煙草廢棄物流化床熱解轉(zhuǎn)化實驗研究

蔣 健， 胡安福， 王 駿， 周國俊*， 李允超， 王凱歌, 王樹榮*

(1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310024; 2.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室,浙江 杭州 310027)

中國是煙草種植大國，全世界每年約1/3的煙葉產(chǎn)自中國，年產(chǎn)量可達(dá)450～500萬噸[1]。煙草在收獲后，會產(chǎn)生大量的煙草廢棄物，如煙草秸稈、碎煙葉和煙梗等[2]，煙草廢棄物如不加以利用不僅會造成資源浪費，還會污染水源和土壤，對環(huán)境造成一定影響。目前，國內(nèi)外煙草廢棄物的利用方法主要有直接燃燒發(fā)電、分類挑揀后制備煙草薄片和有機(jī)溶劑萃取高附加值化學(xué)品等，但大多利用價值偏低。煙草廢棄物作為一種特殊的生物質(zhì)原料，在熱解過程中會產(chǎn)生揮發(fā)分并可經(jīng)冷凝制得生物油，煙草熱解生物油經(jīng)分離和濃縮甚至提質(zhì)改性等處理后，既可以實現(xiàn)煙草廢棄物的減量化處理，也可作為高值化學(xué)品甚至燃料加以利用[3-6]。因此，利用熱解對煙草廢棄物進(jìn)行資源化處置，提取高附加值的化學(xué)組分具有重要意義。目前，關(guān)于煙草廢棄物熱解的研究，研究人員主要集中于研究煙葉的熱解行為及熱解煙氣成分分析。于建軍[7]通過研究煙絲的熱解煙氣組分，發(fā)現(xiàn)煙絲在熱解過程中極易形成氣溶膠，氣溶膠中的氣相組分主要由氧氣、氮氣、二氧化碳、水分以及少量烴類和羰基化合物組成，而氣溶膠中的粒相組分主要由酸類、醇類、煙堿和醛酮類組分組成。Liu等[8]采用Py-GC/MS對煙葉的熱解特性和機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)低溫下煙葉熱解的主要產(chǎn)物是糠醛和苯酚，而高溫?zé)峤猱a(chǎn)物主要為茚和萘。鄭燕[9]利用自制的小型熱解試驗裝置，研究了4種煙葉在不同熱解溫度(200～600 ℃)條件下生物油中的組分分布，獲得了多種特殊的高價值化學(xué)品，如煙堿、吡啶和吡咯等含氮環(huán)狀化合物以及少量脫水糖類物質(zhì)，其中煙堿在600 ℃下得率最高。夏倩等[10]采用固定床熱解反應(yīng)裝置，利用煙草廢棄物成功制取了新型電子香煙精油。相較于固定床反應(yīng)器來說，生物質(zhì)流化床熱解技術(shù)是粉體顆粒原料在載氣流體作用下，物料顆粒發(fā)生懸浮和流化狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生氣固反應(yīng)的熱轉(zhuǎn)化過程，具有反應(yīng)效率高、物料接觸充分、原料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點[11-12]。因此，開展流化床熱解煙草研究對于煙草的高值化利用尤為重要。本研究基于煙草廢棄物的原料特性表征，結(jié)合熱解動力學(xué)研究煙草廢棄物的熱降解行為，隨后利用給料量為10 kg/h的流化床熱解反應(yīng)系統(tǒng)開展熱解實驗，研究熱解溫度(300～500 ℃)對煙草廢棄物熱解生物油產(chǎn)率和組分的影響規(guī)律，以期為煙草廢棄物的高值化利用提供參考。

1 實 驗

1.1 原料

煙草廢棄物，取自浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，實驗前將樣品置于80 ℃的雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中干燥2 h，然后用粉碎機(jī)粉碎為0.18～0.60 mm的粉末，備用。

1.2 流化床熱解實驗

采用給料量為10 kg/h的流化床系統(tǒng)開展煙草廢棄物熱解實驗，流化床反應(yīng)裝置由給料模塊、載氣預(yù)熱模塊、熱解模塊、焦炭分離模塊、水冷模塊和電捕模塊組成[13]。

