稻壳热解气化特性的试验研究

第27卷第2期可再生能源Vol.27 No.22009年4月Renewable Energy ResourcesApr. 2009稻壳热解气化特性的试验研究卢红伟12,刘耀鑫12(1.沈阳航空工业学院清洁能源 与环境工程研究所,辽宁沈阳110136; 2.沈阳航空工业学院辽宁省清洁能源重点实验室，辽宁沈阳110136)摘要:以稍壳为试验原料,DHC-32为催化剂.高纯N2为载气,在管式炉中研究了热解温度和DHC-32催化剂对稻壳热解气化特性的影响。试验结果表明:稻壳热解气中H2.CO含量随热解温度升高而增加，CHL,CO2含量随热解温度升高而呈下降趋势;添加DHC -32催化剂后.未改变H,CO.CH,CO2含量随热解温度的变化趋势,但对4种气体的相对含量有一定的影响;在试验温度范围内.添加10%DHC-32催化剂比3%DHC-32催化剂对稻壳热解气影响更大一些。关键词:稻壳;热解;催化剂;管式炉中图分类号: TK6; S216.2文献标志码: A文章编号: 1671-5292(2009)02-0052-03Experimental study on the characteristics of rice husk pyrolysisLU Hong -weil;, LIU Yao xin'2(1.The Institute of Clean Energy Environmental Engineering, Shenyang Institute of Aeronautical Engineering,Shenyang 110136, China; 2.Liao Ning Key Lab of Clean Energy, Shenyang Institute of Aeronautical Engineeing,Shenyang 110136, China)Abstract: With rice husk as feedstock, with DHC- -32 as the catalyst, and with high-purity N2 asthe carrier gas, the effect of the pyrolysis temperature and the DHC-32 catalyst on pyrolysis char-acteristics has been experimentally studied in a tube fumace. 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 CH4 and CO2 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. How-ever, 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 furmace0引言技术之一所。生物质热解产生焦炭、焦油和气体。随着常规能源储量的日益减少及环境污染热解气是生物质热解过程的重要产物，研究生;的日益加剧,可再生、低污染、分布广、储量大的物质热解产气成分的影响因素以及产气成分的生物质燃料逐渐引起人们的关注"。只有将低品变化情况对生物质热解技术的应用具有重要意位的生物质能转换成高品位的能源,才能使生物义。质燃料成为煤、石油和天然气等化石燃料的有效国内外学者对生物质催化热解气化技术进替代品。行了广泛研究4。吕鹏梅以白云石为催化剂在流生物质热解气化技术是主要的生物质能利用化床中进行了生物质气化制取富氢燃料气的研收稿日期: 2008-09-08。作者简介:卢红伟(1979-),男,硕士研究生,主要从事生物质及其相关领域研究。Emil:luongvei521@yho.com.cn.52.卢红伟,等稻壳热解气化特性的试验研究究;L. Garcia以Ni/Al为催化剂对生物质的热解收瓶组成(吸收瓶放在盛有冰水混合物的容器特性进行了研究;李钢在固定床热解反应器中对中);气体收集装置为铝箔复合膜气体采样袋,用花生壳催化热解产气特性进行了研究。本研究以于收集热解产生的不可冷凝性气体。稻壳为试验原料,以DHC-32为催化剂,在管式1.4 试验方法炉内进行了稻壳热解气化特性的试验研究。首先将试验装置的各部分连接起来并检验各1试验内容.连接处的气密性。冷凝装置与管式炉之间.吸收瓶1.1 试验原料之间、冷凝装置与气袋之间用硅胶管连接。将冷凝试验原料为稻壳。首先将一定质量的稻壳放装置放在适当的高度,以减少连接管道的长度。在在温度为80 C的烘箱中干燥2h,然后用超离心试验前30min,将吸收瓶连接好并放在盛有冰水粉碎仪将其粉碎并过50目的筛子,最后将筛取的混合物的容器中。用较大流量(约1 000 m/min)的稻壳样品装入自封袋里,放人干燥器中备用。稻壳N2通人试验装置中约15 min,以清除管式炉、各个粉末的工业分析和元素分析结果见表1。连接管道、吸收瓶中的空气。设定管式炉升温程表1稻壳的工业分析及元素分析序，升温速率为20 C/min,调节N2流量为100Tablel Ultimate and proximate analysis of rice hulls%m/min。将-定质量的稻壳样品(约5g)放人瓷舟中,用特定的装置将其推至管式炉的中部。待管式工业分析元素分析MAFCJVJCUHLNOLS炉中部温度达到100C时,打开气袋开关,开始收3.898.05 16.11 71.95 35.5 4.72 0.68 47.06 0.08集气体。当反应温度达到设定的温度并保持251.2催化剂min后,关闭气袋开关,断开各处连接,关闭载气试验用催化剂DHC-32由抚顺石油化工公源。