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)利用研究的重點內(nèi)容。生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對推動生物質(zhì)利用的節(jié)能化、環(huán)?；l(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

從實際應(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，結(jié)合使用催化劑，能夠加快焦油催化裂解，同時可以增加反應(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，實現(xiàn)生物質(zhì)氣化。他們重點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。從實驗結(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)院實驗裝置系統(tǒng)，對不同燃料的高溫蒸氣氣化特性開展了實驗研究。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，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。此實驗裝置運行采用的高溫蒸氣，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，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，同時不會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驗，還處在起步階段，多數(shù)工作是在實驗室內(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，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)，實現(xiàn)資源化綜合利用，將會獲得較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益?，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，能夠為集中供熱和液體燃料供應(yīng)等提供有力的支持，具有推廣應(yīng)用價值。

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)高溫水蒸氣氣化實驗研究[J].熱科學(xué)與技術(shù)，2016，15（01）：75-80.