熱解實驗使用氮氣作為載氣，流量約為7 m3/h，熱解開始前先吹掃30 min置換掉流化床反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的空氣。煙草廢棄物采用連續(xù)給料方式，反應(yīng)器處理量為10 kg/h，每次連續(xù)運(yùn)行時間約4 h。熱解時，煙草廢棄物首先由給料模塊(兩級螺旋進(jìn)料器)送入熱解模塊(流化床反應(yīng)器)中進(jìn)行熱解，中試運(yùn)行熱解溫度分別設(shè)定為300、 350、 400、 425、 450和500 ℃，然后將熱解生成的氣相、固相產(chǎn)物帶出反應(yīng)器，進(jìn)入焦炭分離模塊(兩級旋風(fēng)分離器)進(jìn)行氣固分離，分離后的固體產(chǎn)物落入灰斗中，液體產(chǎn)物經(jīng)水冷模塊(兩級管殼式換熱器，0 ℃冷阱)冷凝和電捕模塊(兩級高壓電捕，電壓均為30 kV)進(jìn)行收集，得到熱解生物油，不可冷凝性氣體經(jīng)催化氧化系統(tǒng)進(jìn)行處理，用鋁箔集氣袋收集催化氧化系統(tǒng)處理前后氣體樣品待測。熱解實驗結(jié)束后，稱量整個生物油收集系統(tǒng)的質(zhì)量，與實驗前質(zhì)量差即為液相產(chǎn)物總質(zhì)量；固體炭產(chǎn)量為一級旋風(fēng)炭罐、二級旋風(fēng)炭罐中的熱解炭及管路殘留炭的質(zhì)量和；氣體產(chǎn)量采用差值法進(jìn)行計算。

1.3 表征和分析

1.3.1原料分析 對原料進(jìn)行工業(yè)分析(GB/T 28731—2012)、元素分析(德國Elementar Vario MAX cube全自動元素分析儀)，其中氧元素采用差減法計算獲得。堆積密度參照GBT 30202.1—2013進(jìn)行測定；表觀密度、真實密度和孔隙率參照YC/T 473—2013 中相關(guān)操作進(jìn)行測量。

1.3.2TG分析 采用DSCQ1000熱重(TG)分析儀對煙草廢棄物的熱失重規(guī)律進(jìn)行研究，分別以5、 10、 20和30 ℃/min的升溫速率從室溫加熱至800 ℃。

1.3.3液體樣品分析 采用熱裂解-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(Py-GC/MS)儀，對煙草廢棄物進(jìn)行熱解分析，每次取樣約0.5 mg，熱解終溫設(shè)為350、 450、 550和650 ℃，熱解時長為30 s，色譜柱使用DB-WAX，檢測分流比設(shè)為1 ∶40，利用NIST數(shù)據(jù)庫匹配產(chǎn)物，并對各組分進(jìn)行半定量分析。

采用Agilent氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)儀對流化床反應(yīng)系統(tǒng)制得的生物油的有機(jī)組分進(jìn)行測定，溶劑延遲時間設(shè)置為2 min，使用HP-5MSUI色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，采用程序升溫：初始溫度60 ℃，維持2 min后，以3 ℃/min升溫至150 ℃，再以10 ℃/min升溫至300 ℃并保持1 min，而后運(yùn)行2 min。進(jìn)樣口溫度320 ℃，傳輸線溫度270 ℃，進(jìn)樣量為1 μL。采用歸一化法對峰面積進(jìn)行處理，計算煙草熱解生物油樣品各組分相對峰面積含量，各組分種類使用NIST 17標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行比對。

1.3.4固體樣品分析 炭的粒徑分布采用LS13320型激光粒度分析儀進(jìn)行分析。

1.3.5氣體樣品分析 氣體產(chǎn)物由Agilent氣相色譜(GC)儀進(jìn)行分析，初始溫度50 ℃，以10 ℃/min的升溫速率升溫到230 ℃，保持5 min，檢測器溫度為250 ℃，汽化室溫度為250 ℃，進(jìn)樣量1 000 μL，載氣為高純氬氣，流量40 mL/min。

