气化
气化是一个将生物量或基于化石燃料的碳质材料转化为气体的过程，包括最大的分数：氮（N 2 ），一氧化碳（CO），氢（H 2 ）和二氧化碳（CO 2 ）。这是通过在不燃烧的情况下通过控制反应中存在的氧气和/或蒸汽的量，在不燃烧的情况下反应原料材料来实现。所得的气体混合物称为合成气（来自合成气体）或生产者气体，由于H 2和CO的可燃性在很大程度上是燃料。功率可以从随后的气体燃烧中得出，如果从生物质原料中获得气化化合物，则被认为是可再生能源的来源。
气化的一个优点是，合成气可以比原始原料材料的直接燃烧更有效，因为它可以在较高的温度下燃烧，从而使Carnot规则定义的热力学上限较高。 Syngas也可以用作燃料电池中的氢源，但是大多数气化系统产生的合成器需要额外的加工和改革以去除污染物和其他气体，例如CO和CO 2 ，以适合低温燃料电池的使用，但是高温氧化物燃料电池能够直接接受H 2 ，CO，CO 2 ，Steam和甲烷的混合物。
Syngas最常直接在天然气发动机中燃烧，用于产生甲醇和氢，或通过Fischer -Tropsch工艺转化为合成燃料。对于某些材料，可以替代垃圾填埋和焚化，从而降低了大气污染物（例如甲烷和颗粒物）的排放。一些气化过程旨在完善腐蚀性灰分元素，例如氯化物和钾，从而使原本有问题的原料材料产生清洁的气体。化石燃料的气化目前已在工业尺度上广泛用于发电。气化可以产生较低量的某些污染物，如x和没有x燃烧。
历史
自19世纪初期以来，通过气化就通过气化生产了能源。最初，煤炭和泥炭被气化以生产城镇天然气以进行照明和烹饪，1807年1月28日在伦敦的帕尔购物中心安装了第一个公共街头照明，不久就会散布，向大多数工业化城市提供商业燃气照明，直到19日结束世纪用电灯代替。自1920年代以来，气化和合成剂继续用于爆炸炉中，并且在合成化学物质的生产中更明显地使用。成千上万的地点留下有毒残留物。有些站点已被修复，而另一些站点仍被污染。
在两次世界大战中，尤其是第二次世界大战期间，由于石油短缺而导致气化产生的燃料需求。被称为Gasogene或Gazogène的木气体发生器用于在欧洲为机动车辆供电。到1945年，有卡车，公共汽车和农业机器由气化提供动力。据估计，世界各地的生产商天然气都有近9,000,000辆汽车。
化学反应
在气化器中，碳质材料经历了几种不同的过程：
- 脱水或干燥过程发生在100°C左右。通常，将所得的蒸汽混合到气流中，可能与随后的化学反应有关，尤其是如果温度足够高的话，水气反应（请参阅步骤＃5）。
- 热解（或去脱脂化）过程发生在200–300°C左右。释放挥发物并产生炭，导致煤炭减肥高达70％。该过程取决于碳质材料的性质，并确定炭的结构和组成，然后将经历气化反应。
- 燃烧过程是随着挥发性产物和某些CHAN与氧反应的反应而发生的，主要形成二氧化碳和少量的一氧化碳，这为随后的气化反应提供热量。让C代表含有碳的有机化合物，这里的基本反应是C + O 2 →CO 2 。
- 当炭与蒸汽和二氧化碳反应以通过反应C + H 2 O→H 2 + CO和C + CO 2 →2CO产生一氧化碳和氢时，气化过程发生在产生一氧化碳和氢。
- 此外，在气化器中的温度下，可逆气相中水电转移反应非常快地达到平衡。这可以平衡一氧化碳，蒸汽，二氧化碳和氢的浓度：CO + H 2O⇌CO2 + H 2 。
本质上，将有限量的氧或空气引入反应器中，以允许某些有机材料“燃烧”以产生二氧化碳和能量，从而驱动第二个反应，将进一步的有机材料转化为氢和额外的二氧化碳。 。当有机材料中形成的一氧化碳和残留水反应形成甲烷和二氧化碳多余的碳（4CO + 2H 2 O→CH 4 + 3CO 2 ）时，就会发生进一步的反应。第三个反应在增加反应性气体和有机材料的停留时间以及热量和压力的反应堆中更大。催化剂用于更复杂的反应器，以提高反应速率，从而将系统更接近反应平衡的固定停留时间。
