3.3　水蒸氣氣化實驗

本節主要探討生物油漿在不同溫度（700℃、800℃和900℃）下的水蒸氣氣化產氣特性，同時利用氣體取樣袋每3min收集一次氣體的方法對生物油漿在不同時間段內的水蒸氣氣化特性進行分析比較。實驗條件為，樣品量2g，生物炭濃度為20wt%，N2流量100mL/min，水蒸氣發生系統中的注射泵進水量0.5mL/min，樣品停留時間30min。同樣忽略含有C2成分的氣體產物，僅討論H2、CH4、CO和CO2。

生物油漿經過快速熱解，部分可冷凝焦油經過重整過程轉變為輕質氣態碳氫化合物，概括性地表示為生物油＋H2O→焦炭＋焦油＋H2＋CO＋CO2＋CH4＋碳氫化合物，然后在水蒸氣的氣化作用下，主要發生以下反應

圖3-6　溫度對生物油漿水蒸氣氣化氣體產物的影響

式（3-1）為水蒸氣氣化過程中的核心反應，式（3-9）對H2和CO的比例起到主要調節作用，伴隨著剩余反應的進行，CH4將會得到轉化。圖3-6為生物油漿在不同溫度下水蒸氣氣化氣體產物（剔除N2和H2O）的體積百分數，從圖中可以看到，隨著溫度的上升，H2含量先增加后減少，CO含量先減少后增加，而CH4含量逐漸減少，CO2含量逐漸上升。由于式（3-9）為放熱反應，因此在較低溫度時，平衡向正反應方向移動，H2含量增加，而當溫度升高時，平衡向逆反應方向移動，使得H2含量減少而CO含量增加。同樣，隨著溫度的升高，CH4在水蒸氣的作用下轉變成H2、CO和CO2，因此其含量下降。

由于實驗中用到N2作為載氣，因此依然可以利用氮平衡法，計算出單位質量的生物油漿水蒸氣氣化氣體產物在常溫常壓下的體積產量（mL/g）以及溫度對氣化產氣特性的影響，結果見表3-5和表3-6。從表中可以看到，隨著溫度的升高，主要氣體的絕對產量都在增加，可是H2/CO先增加后減少，這主要是因為溫度對水煤氣變換反應的移動造成的。

表3-5　生物油漿水蒸氣氣化主要氣體產量　　單位：mL/g

表3-6　溫度對生物油漿水蒸氣氣化產氣特性的影響

進一步，對生物油漿在不同時間段下的水蒸氣氣化產氣特性進行分析，見圖3-7。從圖中可以看出，隨著時間的增加，溫度越高H2產量越早達到最大值，同時也最快降到最低值，從而說明高溫有利于縮短生物油漿的反應時間；而CO含量的最大值卻隨著溫度的升高沿時間軸后移，這主要是因為在高溫條件下發生了水煤氣變換反應，使得CO產量繼續上升；對于CH4，其生成都集中在7min之前，而在7min后其產量都開始急劇下降，間接說明生物油漿（20wt%）在第7min之后，其熱解程度較為完全；而CO2產量在900℃時急劇上升，主要是因為溫度升高加大了生物油漿的熱解程度。

圖3-7　主要氣體不同時間段下的產量
（a）H2；（b）CO；（c）CH4；（d）CO2