1.4 熱解動力學(xué)分析

采用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)無模式函數(shù)法獲得煙草廢棄物熱解活化能隨轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律[14]，KAS方程如下所示：

式中：β—升溫速率，K/s；T—熱失重所達(dá)到的實際溫度，K；R—通用氣體常數(shù)，8.314 J/(K·mol)；A—指前因子；α—轉(zhuǎn)化率；g(α)—轉(zhuǎn)化率對反應(yīng)速率影響的積分;E—反應(yīng)活化能，kJ/mol。

由上述公式可以發(fā)現(xiàn)，對于給定的轉(zhuǎn)化率α，ln(β/T2)和-(1/RT)為線性關(guān)系，擬合曲線的斜率即為轉(zhuǎn)化率達(dá)到α?xí)r所對應(yīng)的煙草廢棄物熱解反應(yīng)的活化能。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料物性參數(shù)

煙草廢棄物的工業(yè)分析結(jié)果為：含水率13.66%、灰分8.53%、揮發(fā)分65.75%、固定碳12.06%(空氣干燥基)。元素分析結(jié)果為：C 48.45%、H 6.54%、N 2.05%、S 0.33%、O 42.63%(干燥天灰基)。由此可知，樣品含有較多的揮發(fā)分，表明其較易分解，而氧元素含量高，表明熱解產(chǎn)物將會有較多的含氧化合物。對原料的物理特性進(jìn)行表征分析，結(jié)果顯示：其堆積密度較小，僅為376 kg/m3，而表觀密度和真實密度分別為1 077和1 377 kg/m3；孔隙率較高，為0.216。

2.2 熱重分析

圖1為不同升溫速率下煙草廢棄物的TG和DTG曲線。

圖1 不同升溫速率時煙草廢棄物的TG(a)和DTG(b)曲線Fig.1 TG(a) and DTG(b) curves of tobacco waste at different heating rates

由圖可知，煙草廢棄物在180和315 ℃附近出現(xiàn)最大失重速率峰，分別為煙草中的可溶性糖和纖維素?zé)峤庠斐伞ｋS著升溫速率的增加，TG和DTG曲線整體趨向高溫區(qū)一側(cè)移動，這是由于煙草廢棄物熱導(dǎo)率低，同時煙草廢棄物顆粒本身也存在溫度梯度，隨著升溫速率的增加，試樣顆粒內(nèi)的溫度梯度增加，從而導(dǎo)致了熱滯后現(xiàn)象的發(fā)生。從DTG曲線可知，升溫速率為5和10 ℃/min時區(qū)別不大，DTG曲線右移并不明顯，而第一失重峰變窄且最大失重速率明顯增大，這使得在TG曲線上表現(xiàn)出相對左移，掩蓋了熱滯后現(xiàn)象[14]。

2.3 動力學(xué)分析

由圖1中煙草廢棄物的DTG曲線可知，其存在兩個明顯的失重峰，可依此將煙草廢棄物樣品熱失重過程分為110～240 ℃和240～580 ℃兩個主要階段，在這兩個區(qū)間內(nèi)分別選取α為0.2～0.8(間隔0.2)進(jìn)行l(wèi)n(β/T2)和-(1/RT)線性曲線的擬合,如圖2所示。

圖2 煙草廢棄物熱解動力學(xué)擬合曲線(a)和活化能分布(b)Fig.2 Fitting curve(a) and activation energy distribution(b) of tobacco waste pyrolysis