过程
目前有几种类型的气化器可用于商业用途：反电流固定床，固定床，流化床，夹带流动，血浆和自由基。
反电流固定床（“ Up Draft”）气化器
固定的碳质燃料床（例如煤炭或生物量），“气化剂”（蒸汽，氧气和/或空气）以反电流配置流动。在干燥状态下除去灰烬，要幺作为炉渣。炉排气化器的蒸汽与碳的比率较低，其温度高于灰烬融合温度。气化器的性质意味着燃料必须具有很高的机械强度，并且理想情况下必须是不可制造的，以便它形成可渗透的床，尽管最近的发展已在一定程度上减少了这些限制。这种类型的气化器的吞吐量相对较低。热效率很高，因为气体出口中的温度相对较低。但是，这意味着在典型的操作温度下，焦油和甲烷的产生很重要，因此必须在使用前进行广泛清洁产品气体。可以将焦油回收到反应堆上。
在诸如水稻船体等细，未降低的生物量的气化中，有必要通过风扇将空气吹入反应堆中。这会产生非常高的气化温度，高达1000C。在气化区域上方，形成了细和热char的床，并且随着气体被强迫穿过该床，大多数复杂的碳氢化合物被分解成简单的氢成分和一氧化碳。
共同电流固定床（“下降”）气化器
类似于反电流类型，但是气化剂气体与燃料的共汇合（向下，因此称为“下降气温剂”）。需要通过燃烧少量燃料或外部热源来添加热量。产生的气体在高温下留下了气化剂，并且大部分热量通常被转移到床顶上添加的气化剂中，从而导致逆流类型的水平能效率。由于所有焦油都必须通过这种配置的热床，因此焦油水平远低于反电流类型。
流化的床反应堆
燃料用氧气，蒸汽或空气流动。将灰分清除干燥或像重型聚集在一起的重物。干灰气化器中的温度相对较低，因此燃料必须具有高反应性。低级煤特别适合。团聚气体的温度略高，适用于更高的煤层。燃料吞吐量高于固定床，但不如夹带的流动气体高。由于碳质材料的渗透率，转化效率可能相当低。固体的回收或后续燃烧可用于增加转化率。流化的床气体火炉对于形成高度腐蚀性灰分的燃料最有用，会损坏渣式气化器的墙壁。生物质燃料通常含有高水平的腐蚀性灰分。
流化的床气化器在流化状态下使用惰性床材料，从而增强了气化器内部的热量和生物量分布。在流化状态下，表面流体速度大于将床材料擡高床的重量所需的最小流体速度。流化的床气体电站分为起泡的流化床（BFB），循环流化床（CFB）和双流动床（DFB）气体。
夹带的流动气体
干燥的固体，雾化的液体燃料或燃料浆液在共流流中用氧气（少得多：空气）气体。气化反应发生在非常细颗粒的致密云中。由于工作温度很高，而且由于煤颗粒彼此良好，大多数煤适用于这种类型的气化器。
高温和压力也意味着可以实现较高的吞吐量，但是由于必须冷却气体，因此在使用现有技术清洁之前必须冷却热效率。高温还意味着产品气体中不存在焦油和甲烷。但是，氧气需求高于其他类型的气体。所有夹带的流动气体仪以炉渣的形式去除灰分的主要部分，因为工作温度远高于灰烬融合温度。
较小的灰分是作为非常精细的干粉煤灰或黑色粉煤灰浆料生产的。某些燃料，特别是某些类型的生物量，可以形成炉渣，对陶瓷内壁具有腐蚀性，以保护气化器外壁。然而，某些夹带的流动类型的气化炉没有陶瓷内壁，而是内水或蒸汽冷却的壁上覆盖着部分固化的炉渣。这些类型的气化器不会遭受腐蚀性矿渣的困扰。
一些燃料的灰烬温度很高。在这种情况下，主要是石灰石与气化之前混合了燃料。加入一点石灰石通常足以降低融合温度。燃料颗粒必须比其他类型的气体小得多。这意味着必须将燃料粉碎，这比其他类型的气化炉需要更多的能量。到目前为止，与夹带的流量相关的最能量消耗不是燃料的铣削，而是用于气化的氧气的产生。
等离子气化器
在等离子体气化器中，高压电流被馈入火炬，从而产生高温弧。无机残留物作为玻璃像玻璃一样。
原料
