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内容简介

本书由陈俊武院士主持选定各章节的题目和内容并担任主审。本书的生物基燃料技术经济评估立足于国内外****进步成果，并结合我国国情，展望今后25～35年的发展趋势，采用了当今先进的评估方法：TEA（技术经济分析）、NER（净能量比）和LCA（生命周期分析），对具有产业化前景的生物质转化为运输燃料的十多种途径（原料包括：草本植物、木本植物、微藻、脂肪类生物质，产品包括：醇类燃料、酯类燃料、烃类燃料、氢气等）做出科学评估，对于每条路径都给出具体的技术经济指标，分析路径自身的特色优势和障碍不足，对技术进步可能引起的突破性进展进行分析和预测，*后通过技术经济综合论证，推荐提出优化的生物质替代石油基运输燃料的路径，既近期可行，又兼顾长远发展。本专著与国内外同类专著相比，在内容覆盖面、论证广度和深度以及资料数据的新颖性等方面，均具有鲜明的特色。鉴于生物运输燃料产业化正处于起步阶段，本专著的编制或能为国家能源战略的决策提供有意义的参考。
本书学术性和实用性强，具有一定的理论水平，读者对象是从事石油和石油化工行业、能源行业、化学行业的广大科技工作者和管理人员，包括教育、科研、设计、生产等方面的专业人员和高等院校学生。

作者简介

孙培勤郑州大学化工与能源学院教授，博士生导师。“石油补充替代能源研究”河南省创新型科技团队和河南省院士工作站的骨干成员。长期从事催化与高分子、石油补充替代能源、生物质制运输燃料的科研工作，出版的著作有《实验设计数据处理与计算机模拟》《催化工艺开发》。

目　　录

**章生物质资源（1）
**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）

**章生物质资源（1） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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**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） 
 **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） 
 **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） 
 **节概述（286） 
 第二节**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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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） 
 **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**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**代与第二代生物柴油（477） 
 一、原料供应（477） 
 二、**代生物柴油性能（479） 
 三、**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）

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