1. 研究目的与意义
目前，由于CO2的排放使得全球气候变暖，且化石资源日渐枯竭，全球对可再生能源利用的研究热情正在持续上升[1]。生物质包括秸秆、稻壳、林业加工残余物、制糖业蔗渣、动物粪便等，是一种潜在的可再生能源资源，是人类未来能源和化学原料的重要来源。目前，作为能源利用的生物质仅为总生物质能量的1%，所生产的能量已占总能耗的14%[2]。氢气是一种环境友好的清洁能源，可用于车用燃料电池[3－4]，而相较于其它类型的发电系统，燃料电池的发电效率更高[5]。目前已有许多通过化石燃料制氢的方法，如以石脑油、天然气和煤等为原料制氢，然而这些过程会排放出大量的温室气体，而使用可再生资源如生物质也许可以作为替代的制氢原料，环境友好且不产生温室气体CO2[6]。生物质气化气中含有相当多的焦油,如果不对这部分焦油进行处理,就会防碍生物质气化气的进一步利用。催化裂解是一种有效的消除生物质焦油的方法,国外已有相当多的文献报道了白云石和镍基催化剂对焦油裂解的作用[7]。生物质金属/炭催化裂解是研究生物质能源的重要手段，而通入适量的蒸汽能够调节气体组分，提高氢气含量，是一个可持续的制取富氢燃料的有效方法。
2. 国内外研究现状分析
1.1国内外研究概况
生物质热化学制氢有几种途径,如先裂解制生物油,再通过油催化重整制氢、水蒸气部分氧化制氢、超临界水制氢等,这几种制氢方式均各有优缺点。从总体上来说，生物质催化气化制氢的研究在国内外还处于实验室研究阶段，在我国中国科学院、中国科技大学等相关院校和研究机构对此做了大量的研究，取得了一定的进展,国外的研究主要集中在美国、西班牙、意大利、荷兰等国家[8]。
美国夏威夷大学和天然气能源研究所合作建立的一套流化床气化制氢装置在水蒸气/生物质(以下简称s/b)的物质的量比为1/7的情况下，可产生128g氢气/kg生物质(去湿、除灰),达到了该生物质最大理论产氢量的78%[9]。西班牙saragossa大学和马德里complutense大学的教授等人和其它研究者对生物质催化气化进行了比较广泛和细致的研究，其研究结果充分肯定了白云石和镍基催化剂对于提升产品气质量和减少焦油产出的显著影响。franco[10]和gil[11]等使用流化床对生物质水蒸气气化进行了实验研究，氧气-水蒸气气化综合了氧气气化和水蒸气气化的特点,既实现自供热,又减少氧气消耗量,并且可以生产富含h2和co的燃气。joscorella[12-13]等利用一固定床催化反应器比较了锻烧白云石、菱镁矿和方解石的催化活性和寿命。同时他们也研究了商业蒸汽重整催化剂对水蒸汽气化的影响。c.courson[14]等将金属镍作为活性组分嫁接在橄榄石上研究了生物质气化气的水蒸汽重整和co2重整反应。herguido,j.[15]等研究了不同的生物质原料对水蒸汽气化的影响。dingnengwang[16]等使用商业ni基催化剂水蒸气重整生物质热解油制氢,产氢量可达到理论产氢量的85%。turn[9]等在富氧条件下研究了生物质的水蒸汽气化制氢过程在其操作条件范围内，单位公斤生物质产氢量在er为0的情况下可以达到。wu[17]等建立了两段固定床反应系统对生物油进行水蒸气催化重整制氢，在温度为900℃，水/碳比为16时，得到了最高的氢产率、目的产品气纯度和潜在氢产率。等。
关于生物质焦油的水蒸汽重整技术，国内外有关研究者进行了广泛的研究，研究内容包括重整机理、s/b对焦油转化率和热解气组分的影响、停留时间对焦油转化率和热解气组分的影响等。焦油的水蒸汽重整反应会产生可燃气体含量高的热解气。众多研究者的实验一般采用焦油的模型化合物进行，常见的模型化合物包括苯、甲苯和萘等，这种简化会造成实验和实际情况的误差[18]。
3. 研究的基本内容与计划
1.研究的主要内容
本试验首次提出并设计出了利用蒸汽-金属/炭于两段式热裂解炉中催化裂解生物质获取富氢燃料的方法，以绝干杉木屑为原料，在ni基木炭和ni基椰壳炭为催化剂的两种情况下，通入蒸汽，研究通入蒸汽对生物质气化气组成的影响。蒸汽本身有较高的氢比重，不凝性气体通过水蒸气重整反应转换为氢气，有效提高气体产物的氢组分含量，且过程清洁无污染。镍基催化剂还可显著降低热解气中的甲烷含量,降低幅度约90%以上，经济性和操作可行性都较为理想。本论文的研究内容如下：
（1）研究通入蒸汽的质量对生物质金属/炭催化裂解的影响；
4. 研究创新点
已有相当多的文献报道了生物质的水蒸气气化,但很少以制氢为研究目的,将蒸汽和金属/炭催化剂同时作用于生物质的催化裂解的研究则几乎还未有文献报道。本试验首次提出并设计出了利用蒸汽-金属/炭于两段式热裂解炉中催化裂解生物质获取富氢燃料的方法，利用Ni基催化剂对焦油较高的催化效率以及水蒸气的催化重整作用，以期获得更高的氢产率，且全过程环境友好，此即本实验的创新与特色所在。
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