稻殼熱解氣化特性的試驗研究

第27卷第2期可耳生能源Vol 27 No. 22009年4月Renewable Energy ResourcesApr.2009稻殼熱解氣化特性的試驗研究盧紅偉12,劉耀鑫12(1.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院清潔能源與環(huán)境工程研究所,遼寧沈陽(yáng)110136;2沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院遼寧省清潔能源重點(diǎn)實(shí)驗室,遼寧沈陽(yáng)110136摘要:以稻殼為試驗原料DHC-32為催化劑,高純N2為載氣,在管式爐中研究了熱解溫度和DHC-32催化劑對稻殼熱解氣化特性的影響。試驗結果表明:稻殼熱解氣中H2,CO含量隨熱解溫度升高而增加,CH,CO2含量隨熱解溫度升高而呈下降趨勢;添加DHC-32催化劑后,未改變H2,CO,CH,CO2含量隨熱解溫度的變化趨勢,但對4種氣體的相對含量有一定的影響;在試驗溫度范圍內,添加10%DHC-32催化劑比3%DHC-32催化劑對稻殼熱解氣影響更大一些。關(guān)鍵詞:稻殼;熱解;催化劑;管式爐中圖分類(lèi)號:TK6;S2162文獻標志碼:A文章編號:1671-5292(2009)02-0052-03Experimental study on the characteristics of rice husk pyrolysisLIU Yao-xin.(1.The Institute of Clean Energy Environmental Engineering, Shenyang Institute of Aeronautical Engineeringshenyang 110136, China; 2. Liao Ning Key lab of Clean Energy, Shenyang Institute of Aeronautical EngineeringShenyang 110136, China)Abstract: With rice husk as feedstock, with DHC-32 as the catalyst, and with high-purity N2the carrier gas, the effect of the pyrolysis temperature and the DHC-32 catalyst on pyrolysis char-acteristics has been experimentally studied in a tube furnace. The results show that the concentra-tion of H2 and Co in the pyrolysis gas rapidly increases as the pyrolysis temperature increasing,while the concentration of CH and CO, decreases. When adding DHC-32 into the samples, thetendency of the content of H2 CO, CH, and CO2 with the temperature rising is not changed. However, there is a certain impact for the composition of the four kinds of gases. At the same time,within the range of experiment temperatures, when the content of DHC-32 is 10%, the effect ofDHC-32 on pyrolysis is more visible than the content of 3%Key words: rice husk; pyrolysis; catalyst; tube furnace0引言技術(shù)之一岡。生物質(zhì)熱解產(chǎn)生焦炭焦油和氣體。