随着社会和经济的快速发展，我国能源的消耗量不断增加，特别是煤炭、石油及天然气等非再生资源储量的不断减少，同时这些不可再生资源的使用还带来了严重的环境污染问题。在这种情况下，生物质能源应运而生，生物质能源具有再生性，同时资源储量较大，清洁环保，可以有效的取代高污染及不可再生的石化能源，提升现有能源的利用率，实现对环境的保护。生物质气化技术由于其能源转化效率高、设备简单、投资小、易操作、原料广和受气候影响小等有点，已成为生物质能开发利用的重中之重。
一、生物质气化阶段
1、干燥阶段
加入反应器中的湿物料与其余反应区产生的热量进行热交换，使物料中的水分蒸发，成为干物料，干无聊进入其余反应区继续反应，水蒸气被排除反应器该阶段的温度约为100℃~250℃。 2、热解阶段
热解反应也称裂解反应，是指生物质被加热超过200℃后开始发生的反应。在该反应中，生物质的大部分挥发份析出，大分子中的碳氢化合物的链被打破生成碳、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其余烃类物质。碳和灰分进入下一步反应。由于裂解反应会大量吸热，造成所在区域温度下降，所以裂解阶段约为400℃~600℃。
3、燃烧阶段
由于气化剂的加入使得气化剂与上述反应生成的碳和挥发份进一步反应，发生部分完全反应生成二氧化碳，发生部分不完全反应生成一氧化碳。由于燃烧放热，该阶段反应为其余阶段供热，在燃烧阶段，温度可达1000℃~1200℃。
4、还原反应
当氧化耗尽后，上述反应生成的CO、H2、CH4等气体开始发生还原反应。由于还原反应为吸热反应，需要一定的热量，也使温度降低，所以该阶段温度一般在700℃~900℃。 二、生物质气化工艺
生物质气化按是否加入气化剂分为两类，不加气化剂的叫干馏气化，加入气化剂的又可以根据加入气化剂的类型分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、氧气-水蒸气气化与不常用的氢气气化，具体的气化工艺如下： 1、干馏气化
生物质干馏气化技术是指在隔绝空气的条件下，将生物质热解为可燃气体、固体碳和液体生物油的过程，也就是生物质的部分气化。由于缺少氧气，干馏气化基本是吸热反应，所以需要在反应时为其提供热量反应才能正常进行。
2、空气气化
空气气化是指将空气作为气化剂的气化过程。由于空气中含有部分氧气，可以和生物质中的可燃性组分发生氧化反应，产生气体并放出热量，供与其他部分的反应，使得整个气化反应供热平衡，加上空气的易取性，该方法现使用广泛。但是空气气化也存在一些问题，就是由于空气中含有的79%氮气并
不参与反应，所占体积很大，并稀释了其余气体的含量，增大了反应器的体积，使得燃气热值下降。但总体来说该种反应方法简单、容易实现，使用较为普遍，通常热值在5000kJ/m3右。
3、氧气气化
氧气气化是指使用氧气作为气化剂的气化反应。反应机理与空气气化类似，但由于不含有氮气，使得反应在用气量相同的情况下，反应温度提高、反应速率加快、反应器容积减小、热效率提高、气体热值提高一倍以上，氧气气化产气的热值与城市煤气相当。但是在反应过程中，为防止完全反应发生过多，应控制氧气加入量。即要保证提供反应所需热量，又要防止可燃性气体被过度氧化，气体热值下降。氧气气化生成的可燃性气体的主要成分为一氧化碳、氢气及甲烷等，其热值为15000kJ/m3，为中值气体。
4、水蒸气气化
该反应将水蒸气作为气化剂，包含生物质的热解反应、水蒸气与碳的还原反应、水蒸气的变换反应与各种甲
烷化反应等等，但由于该反应主要为吸热反应，所需热量较高，所以该反应无法自己供热平衡，需要外部加热或者水蒸气自带热，且反应温度不易过高。因此该反应技术复杂，不利于操控。
5、水蒸气-氧气（空气）气化
是指将水蒸气与氧气（空气）共同作为气化剂的气化过程。该反应集合了利用空气作为气化介质和利用水蒸气作为气化介质的两种气化方法。既能自行发生氧化反应提供足够的热量，又能因为水蒸气的加入减少氧气的消耗量，还能进一步反应生成碳氢化合物。特别是在有催化剂存在的情况下，一氧化碳生成反应的进行，降低了气体中的含量，使得气体燃料更适合于作为城市的燃料。
6、氢气气化
汽化炉
是指将氢气作为气化剂的气化过程。但由于其反应条件苛刻，需要高温高压，一般不予使用。
表1、不同气化剂的气化特性
三、生物质气化的关键设备
我国食用的生物质热解气化技术，主要有固定床、流化床和直接干馏热解3种工艺形式。
1、固定床气化炉工艺一般采用空气为气化剂，气流方式有上吸式、下吸式或是横吸式，特点是设备结
构简单、易于操作，可以实现多种生物质原料的热解气化，投资少等。但是得到的生物质燃气热值低，通常在4200~7560 kJ/m3之间，属低热值可燃气，且生物质气焦油含量高，容易造成管路堵塞。
2、流化床气化炉分为单流化床、循环流化床、双流化床，其工作特点是气固接触混合良好，停留时间
较短，床内压力较高，受热均匀，加热迅速，气化反应速度快，可燃气得率高，炉内温度高而且恒定，可燃气中焦油含量较小，但出炉的可燃气中含有较多的灰分，可频繁启停，气化强度大、综合经济性好，非常适合大型的工业供气系统。但其结构复杂，设备投资较多。
3、直接干馏热解的特点是生物质在隔绝空气条件下进行热分解，产物为固体炭、液体的木焦油和木醋
液、可燃性气体，生产过程须外加热源。
(a)下吸式固定床气化炉图(b)上吸式固定床气化炉图(c)横吸式固定床气化炉图
(d）单流化床气化炉图(e)循环流化床气化炉图(f)双流化床气化炉
四、结语
生物质气化技术具有原料可再生及对环境友好的特点，近年来受到关注的程度越来越高，目前已进入商业化运用的阶段。大力发展生物质气化发电技术对于解决当前电力供应不足、增加农民收入以及减少环境污染等方面具有十分重要的意义，保障能源的可持续发展。
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（来源：工业过程气体监测技术）
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