一、生化转化过程:
1.厌氧消化
厌氧消化为一生化转化过程,依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物,整个转化过程可分成三个
步骤。
首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物;
然后可溶化合物再转化成短链(Shortchain)酸与乙醇;
最后,二步骤的产物再经各种厌氧菌(不需氧生物)转化成气体,一般最后的产物含有50~80%的甲烷,最典型产物为含65%的甲
烷与35%的二氧化碳。
其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物,可小规模利用,淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理
,气体产品储藏费用高。
2.乙醇发酵
糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程(batchprocess),先将发酵物(糖类作物)稀释至糖分约为20%(重量)
,且酸化至Ph4~5,再加入酵母菌(約5%,),再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85公斤糖(约2184Kcal)可制造1
加伦的乙醇(3.79升,21257Kcal),因此在整个发酵过程中几无能量损失。
若使用淀粉作物(例如,玉米、大麦)做发酵物,必须先将淀粉转化成可发酵糖分,然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物
,包括甘蔗、番薯,甜菜等。
由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元,其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的,最终产物(乙醇)含有酵母需
再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶,以能含量计约为四十亿桶的酒精(酒精的热能
约为汽油的70%)。在美国木材地区此等数字作比較,总计约为70万平方里(=1.8百万平方公里),其三分之一即约16亿亩是有的卖
的,且实际可用的约为35亿亩,我们认为,像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精來克服。
二、热化学转化过程
1.热解:
热解也称为干馏(destructivedistillation),指在缺氧条件下的加热作用。将有机物热解会产生气体、液体与固产物,大多
数热解气体(pyrogas)的主要成分为H2、CO2、CO、CH4与少量碳氢化合物(例如,乙烷);热解液体一般含有乙醇、醋酸、水或焦
油(tars)等;至于热解固体残余物含有炭(例如,木炭)于灰分等。
热解过程包括下列处理程序:原料粗碎,烘干粗碎原料,去除杂质,原料细碎,热解,冷产物,储存与分配产物。热解加热过程
中,固态有机物一般于300℃以上开始进行热解,某些催化剂(例如,氯化洌┛山档腿冉夥从Φ钠鹗嘉露取4死嗳冉夥从Ψ浅8丛硬
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薪材热解作用一般指在大气压和200℃~600℃温度之间进行,在此状況下典型的产物包括:木炭30~35%有机液体18~20%气体
20%(产品重量相对与干燥源料的重量)如果将薪材加热至1100℃,热解作用依然存在。在此状況下,大部分液体与固体分餾物将
进一步分解,故有较多气体产物产生.
气化:有机物的气化是热化学反应將固体燃料转化成可燃气体。完全燃烧必须发生在有充分氧气的狀況下,而有机物氧化作用
則必须在氧气不足的狀況下进行。
氧化过程的主要反应为:
C+02CO放热
C+H2OCO+H2吸热
CO+H2OCO2+H2放热
C+2H2CH4放热
最简单的氧化作用方式为空气氧化(airgasification),有机物在有限量空气之下进行不完全燃烧反应。空气氧化炉构造简单
、价格便宜並且可靠性高,主要缺点在於所产生气体被空气中氮气所稀释,因此气体产物的热值低,经济效益不高。
2.液体燃料制造
直接液化
使用CO或H2作为还原剂,於高溫高压下將有机物直接氧化,且均产生油狀液体产物,其可再分馏而充当燃料使用。
间接液化
将有机物间接液化的主要方法,采用合成气体制成原料。而最先发展的间接液化法是处理煤气液化。
A.合成气体制成乙醇:
此过程在石化工业上应用极广,多用作乙醇制造。目前可行方法很多,其中最易的方法是将H2与CO在高温(约300℃)与高压(
约100Atm)下结合,並使用催化剂。反应方程式为:催化剂CO+2H2──CH3OH(合成气体)(乙醇)此法自薪材提炼乙醇,产率约
为360公斤/吨薪材,能量转换效率约在30~40%之间。显然乙醇热含量(19.8GJ/吨)低于石油燃料(43.7GL/吨汽油),但其仍
可用于发动汽、柴油机。
B.Mobil法:
若利用Mobil法可将乙醇转化成高辛烷值汽油,因此可免修改引擎。此方法在试验室內己获证实,转换效率可达90%。紐西兰目
前正筹建一座日产量12500吨合成石油工厂,可将天然气转化为乙醇。
CFisher-Tropseh法:
Fisher-Tropsch法利用催化剂将合成气体制成碳氢燃料。此法发明于1920年,而二次大战时盛行于德国,以制造合成燃料,今日
南非利用此法以转换煤碳,但产物复杂,目前正研究寻求适当催化剂以使产物化单纯化。此法若改采用有机物做原料,则产物的硫含
量较低。
目前研究中之另一有机物间接液化法,是将热解气体制成合成石油,其未来发展潜力被看好。此技术称为「Chinalakeprocess
」,其采用先进的「快速热解」步骤,它比标准热解法可产制含较多幣屬烴(olefins)的气体产品。此气体产品再经压力聚合成高
分子量碳氢化合物,经精炼后即可成为有用燃料。据估计总转换率有22%