由圖2(a)和(b)可知，分別在110～240 ℃和240～580 ℃兩個主要失重區(qū)間內(nèi)，在同一轉(zhuǎn)化率(α)、不同升溫速率(β)下的數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)出較好的線性。相關(guān)系數(shù)(R2)高于0.99，擬合曲線呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性。因此，計算該轉(zhuǎn)化率范圍內(nèi)的活化能，見圖2(c)。隨著轉(zhuǎn)化率的增加，活化能總體上呈現(xiàn)出增長趨勢，在熱解初期，可能是由于煙草廢棄物中一些熱不穩(wěn)定的組分首先脫出，所需活化能較低；而隨著熱解反應(yīng)的深入，主要為木質(zhì)素等大分子組分的裂解[13]，需要的能壘更高，導(dǎo)致從反應(yīng)初期到反應(yīng)中期，活化能數(shù)值不斷上升。而繼續(xù)升溫進(jìn)入到第二個失重區(qū)間，可以發(fā)現(xiàn)活化能的變化趨于穩(wěn)定，這可能是由于隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，進(jìn)入連續(xù)脫揮發(fā)分階段，熱解反應(yīng)的強(qiáng)度有所降低，固相組分的脫揮發(fā)分轉(zhuǎn)化速率降低，導(dǎo)致在較高轉(zhuǎn)化率下，活化能數(shù)值呈現(xiàn)逐漸平緩的趨勢。從整體失重過程看，對于煙草廢棄物而言，兩段過程的活化能呈現(xiàn)較好的隨溫度連續(xù)變化的趨勢，能較好地符合煙草廢棄物的熱分解過程。

2.4 Py-GC/MS分析

采用Py-GC/MS對煙草廢棄物熱解揮發(fā)分組分分布進(jìn)行研究，不同熱解溫度條件下煙草廢棄物熱解組分及含量如表1所示。

表1 煙草廢棄物Py-GC/MS熱解揮發(fā)分組分及相對峰面積1)Table 1 Distribution and the relative peak area of pyrolysis volatilization group of tobacco waste using Py-GC/MS

由表1可知，煙草廢棄物快速熱解生物油組分主要由煙堿、烯烴、酮類、醛類、酸類、醇類、芳香烴、酚類、吡啶和吡咯類等構(gòu)成。煙堿含量隨溫度上升而下降，其可能轉(zhuǎn)化為吡啶、吡咯等含氮雜環(huán)化合物。隨著溫度的上升，酸類、醇類化合物含量明顯下降，酮類、醛類的含量下降幅度較小，而烯烴與芳香烴化合物含量明顯增加，表明含有熱不穩(wěn)定的羧基和醇羥基類組分，更容易受溫度升高的影響而發(fā)生脫氧反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為烴類組分。對于酯類組分，其含量隨溫度上升先增加而后又下降，這可能是由于溫度的升高促進(jìn)了煙草廢棄物中固有的酯類物質(zhì)分離，以及大分子物質(zhì)解聚產(chǎn)生許多酯類小分子化合物。酯基為熱不穩(wěn)定的官能團(tuán)，隨著熱解溫度的增加，酯基易發(fā)生降解，從而促使酯類物質(zhì)向其他小分子化合物轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致酯類化合物的含量降低。

2.5 流化床熱解實驗

2.5.1熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率分析 圖3為不同熱解溫度下煙草廢棄物流化床熱解得到的氣體、固體和液體產(chǎn)物的質(zhì)量產(chǎn)率。由圖可知，隨著熱解溫度的升高，生物油產(chǎn)率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，且在450 ℃時達(dá)到最大值32.58%。熱解氣體產(chǎn)率隨溫度升高而增加，變化范圍為31.72%～46.78%；固體產(chǎn)率變化趨勢與之相反，在500 ℃時產(chǎn)率最低，為22.86%。這是因為隨著熱解溫度的上升，煙草揮發(fā)分不斷析出，導(dǎo)致殘留的固體質(zhì)量不斷下降。在450 ℃之前，伴隨溫度的升高，煙草熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分中可冷凝組分隨之增多，生物油產(chǎn)率增加；但隨著溫度的進(jìn)一步升高，揮發(fā)分發(fā)生二次反應(yīng)和二次裂解，使不可冷凝組分增多，導(dǎo)致生物油產(chǎn)率下降。由此可見，煙草廢棄物作為一種特殊的生物質(zhì)，其熱解焦油產(chǎn)率變化規(guī)律與生物質(zhì)熱解產(chǎn)率規(guī)律基本一致[15-16]。

