生物质制氢技术 (2)
生物质综合能源系统中的制氢与利用技术研究
生物质综合能源系统中的制氢与利用技术研究概述：生物质综合能源系统是一种以生物质为原料，通过生物催化和化学转化，将生物质转化为高效、清洁能源的系统。
其中，制氢与利用技术是生物质综合能源系统的重要组成部分，能够实现对生物质资源的高效利用和减少二氧化碳排放。
本文将对生物质制氢与利用技术进行深入研究，探讨其在可持续发展和能源转型中的重要作用。
一、生物质制氢技术的研究与应用1. 生物质制氢技术原理生物质制氢技术是利用生物质作为原料，通过生物催化和化学转化，将其转化为氢气的过程。
常用的生物质制氢技术包括生物质气化、微生物发酵和生物光合制氢。
生物质气化是将生物质在高温条件下转化为气体，进而产生氢气。
微生物发酵主要依靠细菌、真菌等微生物的代谢活动，通过发酵产生氢气。
生物光合制氢则是利用光能对植物进行光合作用，产生氢气。
2. 生物质制氢技术的优势生物质制氢技术相对于传统石油制氢技术具有诸多优势。
首先，生物质作为可再生资源，具有可持续利用的特点，可减少对有限化石能源的依赖。
其次，生物质制氢过程中产生的副产物，如生物质灰渣和废液，可作为肥料和有机肥料，实现资源的综合利用。
最后，生物质制氢过程中的二氧化碳排放较少，有助于减少环境污染，降低温室气体的排放。
3. 生物质制氢技术的挑战与解决方案生物质制氢技术在实际应用中仍然面临一些挑战。
首先，生物质的含水率和灰分对制氢效率有一定影响，需要选择合适的生物质原料进行研究与开发。
其次，制氢过程中产生的废水和废气需要进行有效处理，以避免对环境造成污染。
此外，生物质制氢技术的经济性也是一个需要解决的问题，需要降低生产成本并提高制氢的效率。
针对这些挑战，我们可以通过优化生物质制氢反应条件、提高生物质质量和处理废水废气的技术手段等途径来解决。
二、生物质氢能的利用技术研究与应用1. 生物质氢能的利用方式生物质氢能的利用方式多种多样，包括氢能燃料电池、氢气燃料和氢气作为化工原料等。
其中，氢能燃料电池广泛应用于交通工具、家用电器等领域，是一种高效、清洁的能源利用方式。
生物质制氢技术的研究与开发
生物质制氢技术的研究与开发生物质作为一种可再生的能源资源，在当前的能源结构调整中扮演着越来越重要的角色。
随着人们对可再生能源需求的增加，各种生物质转换技术也得到了更广泛的关注与研究。
生物质制氢技术作为其中的一个重要方向，在实现清洁能源生产、减缓气候变化、提高能源利用效率等方面具有巨大的潜力与优势。
本文旨在对生物质制氢技术进行深入研究与探讨，以期为该领域的进一步发展提供一定的参考和借鉴。
首先，生物质作为一种来源丰富、分布广泛的可再生资源，具有其独特的优势。
与化石能源相比，生物质具有循环再生的特性，能够有效减少对化石能源的依赖，从而降低对环境的破坏。
同时，生物质资源的利用也能够带动农业、林业等产业的发展，促进经济的可持续增长。
在当前全球温室气体排放不断增加的背景下，生物质资源的充分利用对于减缓气候变化具有重要的意义。
生物质制氢技术作为一种利用生物质资源生产氢气的技术，具有诸多优势。
首先，生物质资源广泛，种类多样，可以有效避免资源单一化的风险。
其次，生物质在一定条件下可以通过生物发酵、热解等过程产生氢气，无污染、环保。
第三，氢气作为一种清洁能源具有高能量密度、燃烧产物为水等特点，是替代传统化石能源的理想选择。
因此，生物质制氢技术在实现清洁能源生产、减缓气候变化等方面具有重要的应用前景。
目前，生物质制氢技术在国内外已经取得了一定的研究成果。
国外以美国、德国、日本等国家为代表，通过不断的研发与技术创新，已经建立起一套较为完善的生物质制氢技术体系，并着手在工业化生产规模上进行探索。
在国内，生物质制氢技术也逐渐引起了学术界与产业界的广泛关注，多家科研机构和企业纷纷投入了相关研究与开发工作。
然而，与国外相比，我国在生物质制氢技术领域仍存在一定的技术与产业基础不足的问题，需要进一步加大研究投入，加强国际合作，以提高我国在该领域的技术水平和市场竞争力。
