摘要：在糧食加工副產物資源化利用的背景下，生物質氣化技術成為生物質利用研究的重點內容。生物質氣化技術的發展和應用，對推動生物質利用的節能化、環保化發展有著重要的意義。主要論述了高溫水蒸氣生物質催化氣化的相關內容。

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

1高溫水蒸氣生物質催化氣化特點

從實際應用角度來說，生物質高溫蒸氣氣化，不僅能夠維持反應器溫度場的均勻性和穩定性，而且水蒸氣直接和生物質反應，使得氣化反應強度和效率得以提升。相關研究表明，蒸氣溫度的增加，使得水分子活性增強，有助于蒸氣還原反應以及重整反應的開展，有效提高了生物質燃氣的氫含量。使用此技術時，結合使用催化劑，能夠加快焦油催化裂解，同時可以增加反應速率，優化燃氣組分。以高溫水蒸氣作為生物質的氧化劑，結合使用催化劑的技術路線具有良好的經濟效益。

2高溫水蒸氣生物質催化氣化系統及相關研究

Umeki等圍繞高溫蒸氣直接氧化生物質開展了大量的研究[1]。其采用下吸式氣化爐系統，借助甲烷燃燒釋放的熱量，對水蒸氣進行加熱，實現生物質氣化。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。從實驗結果來看，提高氣料比和蒸氣溫度，能夠對可燃氣組分造成一定的影響，氣化爐出口燃氣中氫氣的含量最高可以達到55%；冷煤氣的效率超過60.4%。學者經過分析提出：高溫水蒸氣氣化反應中，二次反應相對劇烈，并且生物質一次裂解所產生的焦油能夠和高溫蒸氣重整，使得可燃氣中含有的焦油減少，認為此工況下進行氣化，氣化反應效果主要受水蒸氣反應影響。

很多學者基于瑞典皇家理工學院實驗裝置系統，對不同燃料的高溫蒸氣氣化特性開展了實驗研究。研究結果表明，氣化燃氣產量主要是受到一次反應的影響，比如揮發份的析出以及水氣轉換反應。當二次反應很強烈時，一次反應揮發的物質，比如焦油，和高溫蒸氣產生重整反應，進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過燃燒后，產生熱量，對熱蜂窩陶瓷進行加熱，當低溫低壓蒸氣流過時，進行熱量交換，使得低溫蒸氣達到高溫狀態。

國內部分學者利用外加熱源為氣化反應提供所需的溫度，也能夠實現溫度的穩定，同時不會刻意把控高溫水蒸氣的溫度，進而減少了蒸氣的使用量。通過改變爐體設備的制作工藝，使得燃氣量得以增加。根據現階段研究情況，生物質高溫水蒸氣氣化制取富氫實驗，還處在起步階段，多數工作是在實驗室內進行，缺乏較為理論和系統的研究[2]。

3高溫水蒸氣生物質催化氣化技術的應用分析

據不完全統計，每年我國農作物秸稈量在20~30億t，若能利用生物質氣化技術，實現資源化綜合利用，將會獲得較大的經濟和社會效益。現結合生物質氣化技術的應用，進行如下分析。

3.1生物質氣化爐原理

生物質燃氣是生物質在密閉缺氧條件下，利用熱解法和熱化學氧化還原法，產生的可燃性氣體。生物質燃氣的組分一般如下：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%。

技術原理如下：植物秸稈的有機成分組成，以纖維素和半纖維素為主，質量分數約為50%。在缺氧的環境下，經過加熱，能夠使其產生熱化學反應。反應過程實質是元素的原子，按照化學鍵成鍵原理，重組為可燃性氣體分子，比如一氧化碳和甲烷等，從而實現能量轉移。在生物質燃氣生產中，使用的生物質氣化爐，也被稱作高效生物質制氣爐。

3.2生物質燃氣生產技術的發展

利用熱化學氧化還原法，將生物質制備成為合成氣，主要技術路徑：1）直接制備法。具體按照生物質—熱解氣化—合成液化流程，需要解決的技術問題，為生物質原料運輸供應。2）復合制備法。將生物質經過熱解后生成生物油，接著，對生物油進行氣化處理制備合成氣。按照生物質—熱解氣化—生物油—合成液體進行，需要構建生物質液化工程[3]。

4結束語

結合當前有關于高溫水蒸氣生物質催化氣化技術的相關研究，對此項技術進行了論述，并結合生物質燃氣生產，分析了高溫水蒸氣生物質催化氣化技術的具體應用。從技術應用層面，能夠為集中供熱和液體燃料供應等提供有力的支持，具有推廣應用價值。

參考文獻

[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.高溫水蒸氣生物質催化氣化研究進展[J].應用化工，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高溫水蒸氣氣化實驗研究[J].熱科學與技術，2016，15（01）：75-80.