固体热载体法生物质催化气化制氢
刘金刚
　　生物质进行热化学处理以得到富氢气体是极有前景的一种氢能开发方式。传统生物质制氢工艺包括采用超临界
技术、快速热解、生物油蒸汽重整以及流化床技术等，但往往这些工艺需要外部热源或者增置下游催化床层从而增
加运行成本，而采用添加空气或氧气以燃烧部分生物质提供能量的方法，又损失了含氢量本来就不高的生物质中的
氢，降低了单位生物质氢产量，而且产气品质不高。以FICFB为代表的生物质制氢新工艺无论是通过烧炭供热或是
利用CaO吸收CO2过程放热（AER技术），均在不同程度上实现了不消耗生物质中的氢的同时来提供能量，同时解
决系统能源的转化效率问题，但基于流化床气化体系的特点决定了其仍存在产物系统粉尘带出物多、气体产物中焦
油含量进一步降低受到制约等问题。
　　大连理工大学提出利用固体热载体法催化气化生物质，以得到富氢气体的工艺思路。该工艺是生物质高温快速
热解、焦油水蒸气催化重整、半焦水蒸气气化、催化剂再生循环一体化的制氢工艺。
　　该工艺过程首先是由固体热载体（催化剂）与生物质混合，生物质快速加热，催化气化，催化剂固体颗粒加热
再生循环构成。气化反应器主体为移动床，其中生物质、催化剂（热载体）、气化剂和产气等并流。气化后，固体
物质进入提升管，通过燃烧催化剂，表面积炭和气化产物半焦，使催化剂颗粒在连续再生的同时也积蓄了生物质气
化所需的热量。由于消耗热量的气化过程和产生热量的燃烧过程分别在两个不同的反应器中进行,避免了燃烧产物
中大量不可燃成分(如氮气)进入产气,从而提高了产气的热值和品质；同时因为气化所需热量是通过燃烧催化剂积
炭和贫氢的木炭实现的，这就使得生物质中的氢最大限度地转化为目的产物氢气。
　　生物质进入反应器后经历了两个阶段：落下段和移动床段。在落下段，生物质和热载体（催化剂）接触发生快
速热解，加热速率达103K/s，克服了一般传统催化气化工艺中生物质慢速升温的缺点。快速热解产物进入下吸式
移动床，通过焦油及轻质烃的水蒸气催化重整以及半焦水蒸气催化气化等反应使产气中氢气含量增加，焦油含量减
少。同时采用移动床作为主反应器，气体产物中夹带固体粉尘少、焦油含量低、气化效率高。
　　固体热载体催化剂多选用天然矿石或其负载Ni改性催化剂，如橄榄石负载镍改性催化剂具有良好的焦油水蒸
气转化、甲烷的水蒸气重整与CO2“干重整”等催化性能以及足够的机械强度或耐磨性，但在一般流化床或固定床
中使用易失活或烧结。本工艺催化剂的连续无切换再生解决了催化剂的快速失活问题。而且通过调节提升管中催化
剂烧炭再生工艺条件，使催化剂催化性能和再生性能得到保证。本实验选用煅烧橄榄石进行了催化剂的初步研究，
相关载镍催化剂的深入研究正在进行当中。
　　通过固体热载体法生物质催化气化制取富氢气体的初步实验,证明了该工艺的可行性，在实验条件范围内，产
气中氢气含量高达50%以上，且富氢气体产量（H2＋CO）最高时为0.9 Nm3·kg-1(干基)，具有极富吸引力的制氢
前景。而且煅烧橄榄石也表现出了明显高于硅砂的催化活性，在实验时间内无失活，且抗磨损性能极强。