生物质制氢技术的研究与开发需要从多方面入手，包括生物质资源的选择与加工、氢气生产技术的优化与改进、氢气的储存与运输技术等方面。
生物制氢技术
厌氧微生物发酵产 氢主要有甲酸分解 产氢和通过NADH 的再氧化产氢等两 条途径。
葡萄糖到丙酮酸的途径 是所有发酵的通用途径。
NADH－－氢化还原酶 （烟酰胺腺嘌呤二核苷 酸） Fd－－铁氧还蛋白
厌氧微生物法制氢原理
厌氧发酵微生物为异养微生物。在这类微生物群体中，由 于缺乏典型的细胞色素系统和氧化磷酸化途径，厌氧生长 环境中的细胞面临着产能氧化反应造成电子积累的特殊问 题。
热化学转化法制氢原理
生物质热裂解制氢
生物质热裂解是在隔绝空气或供给少量空气的条件下使生 物质受热而发生分解的过程。 一般生物质热解产物有可燃气体、生物油和木炭。根据工 艺的控制不同可得到不同的目标产物。
生物质热裂解制氢就是对生物质进行加热使其分解为可燃 气体和烃类。 为增加气体中的氢含量，需要对热解产物再进行催化裂解， 使烃类物质继续裂解，对热解气体进行重整，将甲烷和一 氧化碳也转化为氢气。 最后采用变压吸附或膜分离的方式分离出氢气。
混合产氢系统中发酵细菌和光合 细菌利用葡萄糖产氢的生物化学 途径和自由能变化如右图：
从图中所示自由能可以看出，由于反应只能向自由能降低的方向进行，在分解所得有机酸 中，除甲酸可进一步分解出H2和CO2外，其他有机酸不能继续分解。 这是厌氧细菌产氢效率很低的原因所在，产氢效率低是厌氧细菌产氢实际应用面临的主要 障碍。 然而光合细菌可以利用太阳能来克服有机酸进一步分解所面临的正自由能堡垒，使有机酸 得以彻底分解，释放出有机酸中所含的全部氢。 另一方面由于光合细菌不能直接利用淀粉和纤维素等复杂的有机物，只能利用葡萄糖和小 分子有机酸，所以光合细菌直接利用废弃的有机资源产氢效醇制氢 石油制氢等
生产成本主要取决于原料价格，制气成本高，应用受到限制。
各种制氢方法
各种制氢方法氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。
因此必需将含氢物质力UI后方能得到氢气。
最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。
因此要开发利用这种理想的清洁能源，必需首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。
从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽，而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。
各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法，但其储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
其它各类含氢物质转化制氢的方法目前尚处次要地位，有的正在研究开发，但随着氢能应用范围的扩大，对氢源要求不断增加，也不失为一种提供氢源的方法。
1.电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。
水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。
提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。
目前水电解的工艺、设备均在不断的改进：对电解反应器电极材料的改进，以往电解质一般采用强碱性电解液，近年开发采用固体高分子离子交换膜为电解质，且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用；在电解工艺上采用高温高压参数以利反应进行等。
但水电解制氢能耗仍高，一般每立方米氢气电耗为4．5～5． 5kWh左右。