隨著(zhù)常規能源儲量的日益減少及環(huán)境污染熱解氣是生物質(zhì)熱解過(guò)程的重要產(chǎn)物,研究生的日益加劇,可再生、低污染、分布廣、儲量大的物質(zhì)熱解產(chǎn)氣成分的影響因素以及產(chǎn)氣成分的生物質(zhì)燃料逐漸引起人們的關(guān)注叫。只有將低品變化情況對生物質(zhì)熱解技術(shù)的應用具有重要意位的生物質(zhì)能轉換成高品位的能源,才能使生物義。質(zhì)燃料成為煤、石油和天然氣等化石燃料的有效國內外學(xué)者對生物質(zhì)催化熱解氣化技術(shù)進(jìn)替代品2。行了廣泛研究。呂鵬梅以白云石為催化劑在流生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)是主要的生物質(zhì)能利用化床V凵中國煤化工富氫燃料氣的研收稿日期:2008-0908CNMHG作者簡(jiǎn)介:盧紅偉(1979-)男,碩士研究生,主要從事生物質(zhì)及其相關(guān)領(lǐng)域研究。E- mail: hongwei52l@ yahoo comin52盧紅偉,等稻殼熱解氣化特性的試驗研究究; L. Garcia以NAl為催化劑對生物質(zhì)的熱解收瓶組成(吸收瓶放在盛有冰水混合物的容器特性進(jìn)行了研究;李鋼在固定床熱解反應器中對中);氣體收集裝置為鋁箔復合膜氣體采樣袋,用花生殼催化熱解產(chǎn)氣特性進(jìn)行了研究。本研究以于收集熱解產(chǎn)生的不可冷凝性氣體。稻殼為試驗原料,以DHC-32為催化劑,在管式14試驗方法爐內進(jìn)行了稻殼熱解氣化特性的試驗研究。首先將試驗裝置的各部分連接起來(lái)并檢驗各1試驗內容連接處的氣密性。冷凝裝置與管式爐之間、吸收瓶1.1試驗原料之間、冷凝裝置與氣袋之間用硅膠管連接。將冷凝試驗原料為稻殼。首先將一定質(zhì)量的稻殼放裝置放在適當的高度,以減少連接管道的長(cháng)度。在在溫度為80℃的烘箱中干燥2h,然后用超離心試驗前30min,將吸收瓶連接好并放在盛有冰水粉碎儀將其粉碎并過(guò)50目的篩子,最后將篩取的混合物的容器中。用較大流量(約1000mmin)的稻殼樣品裝入自封袋里,放人干燥器中備用。稻殼N2通入試驗裝置中約15min,以清除管式爐、各個(gè)粉末的工業(yè)分析和元素分析結果見(jiàn)表1。連接管道、吸收瓶中的空氣。設定管式爐升溫程表1稻殼的工業(yè)分析及元素分析序,升溫速率為20℃/min,調節N2流量為100el ultimate and proximate analysis of nce hulis ml/ming。將一定質(zhì)量的稻殼樣品(約5g)放入瓷舟工業(yè)分析元素分析中,用特定的裝置將其推至管式爐的中部。待管式M- A, FC- V. C. H N Od S,爐中部溫度達到100℃時(shí),打開(kāi)氣袋開(kāi)關(guān),開(kāi)始收3:8980516.171953554720684706008集氣體。當反應溫度達到設定的溫度并保持25.2催化劑min后,關(guān)閉氣袋開(kāi)關(guān),斷開(kāi)各處連接,關(guān)閉載氣試驗用催化劑DHC-32由撫順石油化工公源。司北方催化劑廠(chǎng)提供。DHC-32催化劑主要成分用CC-14B型氣相色譜分析儀分析收集到的(質(zhì)量分數):氧化鋁(40.0%-60.0%)、氧化鎳氣體。生物質(zhì)熱解所生成的氣體主要由H2,CO(1.0%-60%)、氧化硅(100%-30.0%)、氧化鎢CH,CO2這4種成分組成,此外還有極少量的CH,C2H等氣體。由于C2H,C2H等氣體的含量用超離心粉碎儀將DHC-32催化劑粉碎并極少,因此在試驗過(guò)程中對熱解氣體只作常規分過(guò)50目的篩子裝人自封袋,放入干燥器中備用。析,即只分析H2,CO,CH,CO2這4種氣體。為了13試驗裝置及儀器方便分析,假設生物質(zhì)熱解氣中H2,CO,CH4,CO2試驗裝置主要由載氣源、加熱與溫控裝置冷這4種氣體的體積百分數為100%,這種簡(jiǎn)化處凝系統和氣體收集袋組成(圖1)。載氣由N2瓶提理方法也為國內外許多研究者采用。