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第一章 生物质资源1

第一节 前言1

第二节 生物质能源应用现状和前景1

一、生物质能源应用现状1

二、先进生物燃料生产现状和发展前景2

第三节 生物质资源评述3

一、说明3

二、世界生物质资源数据汇总4

三、专用生物能源作物6

四、农业林业废料可供应量10

五、生物质资源的可持续性12

六、中国的生物质能资源18

七、美国的生物质能资源21

第四节 不同情景预测的生物质原料需用量26

一、IEA预测2050年一次能源和生物能需用量及GHG减排效应27

二、WEO-2009预测的生物燃料需用量27

三、ETP-2008（能源技术展望-2008）的预测结果29

四、WEO-2012预测的生物燃料用量和生物能发电量30

五、生物质资源的几点结论31

第五节 能源资源和GHG减排问题32

一、工业化推动了煤炭、石油的消费32

二、能源资源34

三、能源消费和GHG减排36

四、气候变化和GHG排放41

第六节 生物质的性质44

一、纤维素生物质的分析数据45

二、纤维素生物质中的有机化合物组分47

三、纤维素生物质的性质和化学组成与化石燃料区别50

第二章 生物质资源供应链53

第一节 生物质原料供应链53

一、生物质原料种类53

二、生物质原料供应链组成54

三、生物质原料供应链技术55

四、生物质原料供应链模式59

五、生物质原料供应链研究和开发61

第二节 生物质原料收集经济评价61

第三节 生物质原料贸易65

一、生物质资源商品交易65

二、生物质资源交易的影响66

第四节 生物质原料供应链展望67

一、获取更多的生物质资源67

二、优化生物质供应链67

三、建立生物质燃料标准68

四、政府政策扶持68

第三章 生物质气化生产合成气70

第一节 概述70

第二节 生物质气化生产合成气工艺技术72

一、生物质气化原料的预处理72

二、生物质气化74

三、生物质合成气的净化75

四、生物质合成气的转化和调制77

第三节 生物质气化炉型特点78

一、生物质气化炉的选择标准78

二、生物质气化可用的炉型81

第四节 生物质和煤共同气化90

一、概述90

二、生物质和煤共同气化的特点90

三、生物质和煤共同气化的实例92

第五节 生物质气化生产合成气技术经济92

一、概述92

二、单位产气指标93

三、制造合成气过程若干重要技术指标94

四、投资指标96

五、成本和产品出厂售价指标101

第六节 生物质合成气制氢104

一、概述104

二、生物质合成气制氢的工艺105

三、生物质合成气制氢的经济性106

第四章 合成气制合成油113

第一节 历史回顾113

第二节 工艺过程和产品114

一、费托合成产品分布规律114

二、合成气制合成油的工艺过程115

三、合成油加工的产品方案117

四、生物质制取合成油的路线118

第三节 催化剂122

一、概述122

二、催化剂的开发方向122

三、铁催化剂和钴催化剂的比较123

第四节 反应器124

一、概述124

二、反应器的研究开发125

三、反应器型式的比较126

四、微通道新型反应器设想128

第五节 合成油品加工130

一、生产常规油品131

二、生产高档润滑油品和精细化工产品131

三、少产液化石油气和石脑油产品132

第六节 合成油技术经济132

一、前言132

二、合成油工厂投资133

三、合成油生产成本134

四、技术经济指标的进一步估计136

五、灵敏度分析137

第七节 合成油工厂的碳减排138

一、合成油工厂的碳衡算138

二、天然石油基低硫柴油的碳排放139

三、合成柴油的碳排放139

第五章 合成气制合成乙醇142

第一节 概述142

第二节 合成气制合成乙醇催化剂144

一、催化剂的分类研究144

二、催化剂的开发方向和方法145

第三节 合成燃料乙醇产业化反应工艺和产品分离工艺146

一、间接气化制合成乙醇146

二、直接气化制合成乙醇150

第四节 生物质气化制乙醇技术经济评估152

一、间接气化制合成乙醇152

二、直接气化制合成乙醇154

三、工艺参数变化对乙醇价格的影响155

四、技术进步指标157

五、研究开发方向158

第六章 合成气发酵制乙醇161

第一节 合成气发酵产乙醇微生物161

第二节 发酵原理162

第三节 发酵工艺163

第四节 工业化现状167

第五节 技术经济分析169

第六节 合成气发酵制乙醇的发展前景172

一、培育高产耐氧性好的菌种172

二、气化方法172

三、优化反应条件173

第七章 生物质快速热解制生物原油175

第一节 概述175

一、生物质快速热解的概念175

二、生物质快速热解液化技术研究现状175

三、存在的问题和发展趋势176

第二节 生物质快速热解机理和影响因素177

一、生物质热解的基本过程177

二、生物质热解的反应机理178

三、生物质热解的影响因素179

第三节 生物质快速热解反应器180

一、鼓泡流化床反应器180

二、循环流化床反应器181

