.1原料问题(296)
　　6.5.2气化效率(299)
　　6.5.3气化炉过程控制及自动化(300)
　　思考题(303)
　　本章参考文献(303)
　　第7章生物质燃烧理论与技术(306)
　　7.1生物质燃烧过程(306)
　　7.1.1生物质燃烧过程概述(306)
　　7.1.2生物质燃烧各阶段典型特征(307)
　　7.1.3影响生物质燃烧特性的因素(316)
　　7.2燃烧过程化学计量(318)
　　7.2.1生物质燃烧过程化学计量分析(318)
　　7.2.2生物质燃烧过程分类(320)
　　7.2.3热值与火焰温度(321)
　　7.3生物质直燃理论与技术(325)
　　7.3.1层燃技术(326)
　　7.3.2悬浮燃烧技术(330)
　　7.3.3流化床燃烧技术(331)
　　7.4生物质混燃技术(336)
　　7.4.1混燃技术的特点与优势(336)
　　7.4.2生物质与煤混燃的方式(337)
　　7.4.3生物质与煤混燃的运行问题(339)
　　7.4.4烘焙生物质与煤混燃(342)
　　7.4.5生物质与煤粉混燃实例(344)
　　7.5结焦与腐蚀特性及防治(349)
　　7.5.1生物质燃烧灰分特性(349)
　　7.5.2结焦与腐蚀特性(350)
　　7.5.3结焦与腐蚀防治技术(353)
　　7.6生物质燃烧过程中污染物生成与控制(354)
　　7.6.1生物质燃烧过程中的主要污染物(354)
　　7.6.2生物质燃烧过程中主要污染物防治技术(358)
　　7.6.3生物质燃烧及碳捕集与封存(361)
　　思考题(362)
　　本章参考文献(362)
　　第8章生物质热转化系统分析计算方法与实例(368)
　　8.1Aspen Plus在燃煤锅炉耦合生物质发电系统研究中的应用(368)
　　8.1.1600 MW燃煤锅炉系统模型构建(369)
　　8.1.2600 MW燃煤锅炉计算模型构建(371)
　　8.1.3600 MW燃煤锅炉系统模型验证(373)
　　8.1.4生物质气化系统模型构建(373)
　　8.1.5生物质热解模型构建(376)
　　8.1.6生物质耦合燃煤发电系统(378)
　　8.1.7生物质耦合燃煤发电系统质量平衡计算(379)
　　8.2生命周期评价(LCA)方法(386)
　　8.2.1LCA方法概述(387)
　　8.2.2基于LCA的生物质热化学处理分析概述(390)
　　8.2.3基于LCA的生物质耦合燃煤发电系统CO2排放分析(390)
　　8.3计算流体力学及其应用实例(395)
　　8.3.1计算流体力学特点(395)
　　8.3.2计算模型与方法(396)
　　8.3.3生物质耦合燃煤锅炉燃烧过程数值模拟实例(400)
　　思考题(418)
　　本章参考文献(418)
　　第9章生物质热转化过程研究分析表征方法(419)
　　9.1概述(419)
　　9.2气体组分分析方法(420)
　　9.2.1常规气体分析方法(420)
　　9.2.2特殊气体分析方法(421)
　　9.2.3热反应产气连续检测方法(422)
　　9.3液体组分分析表征方法(423)
　　9.3.1色谱分析法(423)
　　9.3.2光谱分析法(427)
　　9.4固体性质及结构分析表征方法(432)
　　9.4.1工业分析和元素分析方法(433)
　　9.4.2生物质及生物质炭形貌分析方法(435)
　　9.4.3粒径及孔隙分析方法(440)
　　9.4.4生物质及生物质炭分子结构表征方法(442)
　　9.5热反应性分析方法(446)
　　思考题(448)
　　本章参考文献(448)
^ 收 起　　

　　汪一，男，工学博士，副教授，博士生导师，2017年湖北省“楚天学者计划”入选者。2009年获得澳大利亚Curtin University IPRS全额奖学金赴澳攻读博士学位。2012至2014年在Curtin University的Fuel and Energy Technology Institute从事博士后研究工作。2014年9月回到华中科技大学煤燃烧国家重点实验室工作。2015年至2016年借调于科学技术部中国科学技术交流中心。主要从事生物质热化学反应机理及新型应用技术、生物质制备化学品与碳材料、传统化石能源高效洁净反应机理及应用技术、燃烧设备模拟与实验优化等方面的研究。作为第*作者或通讯作者共发表SCI论文29篇，合作发表SCI论文90余篇，翻译英文论著1本，授权发明专利多项，获湖北省科技进步一等奖（2018年，第8）。与美国、澳大利亚、荷兰、日本等多国同行保持密切学术联系。

　　本书详细阐述了生物质能及其热转化过程中的基本原理、反应装置和工艺流程等，集成了现今生物质能转化领域的*新理论、工艺及应用实例。全书共分为9章，主要内容包括绪论、生物质预处理技术、生物质热解原理与技术、生物油的性质与应用、生物质水热转化技术、生物质气化技术、生物质燃烧理论与技术、生物质热转化系统分析计算方法与实例，以及生物质热转化过程研究分析表征方法。
　　本书是生物质能源的通识类教材，兼顾各专业方向，旨在帮助学生了解生物质能源热化学利用的概貌，重点学习生物质热转化原理、主要工艺技术及设备，并通过工程案例了解生物质热化学转化的主要应用。本书兼具基础性、通识性及科学性，可以作为高等学校新能源科学与工程、热能工程等专业的主干课教材，可供能源相关专业本科生及研究生阅读，也可供能源工程、环境工程、化学工程等领域科研人员、工程技术人员和管理人员等参考。