能源和環(huán)境壓力的増加，迫使人們尋找可持續(xù) 發(fā)展的清潔新能源.氫不僅是最潔凈的燃料，而且也 是非常重要的化工原料，預(yù)計本世紀(jì)中葉氫能將與 電能并重而成為主要終端能源|1].但目前氫主要由 不可再生的化石燃料制取，且制氫過程會對環(huán)境造 成污染.利用生物質(zhì)制氫能夠?qū)崿F(xiàn)CO的近“零排 放”，解決化石能源消耗帶來的溫室效應(yīng)問題.

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，含有大量的生物質(zhì)資源， 每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量在6億噸以上，林業(yè)廢棄物年 產(chǎn)量約達(dá)3 700碑相當(dāng)于2 000萬噸標(biāo)煤，有非常 大的開發(fā)潛力|21，將生物質(zhì)氣化己成為生物質(zhì)能轉(zhuǎn) 換為高品位能源的一種主要形式|31.其中將生物質(zhì) 在超臨界水中氣化，具有反應(yīng)速率快、熱轉(zhuǎn)化效率高 和環(huán)境友好等優(yōu)點.但生物質(zhì)超臨界水氣化制氫體 系存在復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，如果借助化學(xué)平衡理論對 其研究，則可以不追求反應(yīng)過程細(xì)節(jié)，獲得很多有價 值的反應(yīng)過程信息，目前這方面的研究鮮有報道.因 此，筆者在前期模型化合物葡萄糖超臨界水制氫工 作的基礎(chǔ)上|41，進(jìn)一步開展了農(nóng)業(yè)廢棄物麥秸在超 臨界水中氣化制氫的研究，分析了不同溫度范圍內(nèi) 氣體產(chǎn)物的分布規(guī)律，揭示了反應(yīng)溫度、系統(tǒng)壓力及 物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對產(chǎn)氣高熱值的作用。

雖然只有在少數(shù)反應(yīng)器內(nèi)能使反應(yīng)接近化學(xué)平衡， 但平衡研究所獲得的結(jié)果不僅表征了反應(yīng)能達(dá)到的 最大值，而且可為判斷反應(yīng)機(jī)理、確定反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 形式以及判別反應(yīng)過程的控制因素（動力學(xué)還是熱 力學(xué)控制）提供重要依據(jù).目前解決化學(xué)平衡問題 的方法主要有兩種:平衡常數(shù)法和吉布斯自由能最 小法.平衡常數(shù)法雖然比較直觀，但需要知道反應(yīng)物 的化學(xué)成分、反應(yīng)體系內(nèi)所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)及其平 衡常數(shù)等信息.吉布斯自由能最小化法是目前國際 上應(yīng)用最廣的化學(xué)平衡方法，該方法計算簡單不需 要反應(yīng)的計量方程，只需輸入反應(yīng)體系的溫度、壓力 和反應(yīng)物的元素組成(很容易從元素分析得到）可 直接進(jìn)行最優(yōu)化計算，所以文中選用吉布斯自由能 最小化方法。

由于麥秸不溶于水，所以試驗前向其中加入具 有乳化和穩(wěn)定作用的CMC文中首先計算了 25 MPa 壓力下，不同溫度范圍內(nèi)麥秸超臨界水氣化 的氣體產(chǎn)物摩爾分?jǐn)?shù)，并將結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較;然后分析了產(chǎn)品氣體的高熱值隨溫度和質(zhì)量分 數(shù)的變化。

高熱值定義為麥秸/CC在超臨界水中氣化時 產(chǎn)生的每1 m (標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）氣體產(chǎn)物中各種可 燃?xì)獾母邿嶂抵?，它是反映產(chǎn)氣能量品質(zhì)的一個 重要指標(biāo).由于計算過程發(fā)現(xiàn)，壓力的變化對產(chǎn)氣的 高熱值影響比較小，所以文中重點分析了溫度和質(zhì) 量分?jǐn)?shù)對產(chǎn)氣的影響.圖2為25 Pa壓力下，不同質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的麥秸/CMC氣化時，其產(chǎn)品氣高熱值的變化情況。

模擬計算出的高熱值隨溫度的升 高而下降，隨物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的増加而増加，不同質(zhì)量 分?jǐn)?shù)物料氣化時，其高熱值隨溫度的變化速率是不 同的.以2%麥秸/2% CC為例，在330 ~550 C范 圍內(nèi)，高熱值下降速率較快，在550 ~650 C范圍內(nèi)， 下降速率明顯減慢，溫度高于650 C以上時，高熱值 不再變化.因此對于麥秸/CMC在超臨界水中制取氫氣而言，適當(dāng)?shù)靥岣邭饣瘻囟扔欣跉錃獾墨@得， 但對于制取可燃?xì)怏w而言，并非氣化溫度越高越好. 對比試驗值和模擬值，發(fā)現(xiàn)試驗值和模擬值均隨溫 度的升高而下降，表現(xiàn)出相同的變化趨勢。

模擬預(yù)報出的氣 體產(chǎn)物分布和高熱值的變化趨勢與試驗值基本一 致，但在量上有一定差距.原因是:①圖中試驗點給 出的溫度為反應(yīng)器的外壁面溫度，反應(yīng)器內(nèi)物料的 實際溫度要低于外壁溫度，換句話說，圖中650 式 驗點對應(yīng)的物料溫度達(dá)不到650工要比650 °C低 (750 °C同理）②由于生物質(zhì)超臨界水氣化制氫是 近二三十年興起的一種新技術(shù)，該技術(shù)目前還處于 實驗室研究階段，有關(guān)麥秸/CMC超臨界水氣化制 氫的試驗數(shù)據(jù)仍很缺乏，文中獲得的試驗點物料質(zhì) 量分?jǐn)?shù)與平衡計算質(zhì)量分?jǐn)?shù)不完全相同（650 C試 驗點除外）③反應(yīng)器的長度不夠以及試驗過程中 選取的試驗參數(shù)未能保證反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡.上述 三因素的共同作用導(dǎo)致圖1和圖2中的試驗值與模 擬值有偏差。