司北方催化剂厂提供。DHC -32催化剂主要成分用GC-14B型气相色谱分析仪分析收集到的(质量分数):氧化铝(40.0%-60.0%)、 氧化镍气体。生物质热解所生成的气体主要由H,CO,(1.0%-6.0%)、氧化硅(10.0%-30.0%). 氧化钨CH,CO2这4种成分组成，此外还有极少量的(15.0%-25.0%)。CH,C2H。等气体。由于CH,C2H。等气体的含量用超离心粉碎仪将DHC-32催化剂粉碎并极少，因此在试验过程中对热解气体只作常规分过50目的筛子,装人自封袋,放人干燥器中备用。析,即只分析H2,CO,CH,CO2这4种气体。为了1.3试验装置及仪器方便分析,假设生物质热解气中H,CO,CH,CO2试验装置主要由载气源、加热与温控装置冷这4种气体的体积百分数为100%，这种简化处凝系统和气体收集袋组成(图1)。载气由N2瓶提理方法也为国内外许多研究者采用。供，试验前用N2清除管式炉及连接管道内的空2试验结果与分析气，在试验过程中用N2将热解产生的气体带出;2.1 热解温度和催化剂用量对H2含量的影响加热与温控装置为湘潭市三星仪器有限公司生产由图2可以看出，在试验温度范围内,H2含的900-6-12型管式电阻炉(炉膛尺寸:80 mmx量随着热解温度的升高而快速升高。这是因为高1000mm);冷凝系统由4个装有半瓶玻璃珠的吸40 r3sS tof2520|10700 750 800 850 900围1试验装置系统圈温度心Fig.1 The aystem of experimental equipment圈2 H,含量随温度、 催化剂用变化情况1-N2 版;2-管式电阻炉;3-瓷舟;4-吸收瓶;5-冰水容器;6~Fig.2 The change of H2 content vs diferent temperature玻璃珠and catalyst.53.可再生能源2009,27(2)温有利于焦油的裂解,在裂解反应中,焦油中的大分子碳氢化合物分解产生出更多的H2。在整个热解反应过程中,几乎没有消耗H2的反应。添加DHC-32催化剂后,H2含量比相同温度下未添加催化剂时有不同程度的提高。热解温度s 16-为700C时,添加催化剂对改变H2含量的作用不明显,热解温度为800,900 C时,随着催化剂用量00 750800850900的增加,H2含量增加比较明显。在800C时,添加圈4 CH,含量随温 度、催化剂用量变化情况温度/心C3%,10%DHC-32催化剂后,H2含量分别增加约Fig4 The change of CH content VS diferent lemperature10.9%, 18.9%。在900 C时,添加3%，10%DHC-32and catalyst催化剂后,H2含量分别增加约7.1%, 14.5%。2.4热解温度和催化剂用量对CO2含量的影响2.2热解温度和催化剂用量对CO含量的影响由图5可以看出,CO2含量随温度的升高而由图3可以看出,C0含量随热解温度的升快速降低。添加催化剂后,在相同的温度下,CO2高而升高，但变化不太明显，并且始终处于较高含量比未添加催化剂时有所降低。催化剂用量增值。加,CO2含量进一步降低,说明DHC-32催化剂对CO2的生成有一定的抑制作用。40f 。35|3025120l5700750800 850900温度/心700 750800850900圈3 CO含量随温度、催化剂用I变化情况Fig.3 The change of CO content VS diflerent temperature圉5 CO2含量随温度、催化剂用量变化的情况Fig.5 The change of CO2 conlent VS diferent temperature添加催化剂后,CO含量变化趋势与未添加催化剂相同,但在不同温度下有不同程度的提高，3结论催化剂用量对CO含量的变化影响不大。在700①热解温度是稻壳热解产气特性的主要影响C时，添加3%, 10%DHC-32催化剂后,C0含量因素之一。稻壳热解气中H2,CO含量随热解温度分别提高3.8%,4.2%;在800C时,添加3%,10%的升高而升高,CH,CO2含量随热解温度的升高DHC-32催化剂后,CO含量分别提高2.7%，而降低。4.0%;在900C时，添加3%,10%DHC-32催化剂②添加DHC 32催化剂后,未改变H2,CO,CH,后,CO含量分别提高4.4% ,5.2%。CO2含量随热解温度变化的趋势，但改变了这42.3热解温度和催化剂用量对CH4含量的影响种气体的组成比例。添加DHC-32催化剂有助于由图4可以看出,在试验温度范围内,CH4含促进H,CO,CH4的生成,但能抑制CO2的生成。量随热解温度的升高而降低,但变化趋势比较平参考文献:缓,含量基本稳定。[1]张长森,杨力,刘水刚.等.流化床反应器中生物质的添加催化剂后,在相同的温度下,CH4含量都热解研究几可再生能源.2007.25(4):29 33.有不同程度的增加。这可能是因为添加DHC-32马隆龙,吴创之,孙立生物质气化技术及其应用IM],北京:化学T业出版杜.2003.催化剂有利于稻壳中高分子化合物的裂解，从而[3] CHRISTOPHER s, AV ENELL, LGNACI0 SAINZ-DI产生更多CH4。但是添加催化剂后,CH含量随温AZ, el al. Solid waste pyrolysis in a pilot scale batch度变化的趋势并未改变。pyrolyser [J].Fuel. 1996.75:1167-1174..54.