气化反应

气化反应是将基于生物质或化石燃料的含碳材料转化为气体的过程，其中xxx的部分包括：氮气 (N2)、一氧化碳 (CO)、氢气 (H2) 和二氧化碳 (CO _{2). 这是通过控制反应中存在的氧气和/或蒸汽的量，在不燃烧的情况下使原料在高温下（通常＞700°C）发生反应来实现的。 由此产生的气体混合物称为合成气（来自合成气）或发生炉煤气，由于主要构成气体的 H2 和 CO 具有易燃性，因此它本身就是一种燃料。 产生的气体的后续燃烧可产生能量，如果气化化合物是从生物质原料中获得的，则被认为是可再生能源。}

气化的一个优点是合成气可以比原始原料的直接燃烧更有效，因为它可以在更高的温度下燃烧，从而卡诺规则定义的效率的热力学上限更高。 合成气也可用作燃料电池中的氢源，但大多数气化系统产生的合成气需要进行额外的加工和重整，以去除污染物和其他气体，如 CO 和 CO_{2，以适用于低温燃料 电池使用，但高温固体氧化物燃料电池能够直接接受 H 2 、CO 、CO 2 {\displaystyle {\ce {H2,CO,CO2}}} 蒸汽和甲烷的混合物。</sub >}

合成气最常直接在燃气发动机中燃烧，用于生产甲醇和氢气，或通过费-托工艺转化为合成燃料。 对于某些材料，气化可以替代填埋和焚烧，从而减少甲烷和颗粒物等大气污染物的排放。 一些气化过程旨在精炼出腐蚀性灰分元素，例如氯化物和钾，从而允许从其他有问题的原料中生产清洁气体。 化石燃料的气化反应目前广泛用于工业规模发电。 与燃烧相比，气化反应产生的一些污染物如 SOx 和 NO_{x 的数量更少。}

在气化器中，含碳材料经历几个不同的过程：

• 脱水或干燥过程发生在 100 °C 左右。 通常，所产生的蒸汽会混入气流中，并可能参与后续的化学反应，特别是如果温度足够高，就会发生水煤气反应（参见步骤 #5）。
• 热解（或脱挥发分）过程发生在 200–300 °C 左右。 释放挥发物并产生焦炭，导致煤的重量损失高达 70%。 该过程取决于含碳材料的性质，并决定了炭的结构和组成，然后会发生气化反应。

• 随着挥发性产物和一些炭与氧气发生反应，主要形成二氧化碳和少量一氧化碳，从而为后续气化反应提供热量，燃烧过程就会发生。 设C代表含碳有机化合物，这里的基本反应是C + O 2 → C O 2
• 气化过程发生在炭与蒸汽和二氧化碳反应生成一氧化碳和氢气时，通过反应 C + H 2 O → H 2 + C O
• 此外，可逆气相水煤气变换反应很快达到平衡