电能可由各种一次能源提供，其中包括矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及海洋能等等，核能、水能和海洋能其资源丰富，能长期利用。
我国水力资源丰富，利用水力发电，电解水制氢有其发展前景。
太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。
随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。
同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电解制得氢气并用氢作为中间载能体来调节、贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。
生物质气化及制氢技术研究
生物质气化及制氢技术研究随着全球能源需求的不断增长，以及对环境保护的日益重视，开发新型清洁能源已经成为了各国的共同目标。
而生物质能作为一种可持续发展的清洁能源，越来越受到了人们的关注。
在众多生物质能技术中，生物质气化及制氢技术属于比较重要的一种，在此，我们将介绍其研究现状及前景。
一、什么是生物质气化？生物质气化是一种将生物质高温下反应，产生可再生能源的技术。
在生物质气化过程中，通过加热和催化的方式，将生物质原料转化成气体，其中包括主要的一氧化碳、氢气、二氧化碳以及少量甲烷等气体。
这些气体可以被用作化学建材生产的原料，也可以被用作发电机及燃料电池的燃料。
二、生物质气化技术的研究现状在生物质气化技术的研究过程中，最主要的挑战就在于技术难度较高，生产成本较高。
如果没有适当的技术和设备，那么生物质气化及制氢就难以实现。
因此，各国科学家和工程师不断进行研究，以提高生物质气化技术的效率和成本。
目前，生物质气化技术被成功应用于能源工业、化工工业、建筑材料和环保领域。
世界各个国家开展了大量的基础研究和应用研究工作，从技术研究到生产应用，不断深化和完善这项技术。
三、制氢技术的研究现状制氢技术一般是指通过各种化学和物理方法，将水分解成氢气和氧气的过程。
氢气是一种绿色、清洁、高效的能源，因此制氢技术也是一项重要的绿色能源技术。
目前，制氢技术的研究现状非常活跃，主要集中在以下几个方面：（1）常规制氢技术指通过加热或电解的方法来产生氢气，其中电解水制氢是最常见的方法。
该方法优点是制氢条件稳定、不受环境影响，但成本较高。
（2）生物制氢技术利用微生物，通过生物转化的过程产生氢气。
该方法具有可持续性、能源浓度高、温度低等优点，但需要进一步的研究和改进。
（3）水热加氢制氢技术利用高压、高温条件下，将水利用氢化剂转化为氢气的方法。
该方法能够有效提高水的能源利用率，但在实践过程中存在技术和安全问题。
四、生物质气化与制氢技术的应用前景生物质气化及制氢技术的应用前景广阔。
生物质制氢技术的研究现状与展望
一、引言在当前全球能源形势严峻的背景下，生物质制氢技术作为一种可持续发展的新型能源技术备受关注。
本文将对生物质制氢技术的研究现状和展望进行深入探讨，帮助读者全面了解这一领域的进展。
二、生物质制氢技术概述生物质是指植物在生长过程中固定的光能，可以通过热化学和生物化学方法转化为燃料、化学品等有机化合物。
生物质制氢技术是利用生物质资源生产氢燃料的技术，其优势在于可再生、低碳排放和资源广泛。
随着能源危机和环境污染问题的日益突出，生物质制氢技术受到了广泛关注。
三、生物质制氢技术的研究现状1. 生物质气化制氢技术生物质气化是将生物质物质在高温条件下进行分解，生成一氧化碳、氢气等气体。
通过气化反应，可将生物质转化为合成气，再通过水煤气变换反应制备氢气。
目前，生物质气化制氢技术在实验室和工业化生产中取得了一定进展。
2. 微生物发酵制氢技术生物质可通过微生物发酵产生氢气，这是一种相对环保的生产方法。
随着生物技术的发展，一些特殊菌株的应用使得生物质发酵制氢技术逐渐成熟。
