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1、1生物质制备富氢气体研究进展摘 要 随着能源危机的日益突显，生物质能源愈来愈受到人们的重视。氢气是一种非常理想的清洁能源，本文综述了生物质制备富氢气体的技术现状，存在问题及发展趋势。关键词 能源危机 制氢技术 发展趋势一、生物质制备氢技术发展现状生物质主要通过发酵过程和热化学过程转化为可利用的能源。较之于发酵过程时间过长，产品后处理复杂、副产物对发酵影响较大并且生产成本较高等因素，热化学过程在现阶段更具优势。目前，热化学途径中，气化和热解可行性更高。催化热解技术操作条件温和，条件的控制适当，可得到的富氢燃气中 H2 含量达 55%以上。生物质催化气化设备中流化床工艺得到的生物质燃气热值高，可达
2、 12000kJ/m3 左右。燃气产率和气化效率分别达到了 95%、63%左右，但提高生物质气化效率的关键是要解决焦油裂解问题。（一）热解制氢技术。生物质热解是指生物质在完全没有氧气或有少量氧气存在下热降解，最终生成生物油、木炭和可燃性气体的过程。生物质热解流程如（图 1）影响生物质热解过程和产物组成的主要因素有催化剂、热解温度，含水量，生物质类别等。Demirbas 等研究了热解温度对山毛榉热解反应的影响。生物油的产出率随着热解温度的升高而增加。当山毛榉的热解温度从 347升高到 547时，生物油的产率从 69.6%增加到 78.3%。2Demirbas 考察了碱土金属对榛子壳和茶叶废料热解
3、产物中醋酸和甲醇产率的影响。加入催化剂后，402时榛子壳热解产物中醋酸和甲醇的产率，分别由 12.80%和 7.26%增加到 16.30%和 10.30%；552时榛子壳热解产物中醋酸和甲醇的产率，分别由 16.70%和 9.72%增加到 22.10%和 12.61%；552时茶叶废料热裂解产物中醋酸和甲醇的产率，分别由 7.13%和 8.82%增加到 9.20%和 10.50%。有研究证明K2CO3 对橄榄壳的催化作用比 Na2CO3 更大。Demirbas 研究了水含量对榛子壳热解油产率的影响，榛子壳中的水分不仅影响它的热解行为而且对热解油的物理性质和质量也有影响。张军等对玉米秆、稻壳等
4、7 种生物质进行了热解试验，表明生物质的原始结构对产物组分存在影响。不同生物质在热解过程中所需热量不同。何芳等将 1kg 干小麦秸秆、棉秆、花生壳和白松从室温升到主要热解反应完成的温度 400，所需提供的热量分别为 523、459、385 和 646kJ，说明不同生物质的热解过程有较大差异。以上实验结果表明热裂解产物分布与原料种类关系非常密切。（二）气化制氢研究现状。生物质催化气化制氢是指将预处理过的生物质在气化介质(如：空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物)中加热至 700以上，分解转化为富含氢气的合成气，并将合成气催化变换得到含有更多氢气的新的合成气，最后分离出氢气的过程。常用的反应器主要有
5、上吸式气化炉、下吸式气化炉及循环流化床等。其中，循环流化床气化炉是应用较广泛的一种反应器（如下图）。3生物质被加入高温流化床后，发生快速热分解，生成气体、焦炭和焦油，焦炭随上升气流与 CO2 和水蒸气进行还原反应，焦油则在高温环境下继续裂解，未反应完的炭粒在出口处被分离出来，经循环管送入流化床底部，与从底部进入的空气发生燃烧反应，放出热量，为整个气化过程供热。传热条件好、加热速率高、可操作性强、高流化速度以及炭的不断循环等是循环流化床气化炉的优点，相对于其它气化炉来说，其产品气的质量较高，H2 的含量也较高，是一种较好的气化制氢反应器。催化气化制氢研究中的主要焦点是催化剂和合成气中的焦油。加强
6、对催化机理及催化工艺的研究，才能进一步提高产氢量。目前，需加强对焦油的裂解原理和方法的研究。二、生物质制氢技术发展趋势现阶段所采用的主要工艺存在以下问题：1.富氢气体中氢气浓度较低，一般不超过 55%；2.制氢技术对生物质原料的适应性差；3.稳定性差，富氢气体、合成气品质不易控制；4.燃气、合成气中焦油含量偏高，后续净化需大量的水，产生严重的水污染。为解决上述问题，王瑞等提出两种解决途径：1.快速热解分散的高纤维素生物质获得易运输的生物油，然后集中处理。通过催化蒸汽重整技术制取氢气，这样燃气、合成气不需水洗净化；2.对于半纤维素含量高的生物质，采用催化气化技术，通过控制反应条件，定向制备预期产品。此外，还得加强能源作物的开发研究。参考文献：41赵晓晓.生物质能源开发新技术J.能源技术,2007,28(6):330-335.2潘小曼.加强能源作物开发利用研究J.杂粮作物,2009,29(6):416-417.
