摘 要 隨著能源危機的日益突顯，生物質(zhì)能源愈來愈受到人們的重視。氫氣是一種非常理想的清潔能源，本文綜述了生物質(zhì)制備富氫氣體的技術現(xiàn)狀，存在問題及發(fā)展趨勢。

關鍵詞 能源危機 制氫技術 發(fā)展趨勢

一、生物質(zhì)制備氫技術發(fā)展現(xiàn)狀生物質(zhì)主要通過發(fā)酵過程和熱化學過程轉化為可利用的能源。較之于發(fā)酵過程時間過長，產(chǎn)品后處理復雜、副產(chǎn)物對發(fā)酵影響較大并且生產(chǎn)成本較高等因素，熱化學過程在現(xiàn)階段更具優(yōu)勢。目前，熱化學途徑中，氣化和熱解可行性更高。催化熱解技術操作條件溫和，條件的控制適當，可得到的富氫燃氣中H2含量達55%以上。生物質(zhì)催化氣化設備中流化床工藝得到的生物質(zhì)燃氣熱值高，可達12000kJ/m3左右。燃氣產(chǎn)率和氣化效率分別達到了95%、63%左右，但提高生物質(zhì)氣化效率的關鍵是要解決焦油裂解問題。

（一）熱解制氫技術。

生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在完全沒有氧氣或有少量氧氣存在下熱降解，最終生成生物油、木炭和可燃性氣體的過程。生物質(zhì)熱解流程如（圖1）

影響生物質(zhì)熱解過程和產(chǎn)物組成的主要因素有催化劑、熱解溫度，含水量，生物質(zhì)類別等。Demirbas等研究了熱解溫度對山毛櫸熱解反應的影響。生物油的產(chǎn)出率隨著熱解溫度的升高而增加。當山毛櫸的熱解溫度從347℃升高到547℃時，生物油的產(chǎn)率從69.6%增加到78.3%。

Demirbas考察了堿土金屬對榛子殼和茶葉廢料熱解產(chǎn)物中醋酸和甲醇產(chǎn)率的影響。加入催化劑后，402℃時榛子殼熱解產(chǎn)物中醋酸和甲醇的產(chǎn)率，分別由12.80%和7.26%增加到16.30%和10.30%；552℃時榛子殼熱解產(chǎn)物中醋酸和甲醇的產(chǎn)率，分別由16.70%和9.72%增加到22.10%和12.61%；552℃時茶葉廢料熱裂解產(chǎn)物中醋酸和甲醇的產(chǎn)率，分別由7.13%和8.82%增加到9.20%和10.50%。有研究證明K2CO3對橄欖殼的催化作用比Na2CO3更大。

Demirbas研究了水含量對榛子殼熱解油產(chǎn)率的影響，榛子殼中的水分不僅影響它的熱解行為而且對熱解油的物理性質(zhì)和質(zhì)量也有影響。

張軍等對玉米稈、稻殼等7種生物質(zhì)進行了熱解試驗，表明生物質(zhì)的原始結構對產(chǎn)物組分存在影響。不同生物質(zhì)在熱解過程中所需熱量不同。

何芳等將1kg干小麥秸稈、棉稈、花生殼和白松從室溫升到主要熱解反應完成的溫度400℃，所需提供的熱量分別為523、459、385和646kJ，說明不同生物質(zhì)的熱解過程有較大差異。以上實驗結果表明熱裂解產(chǎn)物分布與原料種類關系非常密切。

（二）氣化制氫研究現(xiàn)狀。

生物質(zhì)催化氣化制氫是指將預處理過的生物質(zhì)在氣化介質(zhì)(如：空氣、純氧、水蒸氣或這三者的混合物)中加熱至700℃以上，分解轉化為富含氫氣的合成氣，并將合成氣催化變換得到含有更多氫氣的新的合成氣，最后分離出氫氣的過程。常用的反應器主要有上吸式氣化爐、下吸式氣化爐及循環(huán)流化床等。其中，循環(huán)流化床氣化爐是應用較廣泛的一種反應器（如下圖）。

生物質(zhì)被加入高溫

流化床后，發(fā)生快速熱分解，生成氣體、焦炭和焦油，焦炭隨上升氣流與CO2和水蒸氣進行還原反應，焦油則在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解，未反應完的炭粒在出口處被分離出來，經(jīng)循環(huán)管送入流化床底部，與從底部進入的空氣發(fā)生燃燒反應，放出熱量，為整個氣化過程供熱。傳熱條件好、加熱速率高、可操作性強、高流化速度以及炭的不斷循環(huán)等是循環(huán)流化床氣化爐的優(yōu)點，相對于其它氣化爐來說，其產(chǎn)品氣的質(zhì)量較高，H2的含量也較高，是一種較好的氣化制氫反應器。

催化氣化制氫研究中的主要焦點是催化劑和合成氣中的焦油。加強對催化機理及催化工藝的研究，才能進一步提高產(chǎn)氫量。目前，需加強對焦油的裂解原理和方法的研究。

二、生物質(zhì)制氫技術發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段所采用的主要工藝存在以下問題：1.富氫氣體中氫氣濃度較低，一般不超過55%；2.制氫技術對生物質(zhì)原料的適應性差；3.穩(wěn)定性差，富氫氣體、合成氣品質(zhì)不易控制；4.燃氣、合成氣中焦油含量偏高，后續(xù)凈化需大量的水，產(chǎn)生嚴重的水污染。

為解決上述問題，王瑞等提出兩種解決途徑：1.快速熱解分散的高纖維素生物質(zhì)獲得易運輸?shù)纳镉停缓蠹刑幚怼Ｍㄟ^催化蒸汽重整技術制取氫氣，這樣燃氣、合成氣不需水洗凈化；2.對于半纖維素含量高的生物質(zhì)，采用催化氣化技術，通過控制反應條件，定向制備預期產(chǎn)品。此外，還得加強能源作物的開發(fā)研究。

[1]趙曉曉.生物質(zhì)能源開發(fā)新技術[J].能源技術，2007，28(6):330-335.

[2]潘小曼.加強能源作物開發(fā)利用研究[J].雜糧作物，2009，29(6):416-417.