生物质的分类及工业分析

第3章生物质的分类及工业分析

3.1 生物质的分类

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。

依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等

农业生物质资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。

城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。

畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体，通常可以供农家用来烧饭、照明。3.2 生物质的工业分析

3.2.1 基本原理

一、水分

根据水分在生物质中存在的状态，可分为三种形式。

1、外在水分外在水分也称为物理水分，它是附着在生物质表面及大毛细孔中的水分。

将生物质放置于空气小，外在水分会自然蒸发，直至毕空气中的相对湿度达到平衡为止。失去外在水分的生物质，称为风干生物质。生物质中外在水分的多少与环境有关，与生物质的品质无关。

2、内在水分内在水分也称为吸附水分。将风干的生物质在102一l05℃下加热，此时所失去的水分称为内在水分。它存在于牛物质的内部表面或小毛细管中。内在水分的多少与

生物质的品质有关。生物质中的水分越高，在热加工时耗能也越大，导致有效能越低。内在水分高对燃烧和热加上制气都不利。

3、结晶水结晶水是生物质中矿物质所含的水分，这部分水分非常少。工业分析所得到水分不包括结晶水，只包括外在水分和内在水分，两者综合称为生物质的全水分。

二、灰分

灰分是指生物质中所有可燃物质完全燃烧后所剩下的固体(实际亡还包含有生物质中一些矿物质的化台物)。生物质灰的熔融特性是燃烧和热加工制气化的重要指标。

由于生物质灰分中存在一些矿物质的化合物，它们可能对热加工制气过程起到催化作用。灰熔点，对热加工过程的操作温度有决定性的影响，操作温度超过灰熔点，可能造成结渣，导致不能正常运行。一般生物质的灰熔点在900—l050℃之间，有的还可能更低。

三、挥发分和固定碳

在隔绝空气的条件下，将生物质样在900℃下加热一定时间，将所得到的气体中的水分除去，所剩下的部分即为挥发分。挥发分是生物质中有机物受热分解析出的部分气态物质，它以占生物质样品质量的百分比表示。加热后所留下来的固体检为焦炭，焦炭中含有生物质样的全部灰分，除去灰分后，所剩下的就是固定碳。水分、灰分、挥发分和固定碳质量的总和即生物质试样的质量。

挥发分的主要组分是碳氢化合物、碳氧化物、氢气和焦油蒸气。挥发分反映了生物物质的许多特性，如生物质的热值的高低、焦油产率等。

3.2.2 实验仪器设备

1、干燥箱：又称烘箱或恒温箱，供测定水分使用。干燥箱应带有自动调温装置，内附风机，由其顶部的温度计指计箱内温度，并能保持105~110℃或145±10℃的温度范围。

2、箱形电炉：供测定灰分、挥发分之用。它应带有调温装置、最高温度能保持在1000左右，炉膛中具有相应的恒温区。测定灰分时，要具有一定的通风排气条件。

3、分析天平：精确到0.0001克。

4、干燥器：内装变色硅胶干燥剂。

5、玻璃称量瓶:供测水分使用。直径为40毫米，高为25毫米，并带有严密的磨口盖，见图3-1。

6、灰皿：供测定灰分使用。长方形灰皿的底面为长45毫米，宽22毫米，高为14毫米，见图3-2。

7、挥发分坩锅：供测定挥发分用之，瓷质，高为40毫米，上口外径为33毫米，底径为18毫米，壁厚为1.5毫米。盖槽的外径为35毫米，盖槽的内径为29毫米，外槽深为4毫米，坩锅总重量为15~19克，见图3-3。

8、托盘天平：感量为1克。

9、浅盘：由镀锌簿铁板或铝板等耐腐蚀又耐热的材料制成，其面积能以大约每平方厘米0.8克煤样的比例容纳500克煤样。而且盘的重量应小于500克。

10、坩锅架及秒表等。

图3-1 玻璃称量瓶图3-2 灰皿

图3-3 挥发分坩锅

3.2.3 技术要求和试验步骤

根据本实验的研究目标和研究内容，选取杨杨树枝（Poplar Branch）、核桃壳（Walnut Shell）两种生物质为研究对象。

实验要求：1、实验前，必须认真阅读实验指示书，并写出预习报告；

2、熟悉掌握分M

ar 、M

ad

、V

ad

、及A

ad

的试验方法；

3、实验中要细心操作，精确称量，实事求是地详细记录实验数据；

供测定生物质中的灰分、挥发分等成分以及发热量所用的生物质样叫分析生物质样。它是指在制取生物质样的过程中,得到的生物质的粒度小于0.2毫米且在室温下连续干燥一小时后生物质样的质量变化不超过0.1％的生物质样。分析生物质样的基准为空气干燥基。

实验中，为了检查分析结果的可靠程度，每项分析试验应对同一生物质样重复进行两次测定。如果两次测定之差不超过规定的允许误差，则取其算术平均值作为测定结果。否则，应重新测定。