有大量不同的原料类型可用于气化器，每种都具有不同的特征，包括大小，形状，散装密度，水分含量，能量含量，化学成分，灰分融合特性以及所有这些特性的同质性。煤炭和石油焦炭被用作全球许多大型气化厂的主要原料。此外，可以加热多种生物量和废物衍生的原料，木材颗粒和薯条，废料，塑料和铝，市政固体废物（MSW），垃圾衍生燃料（RDF），农业和工业浪费，污水污泥，污水污泥，将草，丢弃的种子玉米，玉米秸秆和其他农作物残留物全部使用。
废物处理
废气化比焚化具有多个优点：
- 可以在燃烧后的合成气而不是大量的烟气上进行必要的大量烟气清洁。
- 发动机和燃气轮机可能会产生电力，这些发动机和燃气轮机比在焚化中使用的蒸汽循环更便宜，更高效。甚至可能使用燃料电池，但是对于气体的纯度，这些都有相当严重的要求。
- 合成气的化学加工（气对液体）可能会产生其他合成燃料而不是电力。
- 一些气化过程在非常高的温度下处理含有重金属的灰分，以便以玻璃状且化学稳定的形式释放。
废气化技术的主要挑战是达到可接受的（正）电力效率。在废物预处理中的大量功耗，大量纯氧（通常用作气化剂）的消耗中，将合成能转换为电力的高效率与消耗的效力相抵消。在现实生活中实施这些过程时，另一个挑战是在植物中延长服务间隔，因此无需每隔几个月关闭植物即可清洁反应堆。
环境拥护者称气化为“变相焚化”，并认为该技术仍然对空气质量和公共卫生危险。 “自2003年以来，许多希望使用的废物处理设施的建议……气化技术未能获得最终批准，当项目支持者的索赔没有承受公众和政府对主要主张的审查，” 。在这三年中，从2009 - 2011年在渥太华运营的一个设施有29起“排放事件”和13个“溢出事件”。它也只能在大约25％的时间内运行。
已经提出了一些废气，但是很少有建造和测试，并且只有少数是作为处理真正废物的工厂实施的，并且大多数时候与化石燃料结合使用。
自2000年以来，一种工厂（使用热推过程在日本使用热推过程）一直在用天然气和纯化的氧气处理工业废物，但尚未记录该过程中的净能量生产阳性。
2007年， ZE-Gen在马萨诸塞州新贝德福德建立了一家废气化演示设施。该设施旨在证明使用液态金属气化的特定非MSW废物流的气化。该设施是在广泛的公众反对派搁置了马萨诸塞州阿特尔伯勒类似工厂的计划之后。如今，ZE-Gen似乎已停产，并且公司网站在2014年被取消。
同样在美国，2011年，加拿大Pyrogenesis Inc.提供的等离子体系统进行了测试，以在佛罗里达州霍尔堡场特种作战司令部空军基地进行气体固体废物，危险废物和生物医学废物。该工厂的建设费用为740万美元，于2013年5月在政府清算拍卖中被关闭并出售。开幕式出价为25美元。获胜的出价被密封。
2022年12月，内华达州里诺（Reno）开业的塞拉山脉生物燃料工厂将垃圾填埋废物转换为合成原油。
当前应用
合成气可用于热量产生以及生成机械和电力。与其他气体燃料一样，与固体燃料相比，生产者气体对功率水平具有更大的控制，从而导致更有效，更清洁的运行。
合成气也可以用于进一步加工液体燃料或化学物质。
热
气化炉为热施用提供了灵活的选择，因为它们可以改装到现有的气体燃料设备，例如烤箱，炉子，锅炉等，在该设备中可以替代化石燃料。同性气的加热值通常约为4-10 MJ/m 3 。
电
目前，工业规模的气化主要用于从化石燃料（例如煤炭）中发电，例如煤炭，在燃气轮机中燃烧了同性气。气化还用于使用集成气化循环（ IGCC ）的电力，氨和液体燃料（油）的产生，并有可能为燃料电池生产甲烷和氢。与常规技术相比，IGCC也是一种更有效的CO 2捕获方法。 IGCC示范工厂自1970年代初以来一直在运营，1990年代建造的一些工厂现在正在进入商业服务。
加热和动力
