生物质CaO催化气化研究进展-新能源专业论文(1)

1、前言《可再生能源发展“十一五”规划》中指出开发利用可再生能源已成为我国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构、转变经济增长方式和促进社会主义新农村建设的重要途径。生物质能是可再生清洁新能源，已经成为世界各国研究的热点。

一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质，包括植物、动物和微生物，生物质能是指蕴藏在生物质中的能量。生物质具有挥发分和炭活性高，N、S含量低，灰分低，燃烧过程具有CO2 零排放的特点。

生物质气化是生物质能热化学利用的重要方面之一，是指在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳水化合物转化为主要由一氧化碳、氢气和低分子烃类组成的可燃气的过程。纯生物质流化床气化过程容易结团和不易流化，且碳含量低导致不易形成高温炭层，以及其挥发份高，低温热解气化过程形成大量焦油，很难解决，给生物质气化带来了很大困难。

目前，解决以上问题最有效的方法就是生物质催化裂解，而CaO作为生物质气化的催化剂已经引起了研究者们的关注。

2、氧化钙作为催化剂的依据首先，CaO催化剂可以代替生物质气化过程中的惰性物质来做热载体。生物质在流化床气化的过程当中需要加入惰性物质（如石英砂等）来形成稳定的料层，以改善流化特性。

生物质一般都含有较高的碱金属（Na，K），氧化物和盐类，如果采用的惰性物质热载体含有SiO2时，生物质含有的碱金属（Na，K），氧化物和盐类可以与SiO2发生以下的反应：2 SiO2 + Na2CO3 → Na2O?2SiO2 + CO24 SiO2 + K2CO3 → K2O?4SiO2 + CO2形成共熔体熔融温度仅为874℃和764℃，从而造成烧结现象。采用CaO做热载体时就可以避免形成熔融温度较低的物质，增强系统运行的安全性；第二，CaO催化剂可以催化生物质气化过程中产生焦油的裂解。

生物质气化的目的是以获得高品质的气体燃料为目的，而气化过程中产生的焦油为不希望产物。焦油的产生不仅降低气化效率，而且会沉积在管道中，容易造成堵塞。

若采用水洗除焦油时，要消耗宝贵水资源，并且极易造成二次污染。有研究表明CaO颗粒上存在有活化位，这些活化位的存在能够降低焦油裂解所需的活化能，对焦油的缩聚反应有很强的催化作用，能够使焦油中大分子的碳氢化合物转化为小分子的碳氢化合物，促使焦油向气态物质转化，从源头减少焦油的生成。

这样不仅提高了气化的效率，而且能够简化后续的除焦油系统；第三，CaO催化剂能够吸附生物质气化过程中的CO2，使CO2以CaCO3的形式固定下来，减少CO2的排放。CO2的排放能够造成温室效应，使大气的温度升高，影响全球气候，因此世界各国也都在致力CO2排放的削减，《联合国气候变化框架公约的经都议定书》的签订就是全世界人民共同努力的结果。

CaO在高温时与CO2反应仍具有较大的平衡常数，因此，CaO在高温反应中就能够吸收气体产物中的CO2，这样CO2就能够以CaCO3的形式被固定下来，从而减少CO2向大气中的排放，有利于环境的保护和遏制全球气候变暖；第四，CaO催化剂能够改善生物质气化气体成分，提高气体热值。CaO的加入促进了焦油的催化裂解，使焦油转变为不凝性气体，这些不凝性气体的组分与产物气体的组分相似，尤其能够提高气体中氢、甲烷以及二碳烃的含量，使气体中可燃成分增加。

其次CaO吸收了气体中的CO2，使气体中的不可燃成分减少。总的来说，CaO的加入能够使气体中可燃成分增加，不可燃成分减少，改善了气体成分，增加了气体热值；另外，CaO催化剂可以与气体产物中的含S成分反应，使最终的气体中几乎不含有S，从而达到脱S的目的。

生物质本身S含量低（0.1%～1.5%），CaO能够和S反应，使S以CaS的形式固定下来，从而使生物质催化气化过程中几乎没有S化物排出。

3、生物质CaO催化气化国内外研究现状3.

1、国内研究现状东南大学的沈来宏，肖军，高杨等提出了串行流化床概念，将生物质的气化和燃烧过程分开，利用Aspen Plus软件建立反应器模型，对生物质气化制氢进行了模拟。研究了气化过程中温度、催化剂种类(方解石、菱镁矿和白云石)、以及催化剂与生物质配比等变化因素对生物质气化制氢的影响。

他们的研究结果表明：CaO催化剂的加入能够显著提高生物质水蒸气气化H2的产率，且随着温度的提高，气体产物中H2的含量明显下降