生物质发酵制氢技术在实验室阶段已取得了较好的效果，但在工业化应用中还存在一定的技术难题。
3. 生物质光解制氢技术生物质光解制氢技术利用太阳能作为能源，将生物质中的水分子分解为氢气和氧气。
这是一种潜在的清洁能源制备方式，其研究目前处于实验室阶段，尚未进行工业化应用。
四、生物质制氢技术的展望生物质制氢技术具有巨大的发展潜力，但在实际应用中仍然存在许多挑战。
首先是生物质资源的可持续供应问题，需要建立可持续的生物质供应链；其次是高效的氢气生产技术，需要进一步提高生产效率和降低成本；最后是氢气的应用技术，需要配套发展氢燃料电池等技术。
个人观点与理解生物质制氢技术是未来能源发展的重要方向，具有可持续发展和环境友好的特点。
我认为，在今后的研究中，应当优先考虑改进氢气生产技术，并加大对生物质资源可持续利用和环境友好性的研究。
需要政府、企业和科研机构的共同努力，推动生物质制氢技术的实际应用和商业化。
《生物质制氢技术》课件
加强对生物质制氢技术的宣传和推广，提高社会认知度和接受度 ，促进技术的普及和应用。
技术创新与突破
研发支持
加大对生物质制氢技术研发的投入，鼓励科研机构和企业进行技 术创新，提高技术水平和竞争力。
技术交流与合作
加强国际间的技术交流与合作，引进先进技术，推动技术进步和产 业升级。
人才培养
重视人才培养，加强生物质制氢领域的人才队伍建设，为技术创新 提供人才支撑。
降低成本是生物质制氢技术推广 应用的关键，需要加强副产物的 资源化利用和降低能耗等方面的 研究。
开发新型生物质资源是解决生物 质资源多样化问题的有效途径， 可以探索利用木质纤维素等新型 生物质资源进行制氢。
04
生物质制氢的环保与经济性 分析
环保性分析
减少温室气体排放
01
生物质制氢过程中产生的二氧化碳与生物质生长过程中吸收的
生物质来源
生物质主要来源于农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城 市垃圾和废水等。
生物质转化
生物质通过热解、气化、发酵等过程转化为氢气和其他有用 物质。
生物质气化制氢
原理
生物质在高温条件下，经过气化反应将有机物转化为合成气，其中含有氢气、 一氧化碳、二氧化碳等。
工艺流程
生物质经过干燥、粉碎后，进入气化炉进行气化反应，生成的气体经过冷却、 净化后得到氢气。
二氧化碳达到平衡，从而减少温室气体排放。
废弃物资源化利用
02
生物质废弃物如农业废弃物、林业废弃物等可用于制氢，实现
废弃物的资源化利用，降低环境污染。
替代化石燃料
03
生物质制氢可以替代传统的化石燃料，减少对化石燃料的依赖
，降低空气污染和碳排放。
经济性分析
生物质制氢技术的前景与应用
生物质制氢技术的前景与应用随着全球气候变化的日益加剧，人们越来越意识到清洁能源的重要性。
其中，将生物质转换为氢燃料是一种有效的方式。
生物质制氢技术可以提供可再生能源，减少环境污染，降低能源成本，因此成为其中一种主要的清洁能源技术之一。
本文将详细介绍生物质制氢技术的前景与应用。
1. 生物质制氢技术的定义及原理生物质燃烧是目前最基本、最普遍的燃料利用方式之一。
生物质制氢技术是一种将生物质转化为氢气的方法。
其原理是使用热解或生物化学反应的方法将生物质分解为氢气、二氧化碳等物质。
这些反应在一定温度、压力和催化剂存在的条件下进行，通常通过高温热解、微生物发酵或电解等方法实现。
2. 生物质制氢技术的前景生物质制氢技术有着极其广阔的应用前景。
生物质制氢技术可以广泛应用于各种领域，如交通运输、能源储备、热水供应等。
此外，生物质制氢技术还可以用于工业生产，如石油催化转化等领域。
这种绿色能源技术是未来发展的重要方向之一。
3. 生物质制氢技术的应用随着技术的不断进步和环保意识的提高，生物质制氢技术的应用将越来越广泛。
如下是几种主要应用场景：（1）交通运输领域目前，大多数交通工具主要运用石油等化石燃料。
然而，这种传统能源不仅污染严重，而且化石燃料储量受限，价格昂贵。
