城市垃圾熱裂解制取合成氣的研究

化學(xué)工程師Sum 122 Ne, 11Chemical Engine2005年11月文童端號:1002-11242005)11-000-0城市垃圾熱裂解制取合成氣的研究周蘭倩,李建芬,唐金葛武漢工業(yè)學(xué)豌化學(xué)與環(huán)境工程系湖北武漢43003}摘要:以樹(shù)葉為原料,利用熱裂解裝置進(jìn)行試驗,并對其裂解產(chǎn)物的組成進(jìn)行了分析。結果表明:樹(shù)葉熱裂解產(chǎn)物為生物油、合成氣和炭。酊其合成氣成分主要由C、CH4、H2和水蒸氣組成關(guān)鍵詞:城市垃圾;熱裂解;合成氣中圖分類(lèi)號:105172;X705文藏標識碼:AStudy on syn-gas production from municipal solid waste pyrolysisZHOU Lan-qiun L Jian-fen. TANG Jin-pengtmemo Chemical and Environmental Engineering, Wuhan Polytechnic thaivenity, W hwn 430023, China)Abstract: As feedstock, the leaves are proved by the pyrolysis apparatuses in the experiment And the productionsare assayed about the component. The results show that the pyrolysis production are syn gas, tar and char, the compositegas are main made up of CO, CH, CO,, H and steKey words: municipal solid waste: pyralysis: syn-gas隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展,人類(lèi)一方面對能源的需求化為易儲存、易運輸能量密度高且使用方便的合成不斷擴大,另一方面含有生物質(zhì)的廢棄物大量被廢氣。這樣不僅可以廢物利用,變廢為寶;而且也有益棄和焚燒,造成了奢侈的資源浪費、過(guò)低的能源利用于環(huán)境的保護和人類(lèi)的健康。本文以城市有機垃圾率和不可容忍的環(huán)境污染。因此,生物質(zhì)資源的利中的樹(shù)葉為原料,利用熱裂解裝置進(jìn)行試驗,以探討用已經(jīng)引起了世界各國的關(guān)注。生物質(zhì)資源包括:城市有機垃圾熱裂解處理的可行性。(木屑,樹(shù)葉、塑料、廢橡膠等,其含硫和含氮量均較1實(shí)驗部分低,燃燒后SO2,NO4和灰塵排放量比各類(lèi)化石燃料1.1原料及設備要小得多,但其利用率很低,急需大力開(kāi)發(fā)。城市垃圾中的有機部分也是一種生物質(zhì)資源實(shí)驗原料:樹(shù)葉等。儀器與設備:該實(shí)驗裝置包括螺旋加料器、裂解由于城市固體廢棄物產(chǎn)生量很大處理處置率卻相爐、溫控柜加熱裝置粉碎器旋風(fēng)除塵器、冷凝器當低多數只是簡(jiǎn)單地焚燒堆放或填埋。不僅占用氣相色譜儀轉子流量計集氣袋奧氏氣體分析器大量土地,而且也嚴重地污染環(huán)境。其堆放過(guò)程中產(chǎn)生的滲瀝液隨水滲入地下,或隨雨水流入江河湖等。實(shí)驗所用裝置見(jiàn)圖1海,造成土地及水體的污染與破壞;而產(chǎn)生的有害氣體污染大氣2。在我國大多數城市,對城市生活垃圾中有機部分的處理大多是采用焚燒方式處理,極易產(chǎn)生二嗯嘆,對人們的健康造成很大的傷害(2,而熱裂解能很好地解決此問(wèn)題的發(fā)生。熱裂解是指在隔絕空氣的條件下,使城市垃圾等生物質(zhì)生分解的過(guò)程。該技術(shù)能將城市垃圾H中國煤化工實(shí)驗裝置CNMHG兒心》心熱,在裂解爐預熱期間,準備收桃日期:20)5-09-06作者筒介;李建芬,男,北麻城人,博士,副教,主要從半化工環(huán)實(shí)驗用蒸汽(或不通蒸汽),將預先粉碎的樹(shù)葉送到保方面的研究螺旋加料器中,在裂解爐溫度達到預定值并穩定后周蘭供《3-),女,漢腹,湖北式人,式漢工尋學(xué)院生按預定速度打開(kāi)螺旋加料器進(jìn)料,開(kāi)始實(shí)驗。樹(shù)葉物與化學(xué)工程系學(xué)生。在高溫下發(fā)生熱裂解而轉變成熱裂解氣,在旋風(fēng)機周蘭倩等:城市址圾熱載解取合成氣的研究x05年第11期中分離出固體粉塵。進(jìn)入冷凝器后部分熱裂解氣被的大小是彰響熱解速率的決定性因素。大顆粒物料冷凝后形成生物油而被收集,最后從管中逸出的是比小顆粒傳熱能力差,顆粒內部升溫要遲緩,從而對合成氣。