供,試驗前用N2清除管式爐及連接管道內的空2試驗結果與分析氣,在試驗過(guò)程中用№2將熱解產(chǎn)生的氣體帶出;2.1熱解溫度和催化劑用量對H2含量的影響加熱與溫控裝置為湘潭市三星儀器有限公司生產(chǎn)由圖2可以看出,在試驗溫度范圍內,H2含的900-6-12型管式電阻爐(爐膛尺寸:80mmx量隨著(zhù)熱解溫度的升高而快速升高。這是因為高1000mm);冷凝系統由4個(gè)裝有半瓶玻璃珠的吸:圖1試驗裝置系統田Fig. I The system of experimental equipment1-N2瓶;2管式電阻爐;3競舟;4吸收瓶5-冰水容器:6-FgYH中國煤化工量變化情況CNMH Gerent temperature玻璃珠可再生能驃12007(2溫有利于焦油的裂解,在裂解反應中,焦油中的大分子碳氫化合物分解產(chǎn)生出更多的H2。在整個(gè)熱解反應過(guò)程中,幾乎沒(méi)有消耗H2的反應添加DHC-32催化劑后,H2含量比相同溫度下未添加催化劑時(shí)有不同程度的提高。熱解溫度為700℃時(shí),添加催化劑對改變H2含量的作用不明顯,熱解溫度為800,900時(shí)隨著(zhù)催化劑用量60800850900的增加,H2含量增加比較明顯。在800℃時(shí),添加溫度C3%,10%DHC-32催化劑后,H2含量分別增加約圖4CH含量隨溫度、催化劑用量變化情況Fig 4 The change of CH, content VS different temperature109%,189%。在90℃時(shí),添加3%,10%DHC-32催化劑后,H2含量分別增加約71%,14.5%。24熱解溫度和催化劑用量對CO2含量的影響2熱解溫度和催化劑用量對CO含量的影由圖5可以看出,CO2含量隨溫度的升高而由圖3可以看出,CO含量隨熱解溫度的升快速降低。添加催化劑后,在相同的溫度下,CO2高而升髙,但變化不太明顯,并且始終處于較高含量比未添加催化劑時(shí)有所降低。催化劑用量增值加,CO2含量進(jìn)一步降低,說(shuō)明DHC-32催化劑對CO2的生成有一定的抑制作用。700750800850900溫度700750800850900圖3Co含量隨溫度、催化劑用量變化情況溫度Fig 3 The change of CO content vS different temperature圖5cO2含量隨溫度、催化劑用量變化的情況and catalystFig. 5 The change of CO2 content VS different temperature添加催化劑后,CO含量變化趨勢與未添加and cataly催化劑相同,但在不同溫度下有不同程度的提高,3結論催化劑用量對CO含量的變化影響不大。在700①熱解溫度是稻殼熱解產(chǎn)氣特性的主要影響℃時(shí),添加3%,10%DHC-32催化劑后,CO含量因素之一。稻殼熱解氣中H2,CO含量隨熱解溫度分別提高38%,4.2%;在800℃時(shí),添加3%,10%的升高而升高,CH4,CO2含量隨熱解溫度的升高DHC-32催化劑后,CO含量分別提高2.7%,而降低。40%;在900℃時(shí),添加3%,10%DHC-32催化劑②添加DHC-32催化劑后,未改變H2,COCH,后,CO含量分別提高44%,52%CO2含量隨熱解溫度變化的趨勢,但改變了這42.3熱解溫度和催化劑用量對CH含量的影響種氣體的組成比例。添加DHC-32催化劑有助于由圖4可以看出,在試驗溫度范圍內,CH4含促進(jìn)H2,CO,CH4的生成但能抑制CO2的生成。量隨熱解溫度的升高而降低,但變化趨勢比較平考文獻:緩,含量基本穩定。]張長(cháng)森,楊力,劉水剛,等流化床反應器中生物質(zhì)的添加催化劑后,在相同的溫度下,CH4含量都熱解研究]可再生能源2007,25(4):29-33.有不同程度的增加。這可能是因為添加DHC-32(2]馬隆龍吳創(chuàng )之,孫立生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應用M催化劑有利于稻殼中高分子化合物的裂解,從而產(chǎn)生更多CH4。但是添加催化劑后,CH含量隨溫3中國煤化工、NACIO SAINZ一D-CN MH Ga pilot scale batch度變化的趨勢并未改變pyrolyser [J]. Fuel, 1996.75: 1 167-1174