使用生物质制氢技术可将生物质转化为氢气，作为一种清洁能源用于替代化石燃料，以此提升交通工具的性能和安全性。
（2）能源储备领域生物质制氢可通过将生物质转化为氢燃料以实现能源储备。
使用制氢技术将生物质进行分解和转换，有助于将能源储备转化为最终产品，可以用于发电和转向，使人们在生活中更好地使用清洁能源。
（3）热水供应领域随着城市的不断扩大和人口的不断增加，对于热水的需求也在不断增加。
使用生物质制氢技术将生物质转化为氢气，可以作为生产热水和电力的清洁能源，以此来满足人们生活和生产的需求。
4. 生物质制氢技术的推广为了推广生物质制氢技术的应用，需要扩大生产规模，降低技术成本。
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2、气化反应器
• （1）上吸式气化炉：气固呈逆向流动。在运行过程中湿物 料从顶部加入后被上升的热气流干燥而将水蒸气带走，干 燥后的原料继续下降并经热气流加热而迅速发生热分解反 应。物料中的挥发分被释放，剩余的炭继续下降时与上升 的CO2及水蒸气发生反应产生CO和H2。在底部，余下的炭 在空气中燃烧，放出热量，为整个气化过程供热。上吸式 气化炉具有结构简单，操作可行性强的优点，但湿物料从 顶部下降时，物料中的部分水分被上升的热气流带走，使 产品气中H2含量减少。
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生物质气化
• 生物质热化学气化是指将预处理过的生物质在气化介质中 如：空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物中加热至 700℃以上，将生物质分解为合成气。
• 生物质气化的主要产物为H2、CO2、CO、CH4 • 混合气的成分组成比因气化温度、压力、气化停留时间以
及催化剂的不同而不同 • 气化反应器的选择也是决定混合气组成的一个主要因素。
液体石化能源制氢：甲醇、 的培养技术有待开发
乙醇、轻质油及重油制氢
过程各有利教学弊ppt
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• 氢是一种理想的新能源，具有资源丰富，燃烧热值高，清洁无污染， 适用范围广的特点。
• 制氢的方法有很多，电解水是大规模生产氢的一种途径，然而，水分 子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气 本身所产生的热量还要多，因此若直接利用火电厂供应的电力来电解 水，在经济上是不可取的。
热化学制氢：能耗低，可 大规模工业化生产，可直 接利用反应堆的热能，效 率高，反应过程不易控制
高温热解水制氢：过程复 杂，成本高
气体原料制氢：是化石能 微生物转化技术：对于光
源制氢工艺中最为经济合 合细菌产氢，如何提高光
理的方法，主要有四种方 能转化效率是关键；厌氧
法，工艺过程仍需改进 发酵制氢产率较低，先进
3、氢气分离、净化
• （1）金属氢化物分离法 氢同金属反应生成金属氢化物的反应是可逆反
应。当氢同金属直接化合时，生成金属氢化物， 当加热和降低压力时，金属氢化物发生分解，生 成金属和氢气，从而达到分离和纯化氢气的目的。 利用金属氢化物分离法纯化的氢气，纯度高且不 受原料气质量的影响。
气化剂，在高温条件下通过热化学反应将生物质中可以燃 烧的部分转化为可燃气的过程 • 产物的有效成分有：H2、CO、CH4、CO2等→需进行气体 分离以得到纯氢
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1、生物质催化气化制氢技术
• 生物质催化气化制氢的主要流程如下，三个过程决定最终 氢气的产量和质量，即生物质气化过程、合成气催化变换 过程和氢气分离、净化过程。
氦
• 所有气体中最轻的
氧
碳
• 热值为汽油的3倍
氖
• 着火点低，易爆炸（体积
铁
分数为18-65%时）
氮
230,000 10,000 5,000 1,300 1,100 1000