在木材源可持续的小型企业和建筑应用中，已在欧洲安装了250-1000 kWe和新的零碳生物量气化厂，这些植物已在欧洲生产木材的无焦油合成剂，并在与热恢复的发电机连接的往复式发动机中燃烧。这种类型的植物通常被称为木材生物质CHP单元，但是一种具有七种不同过程的植物：生物质加工，燃料输送，气化，气体清洁，废物处理，发电和热量回收。
运输燃料
柴油发动机可以使用生产者气体在双燃料模式下操作。在高载荷下，柴油取代超过80％，在正常载荷变化下的柴油取代很容易实现。火花点火发动机和固体氧化物燃料电池可以在100％气体气体上运行。发动机的机械能可用于驱动水泵进行灌溉或与交流发电机耦合以发电。
虽然小规模的气化器已经存在了100多年，但几乎没有来源可以获得一台现成的机器。小型设备通常是DIY项目。但是，目前在美国，几家公司为操作小型发动机提供了加油站。
可再生能源和燃料
原则上，气化可以从几乎任何有机材料（包括生物量和塑料废物）中进行。可以燃烧产生的合伙们。另外，如果合智能足够干净，则可以用于燃气发动机，燃气轮机甚至燃料电池的功率，或通过甲醇脱水，通过sabatier反应或柴油样甲烷有效地转化为二甲基醚（DME），或通过Fischer - Tropsch工艺合成燃料。在许多气化过程中，输入材料的大多数无机成分（例如金属和矿物质）都保留在灰烬中。在某些气化过程（泥土气化）中，该灰分具有玻璃状固体形式，具有低浸出特性，但是凹槽气化中的净功率较低（有时为负），成本更高。
不管最终的燃料形式如何，气化本身和随后的加工既不直接排放，也不会捕获诸如二氧化碳之类的温室气体。但是，气化和合伙转换过程中的功耗可能很重要，并且可能间接导致CO 2排放；在凹槽和等离子气化中，电力消耗甚至可能超过合伙人的任何电力产生。
燃烧合成气或衍生燃料的发射与初始燃料的直接燃烧发出的二氧化碳量完全相同。生物量气化和燃烧可能在可再生能源经济中起重要作用，因为生物量产生与气化和燃烧相同的大气中消除了相同数量的CO 2 。虽然其他生物燃料技术（例如沼气和生物柴油）是碳中性的，但原则上的气化可能会以多种输入材料运行，可用于生产更广泛的输出燃料。
目前有一些工业规模的生物质气化厂。自2008年以来，在瑞典的Svenljunga以来，生物量气化厂最多可产生14兆瓦，为Svenljunga的行业和公民分别提供工艺蒸汽和地区供暖。气化剂使用诸如CCA或红果石浸渍的废木和其他类型的再生木材的生物量燃料来生产现场燃烧的合成气。
示范项目的示例包括：
- 瑞典哥德堡的Gobigas项目的32兆瓦双流化床气化，自2014年12月以来，从森林残留物中生产了约20兆瓦的替代天然气，并将其送入天然气网格。该植物由于技术和经济问题而永久关闭2018年4月。GöteborgEnergi已向该工厂投资了1.75亿欧元，并强烈尝试将该工厂出售给新投资者一年失败了。
- 奥地利可再生能源网络的那些，包括使用双流动床气化的工厂，该工厂为古斯辛镇提供了2兆瓦的电力，从2001年起，利用GE Jenbacher往复式发动机和4兆瓦的热量产生了使用GE Jenbacher往复式发动机和4兆瓦的热量。该工厂于2015年退役。
- 英国斯温顿的Go Green Gas'Pilot工厂已证明了50千瓦的废物原料产生甲烷。该项目促使建造了一个2500万英镑的商业设施，旨在从废木中产生22GWH的电网质量天然气和垃圾燃料，该燃料将于2018年完成。
- Chemrec的Piteå的试验厂通过黑液的含有的流动气化产生了3兆瓦的清洁合成气。由于2016年的财务问题，该工厂被永久关闭
- 高温Winkler（htw），这是加压流化的床气化过程。在1990年代，htw进行了多种不同的原料测试，包括低级煤和各种形式的生物量；木材，垃圾衍生燃料（RDF）和市政固体废物（MSW）。最新的HTW设施将于2002年永久关闭。自2015年以来，该过程的测试持续到达姆施塔特大学的0.1 t/h飞行员单元，而重新设计的全尺寸单元则在阿姆斯特丹和鹿特丹提议。