《安全管理論文》之高溫水蒸氣生物質催化氣化的研究進展

.::;高溫水蒸氣生物質催化氣化的研究進展

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。生物質氣化技術的開展和應用，對推動生物質利用的節(jié)能化、環(huán)?；_展有著重要的意義。主要闡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(yè)消費過程中除糧食、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(yè)消費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局部，生物質燃料的高效開發(fā)利用，對處置能源、生態(tài)環(huán)境問題起到非常積極的作用。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，不只可以維持反響器溫度場的均勻性和穩(wěn)定性，而且水蒸氣直接和生物質反響，使得氣化反響強度和效率得以提升。相關研究說明，蒸氣溫度的增加，使得水分子活性加強，有助于蒸氣復原反響以及重整反響的開展，有效進步了生物質燃氣的氫含量。使用此技術時，結合使用催化劑，可以加快焦油催化裂解，同時可以增加反響速率，優(yōu)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道路具有良好的經(jīng)濟效益。

2高溫水蒸氣生物質催化氣化系統(tǒng)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(tǒng)，借助甲烷燃燒釋放的熱量，對水蒸氣進展加熱，實現(xiàn)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形成的影響。從實驗結果來看，進步氣料比和蒸氣溫度，可以對可燃氣組分形成一定的影響，氣化爐出口燃氣中氫氣的含量最高可以到達55%；冷煤氣的效率超越60.4%。學者經(jīng)過分析提出：高溫水蒸氣氣化反響中，二次反響相對劇烈，并且生物質一次裂解所產生的焦油可以和高溫蒸氣重整，使得可燃氣中含有的焦油減少，認為此工況下進展氣化，氣化反響效果主要受水蒸氣反響影響。

很多學者基于瑞典皇家理工學院實驗安裝系統(tǒng)，對不同燃料的高溫蒸氣氣化特性開展了實驗研究。研究結果說明，氣化燃氣產量主要是受到一次反響的影響，比方揮發(fā)份的析出以及水氣轉換反響。當二次反響很強烈時，一次反響揮發(fā)的物質，比方焦油，和高溫蒸氣產生重整反響，進而使得焦油含量和低溫蒸氣氣化含量相比略少。此實驗安裝運行采用的高溫蒸氣，是利用甲烷在燃燒室經(jīng)過燃燒后，產生熱量，對熱蜂窩陶瓷進展加熱，當?shù)蜏氐蛪赫魵饬鬟^時，進展熱量交換，使得低溫蒸氣到達高溫狀態(tài)。

國內局部學者利用外加熱源為氣化反響提供所需的溫度，也可以實現(xiàn)溫度的穩(wěn)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(jù)現(xiàn)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(shù)工作是在實驗室內進展，缺乏較為理論和系統(tǒng)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(jù)不完全統(tǒng)計，每年我國農作物秸稈量在20~30億t，假設能利用生物質氣化技術，實現(xiàn)資源化綜合利用，將會獲得較大的經(jīng)濟和社會效益?，F(xiàn)結合生物質氣化技術的應用，進展如下分析。

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復原法，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(shù)約為50%。在缺氧的環(huán)境下，經(jīng)過加熱，可以使其產生熱化學反響。反響過程本質是元素的原子，依照化學鍵成鍵原理，重組為可燃性氣體分子，比方一氧化碳和甲烷等，從而實現(xiàn)能量轉移。在生物質燃氣消費中，使用的生物質氣化爐，也被稱作高效生物質制氣爐。

3.2生物質燃氣消費技術的開展

利用熱化學氧化復原法，將生物質制備成為合成氣，主要技術途徑：1〕直接制備法。詳細依照生物質—熱解氣化—合成液化流程，需要處置的技術問題，為生物質原料運輸供給。2〕復合制備法。將生物質經(jīng)過熱解后生成生物油，接著，對生物油進展氣化處置制備合成氣。依照生物質—熱解氣化—生物油—合成液體進展，需要構建生物質液化工程[3]。

4完畢語

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，對此項技術進展了闡述，并結合生物質燃氣消費，分析了高溫水蒸氣生物質催化氣化技術的詳細應用。從技術應用層面，可以為集中供熱和液體燃料供給等提供有力的支持，具有推廣應用價值。

參考文獻

[1]UmekiK，YamamotoK，NamiokaT，etal.Hightemperaturesteam-onlygasificationofwoodybiomass[J]，AppliedEnergy，2020，87〔3〕：791-798.

[2]牛永紅，吳會軍，王忠勝，等.高溫水蒸氣生物質催化