三、自混合下行循环流化床182

四、旋转锥反应器182

五、真空式热解反应器182

六、烧蚀涡流式热解反应器183

第四节 生物质快速热解工艺184

第五节 生物质快速热解油的性质和用途187

一、生物原油的性质187

二、生物原油的用途188

第六节 生物质快速热解的技术经济性分析190

一、热解装置的技术指标191

二、热解装置的建设投资191

三、热解装置的加工费用和生物原油成本192

第七节 创新的热解技术193

一、催化热解193

二、混合热解194

三、临氢热解194

第八章 生物原油制运输燃料199

第一节 前言199

第二节 研发成果及技术现状199

一、生物油加氢处理早期试验199

二、生物油在炼油厂加工的试验200

三、生物油催化裂化试验200

四、热解木质素加氢改质试验201

五、热解生物油加氢改质工艺方案202

六、生物油加氢改质技术的近期研究成果202

七、快速热解-加氢改质的技术现状和今后研发课题204

第三节 生物油改质技术及产业化方案205

一、热解工厂建厂方案206

二、工厂规模207

三、装置规模207

四、生物原油加氢改质技术207

五、加氢裂化技术208

六、加氢改质反应器208

七、制氢装置208

八、生物油加氢改质技术的研发课题208

第四节 生物油加氢改质工程设计209

一、工程设计方案汇总说明209

二、快速热解装置210

三、生物原油加氢改质装置210

四、加氢裂化和产品分离回收装置212

五、制氢装置213

第五节 生物油加氢改质的技术经济评估213

一、基础数据213

二、建设投资213

三、汽柴油的出厂最低销售价格214

四、经济性的灵敏度分析214

五、两组经济评估数据的比较215

第六节 快速热解-加氢改质过程的GHG减排效应分析216

一、GHG减排相关标准216

二、生物质快速热解-加氢改质的GHG减排效应结果汇总217

三、快速热解-改质路线的生命周期GHG减排效应过程分析218

第七节 快速热解路线生产运输燃料技术发展前景219

一、说明219

二、生物质快速热解途径的工业化生产前景220

三、美国产业界提出的先进生物燃料生产方案222

第八节 生物油重整制氢223

一、前言223

二、生物油制氢的原理223

三、生物油重整制氢工艺224

四、生物油制氢经济性225

第九章 纤维素发酵制乙醇228

第一节 纤维乙醇的发展现状228

第二节 纤维素发酵制乙醇原理229

第三节 纤维素发酵制乙醇工艺230

一、纤维原料的预处理230

二、纤维原料的水解和纤维素酶234

三、发酵制乙醇237

四、乙醇提取242

五、副产物利用242

第四节 纤维素乙醇技术经济分析243

一、纤维素乙醇技术工艺243

二、纤维乙醇的经济性分析250

三、纤维素发酵制乙醇的研发255

第五节 生物质乙醇燃料的生命周期256

一、能量分析257

二、环境分析258

第六节 我国生物质乙醇发展预测262

一、秸秆乙醇的发展预测262

二、能源作物类生物乙醇发展预测263

第七节 生物燃料乙醇的使用263

第八节 发酵乙醇继续转化为烃基柴油组分265

第十章 发酵法制生物丁醇269

第一节 背景与现状269

第二节 发酵原理271

一、产酸期272

二、产溶剂期272

第三节 丁醇发酵技术工艺272

一、发酵菌种及改良272

二、丁醇发酵原料的选择274

三、丁醇发酵工艺274

四、丁醇的抑制及消除276

第四节 生物丁醇技术经济分析278

第五节 生物丁醇的应用与展望282

第十一章 生物油脂制生物柴油和喷气燃料286

第一节 概述286

第二节 第一代生物柴油288

一、工艺技术288

二、政策和法律292

三、生物柴油燃料的标准和质量管理293

四、原料来源和适用性295

五、生物柴油经济分析298

六、生命周期LCA分析299

第三节 第二代柴油和喷气燃料302

一、主要加氢化学反应303

二、催化剂305

三、工艺流程305

四、物料平衡306

五、生产技术工业化进展307

六、产品性能及飞行试验309

七、第二代生物柴油经济性分析310

八、喷气燃料生命周期碳排放311

第四节 生物柴油发展建议314

一、商业化应用现状314

二、建议315

第十二章 微藻制生物燃料317

第一节 概述317

第二节 微藻生物化学基础318

一、微藻细胞结构与品种318

二、微藻油理化性质321

三、提高脂肪积累的环境和基因调控322

四、微藻生物技术研究重点322

第三节 微藻养殖323

一、微藻产能分析323

二、微藻养殖装置328

三、OP和PBR性价比329

四、营养元素供给和控制332

五、规模化养殖的挑战333

第四节 微藻收获与加工333

一、收获、干燥333

二、微藻萃取微藻油334

三、微藻生物燃料转化技术334

第五节 选址与运输335

一、气候、水、CO2335

二、土地面积337

三、运输337

第六节 微藻燃料研究与开发进展337

一、20世纪发展回顾337

二、微藻养殖商业化进展338

三、21世纪微藻燃料研究进展339