圖3 熱解溫度對熱解產(chǎn)物質(zhì)量產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of temperature on the mass yields of pyrolysis products

2.5.2熱解炭旋風(fēng)分離特性分析 通過收集兩級旋風(fēng)分離器分離出來的熱解炭樣品，分析其特性。元素分析結(jié)果如表2所示，經(jīng)一級和二級旋風(fēng)分離后所得生物炭樣品的元素組成較為相似，這說明固體顆粒經(jīng)一級和二級旋風(fēng)分離后，熱解炭顆粒二次反應(yīng)不明顯。

表2 425 ℃熱解溫度時旋風(fēng)分離器中生物炭的性質(zhì)分析1)Table 2 Property analysis of bio-char obtained from cyclones at the pyrolysis temperature of 425 ℃

圖4為兩級旋風(fēng)分離器中生物炭顆粒的粒徑分布圖，發(fā)現(xiàn)熱解溫度為425 ℃時，一級旋風(fēng)分離器中生物炭平均粒徑為25.07 μm，二級旋風(fēng)分離器中生物炭平均粒徑為15.62 μm；二級旋風(fēng)分離器中生物炭的質(zhì)量約為一級旋風(fēng)分離器中生物炭質(zhì)量的1/3，且二級旋風(fēng)分離器中生物炭的粒徑明顯低于一級旋風(fēng)分離器，說明兩級旋風(fēng)起到了很好的焦炭顆粒分離效果。一般而言，更細(xì)粒徑的生物炭會增大其堆積密度，使其更適合工業(yè)應(yīng)用中的存儲和轉(zhuǎn)運(yùn)。由此可見，本研究所使用的流化床能很好地對煙草廢棄物進(jìn)行處置轉(zhuǎn)化。

1.一級旋風(fēng)炭first class cyclone char; 2.二級旋風(fēng)炭second class cyclone char圖4 兩級旋風(fēng)分離器中熱解炭顆粒的粒徑分布Fig.4 Size distribution of bio-char particles in the two step cyclones

2.5.3熱解生物油組分分析 采用GC-MS對300～500 ℃熱解產(chǎn)生的生物油組分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)425 ℃制備的生物油香氣濃厚優(yōu)雅、飽滿充實，且刺激性氣味淡。因此，對該溫度下生物油組分進(jìn)行深入分析。425 ℃下煙草熱解所得生物油的組分及其含量見表3，生物油的總離子流圖見圖5。

表3 425 ℃下煙草熱解所得生物油的組成1)Table 3 The composition of bio oil from tobacco pyrolysis at 425 ℃

圖5 425 ℃熱解溫度時煙草廢棄物熱解生物油的總離子流圖譜Fig.5 Total ion chromatogram of bio-oil obtained at the pyrolysis temperature of 425 ℃

由表3可知，煙草廢棄物熱解生物油組分十分復(fù)雜，主要由酸類、酮類、酚類和含氮雜環(huán)化合物組成。在煙草廢棄物熱解過程中，乙?；拿撀浜途C纖維素的開環(huán)裂解等化學(xué)反應(yīng)會促進(jìn)酸類化合物生成[3]。由表3可知，熱解油中酸類物質(zhì)相對峰面積可達(dá)10%以上，此時煙草廢棄物熱解生物油的pH值小于7，酸性液體產(chǎn)物含量較高。煙草廢棄物的化學(xué)組成與一般生物質(zhì)也存在一定的差異，除了纖維素、半纖維素和木質(zhì)素外，還含有果膠、可溶性糖、煙堿、蛋白質(zhì)、氨基酸和胺類等組分[17]。因此，煙草廢棄物熱解生物油組分分布更為復(fù)雜。煙草廢棄物熱解生物油中的醇類和酮類是由廢棄物中的糖類物質(zhì)熱解生成[18]。而酚類組分多由煙草中的木質(zhì)素和以綠原酸為主的單寧類化合物熱解得到[10]。隨著熱解溫度的升高，不同組分熱解會生成不同的物質(zhì)。在溫度較低時，一些低沸點物質(zhì)會先揮發(fā)出來。隨著熱解溫度的升高，熱解生物油中檢測出了較多含氮雜環(huán)類化合物，如吡啶、吡咯和吡嗪等。這些含氮雜環(huán)類化合物一方面可能是原料含有的生物堿隨熱解析出與裂解，也可能是其中的蛋白質(zhì)等受熱分解形成含氮自由基，而后經(jīng)歷重構(gòu)、異構(gòu)等反應(yīng)生成新的含氮化合物。然而，僅僅依靠GC-MS分析，其獲得的有關(guān)低揮發(fā)性和大分子化合物的信息依舊非常有限，且定量分析較為困難，但產(chǎn)物相對峰面積值與其濃度呈一定的正相關(guān)[19-21]。

