摘要：在糧食加工副產(chǎn)物資源化利用的背景下，生物質(zhì)氣化技術(shù)成為生物質(zhì)利用研究的重點(diǎn)內(nèi)容。生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對推動(dòng)生物質(zhì)利用的節(jié)能化、環(huán)保化發(fā)展有著重要的意義。主要論述了高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化的相關(guān)內(nèi)容。

生物質(zhì)主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實(shí)以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素（簡稱木質(zhì)素）、農(nóng)產(chǎn)品加工下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便等物資。生物質(zhì)燃料是可再生能源的重要組成部分，生物質(zhì)燃料的高效開發(fā)利用，對解決能源、生態(tài)環(huán)境問題起到十分積極的作用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來，各國都在積極加大生物質(zhì)能源化利用的研究和推廣力度。以歐洲為例，其要求到2020年生物質(zhì)燃料要替代20%的石化燃料。

1高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化特點(diǎn)

從實(shí)際應(yīng)用角度來說，生物質(zhì)高溫蒸氣氣化，不僅能夠維持反應(yīng)器溫度場的均勻性和穩(wěn)定性，而且水蒸氣直接和生物質(zhì)反應(yīng)，使得氣化反應(yīng)強(qiáng)度和效率得以提升。相關(guān)研究表明，蒸氣溫度的增加，使得水分子活性增強(qiáng)，有助于蒸氣還原反應(yīng)以及重整反應(yīng)的開展，有效提高了生物質(zhì)燃?xì)獾臍浜?。使用此技術(shù)時(shí)，結(jié)合使用催化劑，能夠加快焦油催化裂解，同時(shí)可以增加反應(yīng)速率，優(yōu)化燃?xì)饨M分。以高溫水蒸氣作為生物質(zhì)的氧化劑，結(jié)合使用催化劑的技術(shù)路線具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化系統(tǒng)及相關(guān)研究

Umeki等圍繞高溫蒸氣直接氧化生物質(zhì)開展了大量的研究[1]。其采用下吸式氣化爐系統(tǒng)，借助甲烷燃燒釋放的熱量，對水蒸氣進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化。他們重點(diǎn)研究了氣料比和蒸氣溫度等對氣化組分以及熱值造成的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，提高氣料比和蒸氣溫度，能夠?qū)扇細(xì)饨M分造成一定的影響，氣化爐出口燃?xì)庵袣錃獾暮孔罡呖梢赃_(dá)到55%；冷煤氣的效率超過60.4%。學(xué)者經(jīng)過分析提出：高溫水蒸氣氣化反應(yīng)中，二次反應(yīng)相對劇烈，并且生物質(zhì)一次裂解所產(chǎn)生的焦油能夠和高溫蒸氣重整，使得可燃?xì)庵泻械慕褂蜏p少，認(rèn)為此工況下進(jìn)行氣化，氣化反應(yīng)效果主要受水蒸氣反應(yīng)影響。

很多學(xué)者基于瑞典皇家理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，對不同燃料的高溫蒸氣氣化特性開展了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，氣化燃?xì)猱a(chǎn)量主要是受到一次反應(yīng)的影響，比如揮發(fā)份的析出以及水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)。當(dāng)二次反應(yīng)很強(qiáng)烈時(shí)，一次反應(yīng)揮發(fā)的物質(zhì)，比如焦油，和高溫蒸氣產(chǎn)生重整反應(yīng)，進(jìn)而使得焦油含量和低溫蒸氣氣化含量相比略少。此實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行采用的高溫蒸氣，是利用甲烷在燃燒室經(jīng)過燃燒后，產(chǎn)生熱量，對熱蜂窩陶瓷進(jìn)行加熱，當(dāng)?shù)蜏氐蛪赫魵饬鬟^時(shí)，進(jìn)行熱量交換，使得低溫蒸氣達(dá)到高溫狀態(tài)。

國內(nèi)部分學(xué)者利用外加熱源為氣化反應(yīng)提供所需的溫度，也能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的穩(wěn)定，同時(shí)不會(huì)刻意把控高溫水蒸氣的溫度，進(jìn)而減少了蒸氣的使用量。通過改變爐體設(shè)備的制作工藝，使得燃?xì)饬康靡栽黾?。根?jù)現(xiàn)階段研究情況，生物質(zhì)高溫水蒸氣氣化制取富氫實(shí)驗(yàn)，還處在起步階段，多數(shù)工作是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，缺乏較為理論和系統(tǒng)的研究[2]。

3高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化技術(shù)的應(yīng)用分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年我國農(nóng)作物秸稈量在20~30億t，若能利用生物質(zhì)氣化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源化綜合利用，將會(huì)獲得較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?，F(xiàn)結(jié)合生物質(zhì)氣化技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行如下分析。

3.1生物質(zhì)氣化爐原理

生物質(zhì)燃?xì)馐巧镔|(zhì)在密閉缺氧條件下，利用熱解法和熱化學(xué)氧化還原法，產(chǎn)生的可燃性氣體。生物質(zhì)燃?xì)獾慕M分一般如下：1）一氧化含量為15.27%；2）氧含量為3.12%；3）氮含量為56.22%；4）甲烷含量1.57%；5）丙烷含量0.03%；6）丙烯含量0.05%。

技術(shù)原理如下：植物秸稈的有機(jī)成分組成，以纖維素和半纖維素為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為50%。在缺氧的環(huán)境下，經(jīng)過加熱，能夠使其產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)過程實(shí)質(zhì)是元素的原子，按照化學(xué)鍵成鍵原理，重組為可燃性氣體分子，比如一氧化碳和甲烷等，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。在生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)中，使用的生物質(zhì)氣化爐，也被稱作高效生物質(zhì)制氣爐。

3.2生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)的發(fā)展

利用熱化學(xué)氧化還原法，將生物質(zhì)制備成為合成氣，主要技術(shù)路徑：1）直接制備法。具體按照生物質(zhì)—熱解氣化—合成液化流程，需要解決的技術(shù)問題，為生物質(zhì)原料運(yùn)輸供應(yīng)。2）復(fù)合制備法。將生物質(zhì)經(jīng)過熱解后生成生物油，接著，對生物油進(jìn)行氣化處理制備合成氣。按照生物質(zhì)—熱解氣化—生物油—合成液體進(jìn)行，需要構(gòu)建生物質(zhì)液化工程[3]。

4結(jié)束語

結(jié)合當(dāng)前有關(guān)于高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化技術(shù)的相關(guān)研究，對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了論述，并結(jié)合生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)，分析了高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化技術(shù)的具體應(yīng)用。從技術(shù)應(yīng)用層面，能夠?yàn)榧泄岷鸵后w燃料供應(yīng)等提供有力的支持，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]Umeki K，Yamamoto K，Namioka T，et al.High temperature steam-only gasification of woody biomass[J]，Applied Energy，2010，87（3）：791-798.

[2]牛永紅，吳會(huì)軍，王忠勝，等.高溫水蒸氣生物質(zhì)催化氣化研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2018，47（03）：570-575+579.

[3]陳義勝，欒艷春，龐赟佶，等.褐鐵礦催化作用下生物質(zhì)高溫水蒸氣氣化實(shí)驗(yàn)研究[J].熱科學(xué)與技術(shù)，2016，15（01）：75-80.