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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、CO2 335

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