2.5.4熱解生物氣組分分析 表4為425 ℃熱解溫度時熱解氣的主要組分及其含量。由表可知，熱解氣的主要成分是CO2，CO次之，同時含有一定量的CH4，而H2含量最低。CO2主要來源于煙草中羧酸基團(tuán)的裂解與重整[22]，其在較低溫度下便可發(fā)生。CO主要來源于C—O的斷裂和脫羰基反應(yīng)。CH4主要來源于煙草中甲氧基(CH3—O—)、亞甲基(—CH2—)和甲基(—CH3)的斷裂。在較低的熱解溫度(425 ℃)下，甲氧基和甲基不易斷裂，因此CH4含量較低[23-24]。H2主要來源于熱解過程中生成的氫自由基，高溫有利于氫自由基的生成，因此，較低的熱解溫度導(dǎo)致H2含量較低。煙草熱解過程除生成氫自由基外，還會生成大量含氧自由基與烴類自由基等，且含氧自由基與烴類自由基在該熱解溫度下占主導(dǎo)地位，均會與氫自由基發(fā)生競爭反應(yīng)，生成熱解生物油、水和烴類氣體等，從而抑制H2的生成[25]。此外，利用催化氧化系統(tǒng)(COS)對氣體進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)氣體經(jīng)尾氣處理系統(tǒng)后，有害氣體CO被完全清除，大部分可燃?xì)怏w如CH4等，也被催化氧化，H2在尾氣處理系統(tǒng)后也未被檢測到，說明系統(tǒng)配置的尾部煙氣處理系統(tǒng)具有較好的催化氧化性能，能有效去除可燃性氣體。結(jié)合熱解生物油與生物炭的基本特性可知，煙草廢棄物在流化床下經(jīng)歷了復(fù)雜的脫水、脫氫、脫羧、脫氧和芳構(gòu)化反應(yīng)。

表4 425 ℃熱解溫度時熱解生物燃?xì)獾闹饕M分Table 4 The compounds in the bio-gas obtained at the pyrolysis temperature of 425 ℃

3 結(jié) 論

3.1對煙草廢棄物的基本理化特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其堆積密度(376 kg/m3)較小，孔隙率(0.216)較高；通過熱重分析可知，煙草廢棄物的2個主要熱降解溫度區(qū)間為150～400 ℃，最大失重速率發(fā)生在180和315 ℃附近，且隨著升溫速率的增加，TG和DTG曲線整體趨向高溫區(qū)偏移。通過Py-GC/MS分析可知，煙草廢棄物熱解產(chǎn)物主要組分有煙堿、烯烴、酮類、醛類、酸類、醇類、芳香烴、酚類、吡啶和吡咯類等。

3.2利用流化床開展煙草廢棄物的熱解實驗，研究熱解溫度對煙草廢棄物熱解產(chǎn)物產(chǎn)率與組成的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著熱解溫度升高，生物油產(chǎn)率先增大后減小，并在450 ℃達(dá)到最高值(32.58%)；生物燃?xì)獾漠a(chǎn)率隨著熱解溫度的升高不斷增大，生物炭產(chǎn)率的變化則與之相反。生物油組分極其復(fù)雜，主要由含氮雜環(huán)化合物、酸類、酚類和酮類等組分組成，其中煙堿是生物油的主要組分。熱解生物氣的主要成分是CO2，H2含量則相對較少。