3.3　水蒸气气化实验

本节主要探讨生物油浆在不同温度（700℃、800℃和900℃）下的水蒸气气化产气特性，同时利用气体取样袋每3min收集一次气体的方法对生物油浆在不同时间段内的水蒸气气化特性进行分析比较。实验条件为，样品量2g，生物炭浓度为20wt%，N2流量100mL/min，水蒸气发生系统中的注射泵进水量0.5mL/min，样品停留时间30min。同样忽略含有C2成分的气体产物，仅讨论H2、CH4、CO和CO2。

生物油浆经过快速热解，部分可冷凝焦油经过重整过程转变为轻质气态碳氢化合物，概括性地表示为生物油＋H2O→焦炭＋焦油＋H2＋CO＋CO2＋CH4＋碳氢化合物，然后在水蒸气的气化作用下，主要发生以下反应

图3-6　温度对生物油浆水蒸气气化气体产物的影响

式（3-1）为水蒸气气化过程中的核心反应，式（3-9）对H2和CO的比例起到主要调节作用，伴随着剩余反应的进行，CH4将会得到转化。图3-6为生物油浆在不同温度下水蒸气气化气体产物（剔除N2和H2O）的体积百分数，从图中可以看到，随着温度的上升，H2含量先增加后减少，CO含量先减少后增加，而CH4含量逐渐减少，CO2含量逐渐上升。由于式（3-9）为放热反应，因此在较低温度时，平衡向正反应方向移动，H2含量增加，而当温度升高时，平衡向逆反应方向移动，使得H2含量减少而CO含量增加。同样，随着温度的升高，CH4在水蒸气的作用下转变成H2、CO和CO2，因此其含量下降。

由于实验中用到N2作为载气，因此依然可以利用氮平衡法，计算出单位质量的生物油浆水蒸气气化气体产物在常温常压下的体积产量（mL/g）以及温度对气化产气特性的影响，结果见表3-5和表3-6。从表中可以看到，随着温度的升高，主要气体的绝对产量都在增加，可是H2/CO先增加后减少，这主要是因为温度对水煤气变换反应的移动造成的。

表3-5　生物油浆水蒸气气化主要气体产量　　单位：mL/g

表3-6　温度对生物油浆水蒸气气化产气特性的影响

进一步，对生物油浆在不同时间段下的水蒸气气化产气特性进行分析，见图3-7。从图中可以看出，随着时间的增加，温度越高H2产量越早达到最大值，同时也最快降到最低值，从而说明高温有利于缩短生物油浆的反应时间；而CO含量的最大值却随着温度的升高沿时间轴后移，这主要是因为在高温条件下发生了水煤气变换反应，使得CO产量继续上升；对于CH4，其生成都集中在7min之前，而在7min后其产量都开始急剧下降，间接说明生物油浆（20wt%）在第7min之后，其热解程度较为完全；而CO2产量在900℃时急剧上升，主要是因为温度升高加大了生物油浆的热解程度。

图3-7　主要气体不同时间段下的产量
（a）H2；（b）CO；（c）CH4；（d）CO2