生物质 CaO 催化气化研究进展

   摘要：生物质催化气化是解决生物质气化过程中存在一系列问题的最好方法。本文分析
了 CaO 作为生物质催化气化催化剂的选择依据，总结了 CaO 催化剂国内外的研究现状，
并提出了 CaO 催化剂未来的研究方向和重点。
    关键词：生物质；催化气化；CaO
    1、前言
    

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《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 + CO2
4 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