氣樣用集氣袋收集,并用氣相色譜進(jìn)行分熱解產(chǎn)物分布造成了影響。隨著(zhù)顆粒粒徑的增大析同時(shí)用奧氏分析器對所產(chǎn)生的氣體成分進(jìn)行在熱解產(chǎn)物中固相炭的產(chǎn)量增大線(xiàn)分析。本實(shí)驗將樹(shù)葉破碎為粉末狀和片狀兩種形狀考察其達到熱裂解溫度所需的時(shí)間和對產(chǎn)物得率的2結果與討論影響。結果發(fā)現:粉末狀的顆粒所需時(shí)間短,片狀的21樹(shù)葉裂解產(chǎn)物分析所需時(shí)間長(cháng)。與片狀顆粒相比,粉末狀顆粒的產(chǎn)氣率要高得多。211氣態(tài)產(chǎn)物樹(shù)葉裂解所得氣體是一種可燃2.3.2溫度的影響在生物質(zhì)熱解過(guò)程中,溫度是性合成氣用氣相色諧儀檢測其成分,并結合奧氏分一個(gè)很重要的影響因素,它對熱解產(chǎn)物分布組分析儀在線(xiàn)分析數據,其成分(%):N29.45,C043.48CH10.58C213.92,O21.87,12.90、H1O及其它產(chǎn)率和熱解氣熱值等都有很大的影響s-。隨著(zhù)熱解溫度的升高,炭的產(chǎn)率減少,但最終趨780。其中N和Q2可能是氣體采樣時(shí)帶入的空于一定值,不可冷凝氣體產(chǎn)率增加但最終也趨于氣。合成氣經(jīng)放空燃燒,可觀(guān)察到該氣體極易燃燒,定值,而生物油產(chǎn)率有一個(gè)最佳溫度范圍,其值為其火苗呈藍色450-550℃。這是由于生成氣體反應的活化能最21.2固態(tài)產(chǎn)物樹(shù)葉裂解所得固體產(chǎn)物為炭,形高,生成生物油反應的活化能次之,生成炭反應的活狀與原料的破碎程度有關(guān),呈粉末狀可加工成活性化能最低熱解溫度越高越有利于熱解氣體和生物炭用于化工和冶煉油的轉化,隨著(zhù)揮發(fā)物析出的一次反應進(jìn)行得更為213液態(tài)產(chǎn)物樹(shù)葉裂解所得液態(tài)產(chǎn)物為生物徹底炭產(chǎn)率降低;進(jìn)而,揮發(fā)物中越來(lái)越多的大分部分是苯的衍生物及多環(huán)芳烴在高溫時(shí)呈氣態(tài),與子的生物油通過(guò)二次裂解反應生成小分子的氣體合成氣混合,而在低溫時(shí)凝結為液態(tài)其千基熱值約23.3升溫速率的影響升溫速率一般對熱解有在20Mkg-1左右,應用廣泛。正反兩方面影響。升溫速率增加,物料顆粒達到熱2.2物料平衡分析解所需溫度的響應時(shí)間變短,有利于熱解;但同時(shí)顆分析3種產(chǎn)物與原料間的關(guān)系本實(shí)驗以樹(shù)葉粒內外的溫差變大,由于傳熱滯后效應會(huì )影響內部為原料消耗量為61kg暇入率為12.2kgh,裂解熱解的進(jìn)行。隨著(zhù)升溫速率的增大,物料失重和失溫度為750℃。物料平衡分析結果見(jiàn)表1。重速率曲線(xiàn)均向高溫區移動(dòng)89。熱解速率和熱解表1物科平衡分析結果特征溫度(熱解起始溫度、熱解速率最快的溫度、熱產(chǎn)物成分產(chǎn)量/kg得率/解終止溫度)均隨升溫速率的提高呈線(xiàn)性增長(cháng)。實(shí)合成氣驗表明:在一定的熱解時(shí)間內,慢加熱速率會(huì )延長(cháng)熱生物油解物料在低溫區的停留時(shí)間,促進(jìn)纖維素和木質(zhì)素20.5的脫水和炭化反應,導致炭產(chǎn)率增加。氣體和生物油的產(chǎn)率在很大程度上取決于揮發(fā)物生成的一次反2.3主要影響因素應和生物油的二次裂解反應的競爭結果,較快的加影響熱裂解的主要因素包括化學(xué)和物理兩大方熱方式使得揮發(fā)分在高溫環(huán)境下的停留時(shí)間增加面?；瘜W(xué)因素包括一系列復雜的化學(xué)反應,物理因促進(jìn)了二次裂解的進(jìn)行,使得生物油產(chǎn)率下降燃氣素主要是反應過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)以及原料特性等。具體的操作條件表現為:物料特性中國煤化工滯留時(shí)間在生物質(zhì)熱解升溫速率以及反應的滯留時(shí)間等。CNMHG氣相滯留時(shí)間之分。固相2.3.1物料特性的影響樹(shù)葉種類(lèi)粒徑及形狀滯留時(shí)間越短,熱解的固態(tài)產(chǎn)物所占的比例就越小,特性對樹(shù)葉熱解行為和產(chǎn)物組成等有著(zhù)重要的影總的產(chǎn)物量越大,裂解越完全。在給定溫度和升溫響。物料的揮發(fā)分含量決定產(chǎn)氣量,本實(shí)驗所使速率的條件下,越短固相滯留時(shí)間,反應的轉化產(chǎn)物的原料—樹(shù)葉具有較高的揮發(fā)分,故其產(chǎn)氣率遠(下轉第28頁(yè))高于低揮發(fā)分的稻草稻殼等廢棄物4。