硅
700
镁
600
教学ppt 硫
500
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氢能的特点
• 氢是最洁净的燃料（产物为水） • 可储存的二次能源 • 氢能效率高
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上述反应导致床灰中的残炭含量减少，气体产物中的CO2和H2含量增多。生物质 炭与水蒸气的气化反应的反应式及平衡常数如表2所示。
从表2可见，只有在相当高的温度下，炭的气化反应才可能发生。因此，如何设计 催化剂降低炭的气化反应温度，促进炭教的学气ppt化反应的发生是催化气化制氢的一个1重1 要研究内容。
• 各种矿物燃料制氢如天然气催化蒸汽重整等，但其作为非可再生能源， 储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
• 利用可再生能源，如太阳能、海洋能、地热能、生物质能来制取氢气 是极具有吸引力和发展前途的。
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§4.2 生物质热化学转换法制氢
• 为化学工程过程 • 以生物质为原料，以氧气（空气）、水蒸气或氢气等作为
生物能源
技术
• §4.1 概述 • §4.2 生物质热化学转换法制氢 • §4.3 微生物法制氢
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2
§4.1 概述
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素
元素 氢
百万分比 750,000
• 最环保、洁净的能源
4
氢的存在形式及制取途径
• 地球上的氢主要以其化合物，如水和碳氢化合物、石油、天然气 等形式存在
用水制氢
化石能源制氢
生物质制氢
水电解制氢：产品纯度高， 煤制氢：生产投资大，易 操作简便，但电能消耗高 排放温室气体，新型技术
正在研发
热化学转化技术：有生物 质热解制氢、气化制氢超 临界气化制氢等方法。产 氢率和经济性是选择工艺 的关键
述分析可知，CFBG的热解反应处于高温区，并且CFBG的传热条件好，加热速率高，可操作性强，
产品气的质量也较高，其中H2的含量也较高。
•
综合分析上述三种气化炉可知，下吸式气化炉在提高产品气的氢气含量方面具有其优越性，但其
结构复杂，可操作性差，因而如何改进下吸式气教化学炉pp的t 物料流动性，提高其气化稳定性是下吸式气 10 化炉需要研究的。
• 水蒸气气化、合成气催化变换 表1是在图2所示的下吸式气化炉条件下，以混合木块为气化原料，
气化介质为空气，燃烧区温度为840℃时气化产物的组成。
从表1可见，气化产物中，有相当一部分是CO。因此在生物质气化中，为了提 高氢气产出量，需在气化介质中加入水蒸气。通常认为，在蒸汽流态化条件下 发生下述反应：
• （2）下吸式气化炉 气固呈顺向流动。运行时物料由上部储料仓向下移动，边移动边进行干燥与热分解的过程。在
经过缩嘴时，与喷进的空气发生燃烧反应，剩余的炭落入缩嘴下方，与气流中的CO2, 和水蒸气发生 反应产生CO和H2。可以看出，下吸式气化炉中的缩嘴延长了气相停留时间，使焦油经高温区裂解， 因而气体中的焦油含量比较少；同时，物料中的水分参加反应，使产品气中的H2含量增加。但由图 3可见，下吸式气化炉结构比较复杂，当缩嘴直径较小时，物料流动性差，很容易发生物料架接， 使气化过程不稳定。对气化原料尺寸要求比较严格。
• （3） 循环流化床气化炉（CFBG）
物料被加进高温流化床后，发生快速热分解，生成气体、焦炭和焦油，焦炭随上升气流与CO2和 水蒸气进行还原反应，焦油则在高温环境下继续裂解，未反应完的炭粒在出口处被分离出来，经循
环管送入流化床底部，与从底部进入的空气发生燃烧反应，放出热量，为整个气化过程供热。由上