200年1l月農(nóng)機化研究第11期煤與生物質(zhì)恒溫熱解比較研究李鋼,舒新前,畢東東,丁兆軍,張蕾,張磊(中國礦業(yè)大學清潔能源與環(huán)境工程研究所,北京100083)摘要:在實驗室自制固定床熱解反應器中,選擇了兩種煤(神華煤和靈武煤)和3種生物質(zhì)(花生殼核桃殼和木屑〕作為實驗材料,定量化分析比較了恒溫熱解和同溫熱解停留時間對煤與生物質(zhì)熱解產(chǎn)氫及熱解油、熱解焦產(chǎn)率的影響。研究認為:實驗用煤與生物質(zhì)催化熱解表現(xiàn)出基本相同的熱解趨勢,即提高熱解溫度和延長熱解時間(對生物質(zhì)添加合適催化劑)都有利于產(chǎn)氫;對煤而言,提高熱解溫度和延長熱解時間還利于熱解油生成,但對生物質(zhì)而言,效果不很明顯。關鍵詞:農(nóng)業(yè)程;生物質(zhì);試驗;煤;恒溫;熱解;氫氣中圖分類號:S216文獻標識碼:A文章綿號:1003-188X(2007)11-0155—04對恒溫熱解和熱解停留時間對熱解產(chǎn)物影響的定量0引言分析卻不多見。本文主要討論了煤和生物質(zhì)分別在煤是我國最主要的能源,但是長期以直接燃燒600℃,700℃,800℃3個不同恒定溫度下熱解(實利用為主,造成環(huán)境污染?？紤]煤所含有的有機組驗開始后,以較髙的升溫速率升至所需溫度后保持分,直接燃燒并不能發(fā)揮其最大潛能,而熱解作為一定時間),研究比較了熱解后產(chǎn)生氫氣的產(chǎn)率、產(chǎn)種煤清潔利用的重要方式可使其產(chǎn)品利用更加有量隨停留時間的變化規(guī)律及熱解油、熱解焦產(chǎn)率分效(因為煤熱解后的產(chǎn)物不但產(chǎn)生含氫可燃氣,還布情況包括熱解油和高活性固體熱解焦)。生物質(zhì)是種可再生資源,其能源化利用亦受到關注,常規(guī)技1實驗概況術有氣化、燃燒和水解等。生物質(zhì)熱解也是一種將選擇神華煤(產(chǎn)地:陜西省神木縣)和靈武煤生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富氦燃料氣的有效轉(zhuǎn)化技術2。(產(chǎn)地:寧夏回族自治區(qū)靈武市)進行試驗。煤樣在對煤和生物質(zhì)的熱解研究中,國內(nèi)外學者目粒度范圍控制在3m左右。工業(yè)分析、元素分析如前對其催化熱解機理、升溫速率影響、混燒方式以表1所示。兩種煤的灰分、硫分較低,屬高揮發(fā)分及反應動力學等已經(jīng)進行了較多地研究-",但是煙煤。表1實驗煤樣的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析元素分析樣品StdVdafFCd神華煤8,0859,7978.05.0315,76靈武媒6.2434.3661.514.550.7315.39生物質(zhì)選擇核桃殼、花生殼、木屑3種農(nóng)林廢種樣品的水分,都在5%左右。但是灰分則有較大差棄物為原料進行熱解。實驗前對各實驗樣品進行破別,木屑灰分僅1%左右,花生殼3.73%,花生殼灰碎,然后進行預篩分。核桃殼、花生殼粒度范圍控分則高達10%;揮發(fā)分總體較高,都在60%以上。制在3~5mm,木屑粒度范圍控制在0.5~1.0m。核實驗在固定床熱解反應管式爐密閉環(huán)境下進桃殼、花生殼、木屑的工業(yè)分析結(jié)果如表2所示。3行熱解。所有實驗物料統(tǒng)一為20g。具體實驗流程收稿日期:2007-02-26可參考文獻[12,13]。氣體分析裝置為SP2100型氣基金項目:國家自然科學基金重大研究計劃項目(9061004);北相色V凵中國煤化工京市教委重點學科資助項目(XK102900477)作者簡介:李鋼(1978-),男,河北唐山人,博士生,(E-mai1CNMHG載氣:氦氣、氮氣,流速30mL/m通訊作者:舒新前),男,陜西城固人,教授,博士生導師標氣:49.20%H2,14.90%CH4,14.90%c0(e-Mail)shuxinqian@126.com2007年11月農(nóng)機化研究第l1期0.00%C02,0.98%C2H氣產(chǎn)量隨恒溫停留時間的變化色譜柱:GDX502,內(nèi)徑3mm,柱長為5m填充柱600℃-700℃800℃5A分子篩,內(nèi)徑3m,柱長3m填充柱柱箱溫度℃/:70進樣器/℃:100TCD/℃:10橋流/mA:174熱絲/℃停留時間/min色譜柱在運行一段時間后進行活化。