物料粒徑28205年第11期A(yíng)c2O+HAc→VAc+ HOAc HOAc+H2H→Ac+H2O,[2】張旭之,王松漢,乙涕衍生物工學(xué)M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,初步研究結果顯示,最優(yōu)化路線(xiàn)是:乙烯酮還原為乙醛,乙醛與乙烯酮合成產(chǎn)品醋酸乙烯。[3]魏文德,有機化工原料大全M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社3結語(yǔ)[4]梁風(fēng)凱舒均杰,等,有機化工生產(chǎn)技術(shù)[M].北京;化學(xué)工業(yè)出版社,200[5]邱發(fā)禮,呂紹潔.[].石油化工,1989,(40多年來(lái)我國醋酸乙烯工業(yè)的發(fā)展已取得巨(6)Y.-F.H,D. Kuramae n. w. Goodman Particle size effects in vint大的成績(jì),其發(fā)展速度、技術(shù)水平、裝置設備和國產(chǎn)enthesis over Pd/so[J]. Joumal of catalysis, 2005.(3):353化、環(huán)境保護等方面有了很大的提高。但是,與國外先進(jìn)水平相比還有一定的差距。尤其乙烯法在催化7許保云,基合成酸乙烯技術(shù)進(jìn)展],河北工業(yè)科技,刂選擇性和空時(shí)收率方面與代表先進(jìn)技術(shù)的流化床工藝仍有較大差距。我國乙烯法都是用固定床,陰81羅仕忠吳玉塘化法制醋酸乙烯[門(mén)煤炭轉化此,借鑒國外發(fā)饜策略轉向流化床工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)很9)c-lc.sm, Richard D ce通 z Synthesis of vi有必要from synhesis gs[Jl. Catalysis Today, 2000,8: 281-291摯考文獻[]國內外酷酸乙烯酯市場(chǎng)分析.上?；?205,30(2)(上接第10頁(yè))除去廢棄物,保護環(huán)境,加上能源的回收,可謂是中的固相產(chǎn)物越少,氣相產(chǎn)物的量越大。氣相滯留舉數得,其將取代傳統焚化、填埋而變成處理域市垃時(shí)間一般并不影響生物質(zhì)的一次熱解反應進(jìn)程,而圾的主流只影響到液態(tài)產(chǎn)物中的生物油發(fā)生二次裂解反應的參考文獻進(jìn)程,當生物質(zhì)熱解產(chǎn)物中的一次產(chǎn)物進(jìn)入圍繞生t1廖艷芬,王樹(shù)榮,洪軍,等,生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料的實(shí)驗物質(zhì)顆粒的氣相中,生物油就會(huì )發(fā)生進(jìn)一步的裂化研究[].能源工程,200,(3):1反應在熾熱的反應器中,氣相滑留時(shí)間越長(cháng),生物21謝小兵,歐陽(yáng)小琴,牌本義,固體廢棄物的熱裂解技術(shù)處理油的二次裂解就越嚴重,二次裂化反應增多,放出更1].江西能源,2004,(1):27-29多H2、CO等,導致液態(tài)產(chǎn)物迅速減少,氣體產(chǎn)物增31潛麗哪,生物質(zhì)快速熱裂解工藝及其影響因素[1,應用能源技術(shù),2004,86(2):7-8加,有利于合成氣的生成[4]方夢(mèng)祥,陳冠益,駱仲泱反應條件對稻桿熱解產(chǎn)物分布的影響[J],燃料化學(xué)學(xué)報,19%8,26(2):180-184,3結論51 Wagemaur B M Prins W, Van Swami WPM, Pyrdysis of biomass in thor[ J]. chemical Engineering樹(shù)葉熱裂解產(chǎn)物為生物油、合成氣和炭。而其24B):5109-5126裂解所得的合成氣主要成分為O0、CO2CH、H和61劉漢橋泰九菊,包向軍,廢棄生物質(zhì)熱解的兩種反應模型對H2O蒸汽等,其中CO含量較高。合成氣的低位值研究[J材料與冶金學(xué)報,200.2(2):153-156為15~20M·m-3,屬于中熱值可燃氣,其成分,熱值7]張曉東周勁松,駱伸泱等,生物質(zhì)熱解煤氣中焦油含量的影響因素[]燃燒科學(xué)與技術(shù),20,9(4):29-234都與城市人工煤氣相似。而且其中硫化物、氮化物(8]李?lèi)?ài)民李延吉.固體度物在固定床式熱解爐內熱解產(chǎn)氣特性含量極少,因此,該氣體是一種優(yōu)質(zhì)煤氣,叫吉證棉涇染治理技術(shù)與設備,2003,4(4):4作民用燃氣H中國煤化工EH,P.s,1A,由此可見(jiàn),采用熱裂解技術(shù)處理固體CNMHG