四、美国生物质多年任务计划目标（MYPP）340

五、今后研发工作主要课题340

第七节 经济技术评估341

一、技术经济分析342

二、全生命周期（LCA）分析350

第八节 中国微藻生物燃料发展建议352

一、现状352

二、微藻燃料产业化建议352

第十三章 生物质发酵制氢357

第一节 生物质制氢的途径和任务357

第二节 生物质发酵制氢技术研究现状357

一、背景357

二、生物制氢技术的开发研究现状358

第三节 生物质发酵制氢类型及机理359

一、生物制氢的方法359

二、生物制氢技术的机理360

第四节 生物发酵制氢技术存在的问题及发展趋势363

一、存在的问题363

二、发展趋势364

第五节 生物质发酵制氢技术原料和技术路线365

一、生物质发酵制氢技术的原料研究现状365

二、不同类型生物质发酵制氢技术比较365

三、生物质发酵制氢技术的原料368

四、生物质发酵法制氢技术路线368

第六节 生物质制氢技术经济性分析370

一、生物质发酵制氢流程简介370

二、发酵制氢原料371

三、生物质发酵制氢过程参数372

四、发酵制氢过程流程372

五、MEC制氢过程378

六、工厂生产成本380

第七节 光生物制氢技术经济性分析382

一、光生物制氢技术及其机理382

二、光生物制氢研究现状382

三、发酵法生物制氢技术与光生物制氢技术的比较384

四、光生物制氢技术经济性385

第八节 结论及展望390

一、结论390

二、展望390

第十四章 生物质化学催化法制取运输燃料393

第一节 前言393

第二节 生物质基燃料中间体394

一、生物质预处理394

二、燃料中间体394

三、燃料中间体对比396

四、化学催化法与其他加工方法比较397

第三节 延长碳链和脱氧催化反应397

一、延长碳链397

二、脱氧方式398

第四节 中间体生产运输燃料398

一、糠醛生产运输燃料398

二、单糖生产运输燃料403

三、乙酰丙酸生产运输燃料405

四、非C—C扩链方式的应用406

第五节 经济技术指标的分析对比408

一、不同转化途径热效率的比较408

二、反应过程能耗对比410

三、由半纤维素水解液制航空燃料的经济技术分析410

四、由纤维素经LA、GVL制运输燃料经济分析413

五、工业化的科学和工程问题414

第十五章 生物基化工产品418

第一节 生物基化工产品概述418

第二节 以糖和合成气为原料生产化工产品420

一、1,4-二羧酸基四碳酸421

二、2,5-呋喃二羧酸（FDCA）424

三、3-羟基丙酸（3-HPA）425

四、天（门）冬氨酸427

五、葡糖二酸430

六、谷氨酸431

七、衣康酸433

八、乙酰丙酸434

九、3-羟基丁内酯436

十、甘油438

十一、山梨醇440

十二、木糖醇和阿拉伯树胶441

第三节 木质素基化工产品443

一、近期目标木质素基化工产品444

二、中期目标木质素基化工产品447

三、木质素基芳烃类化合物449

四、结论与展望452

第十六章 技术经济综合论证455

第一节 技术经济评估方法455

一、概述455

二、NREL工艺分析与技术经济评估方法456

三、生物质替代石油的技术指标和经济指标457

四、从第一个厂价格估计第N个厂价格458

第二节 生物质快速热解生物原油制烃与生物质气化合成气制烃对比459

一、概述459

二、技术经济分析460

三、GHG减排效应分析462

四、小结464

第三节 生物质生成乙醇的路径比较464

第四节 多种制氢路径的比较468

一、概述468

二、三种生物质制氢工艺技术的经济性比较469

三、制氢途径的技术和经济性前景472

四、小结475

第五节 发酵法生物丁醇与生物乙醇对比475

第六节 生物油脂制第一代与第二代生物柴油477

一、原料供应477

二、第一代生物柴油性能479

三、第一代生物柴油经济技术分析479

四、生物柴油生命周期分析481

五、第二代生物柴油481

六、第二代生物柴油技术经济分析482

七、第二代生物柴油碳排放483

八、小结与建议484

第七节 生物质燃烧发电与发酵制乙醇途径的比较484

第八节 生物合成气或生物油脂制喷气燃料486

一、生产技术486

二、质量、能量转化效率487

三、经济指标488

四、生命周期分析490

五、产业化情况491

六、小结和建议491

第九节 快速热解工厂方案比选492

一、独立热解工厂（采用天然气和自产气制氢方案）的基本数据492

二、生物油加氢改质和制氢装置的工艺说明493

三、比较494

四、热解工厂生产装置配置方案495

五、方案比选小结496

第十节 生物质制合成油与生物质发电的比较496

一、BTL与CTL的经济性对比分析496

二、BTE与CTE的技术经济对比分析497

三、CTL、CBTL和BTL的综合经济分析499

第十一节 生物能远期替代运输燃料评述500

一、生物质能潜力和利用程度500

二、醇醚燃料发展述评502

三、烃类生物燃料发展述评505

四、微藻柴油508

五、中国生物质替代石油展望510

六、作者建议512