圖1神華煤熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間變化規(guī)律表2實驗生物質(zhì)樣品的工業(yè)分析wt%60600℃-700℃800℃樣品水分(Mad)灰分(Ad)揮發(fā)分(vdaf)40核桃殼花生殼62.95木屑4.38L.184.35本文中所提到的催化劑指占試驗物料質(zhì)量的MnO2,在進行催化熱解實驗時,催化劑必須均勻停留時間/min地分散在實驗樣品中。圖2靈武煤熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間變化規(guī)律從圖1和圖2中可以看出,兩種實驗煤樣表現(xiàn)2實驗結(jié)果分析出相同的熱解趨勢,即恒定熱解溫度提高和在同21氫氣產(chǎn)率、產(chǎn)量隨物料恒溫停留時間的變化恒定熱解溫度下停留時間延長都會有利于氫氣產(chǎn)圖1和圖2分別為神華煤樣與靈武煤樣熱解產(chǎn)生。熱解溫度每升高00℃,則氫氣產(chǎn)率提高10%~氣中氫氣產(chǎn)率隨600℃,700℃,800℃3個恒定溫度20%左右;在恒溫800℃,熱解17min條件下都有最停留時間的變化規(guī)律。表3表示的是熱解產(chǎn)氣中氫大氫氣產(chǎn)量,分別是369.886m和389.233mL表3煤熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)量隨恒溫停留時間產(chǎn)量變化停留時間神華煤靈武煤恒溫600℃恒溫700℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫700℃恒溫800℃12966.29297,956120.13728,56595.243132.5726.049281.007369.886240.929389,23322生物質(zhì)熱解后氫氣產(chǎn)率、產(chǎn)量隨物料恒溫停留-700℃-600℃加催化劑700℃加催化劑800℃加催化劑時間的變化圖3-圖5分別是核桃殼、花生殼、木屑在無催化劑及2%的n02存在的情況下,熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間的變化規(guī)律?！?00℃停解時間/min600℃加催化劑-700℃加催化劑一800℃加催化劑圖4花生殼熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間變化規(guī)律800℃-600℃加催化劑-700℃加催化劑。800℃加催化劑中國煤化工5CNMHG停留時間/min停留時間/mi圖3核桃殼熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間變化規(guī)律圖5木屑熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率隨恒溫停留時間變化規(guī)律2007年11月農(nóng)機化研究第11期由圖3~圖5中可以看出,無論催化劑存在與比較有效地提高生物質(zhì)熱解產(chǎn)氫的方式。否,氫氣產(chǎn)率都隨恒溫停留時間的延長而升高;而表4~表6分別為核桃殼、花生殼、木屑在無恒溫熱解溫度提高,幾種生物質(zhì)熱解產(chǎn)氣中的氫氣催化劑及2%Mn02存在情況下,其熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率也會提高。在2%二氧化錳作為催化劑存在情況產(chǎn)量隨恒溫停留時間變化規(guī)律。從表4-表6中可下,在相同熱解溫度祭件,氫氣濃度也都比不添加以看出,無論催化劑存在與否,熱解終溫越髙,氫催化劑時要高。所以,提高恒溫熱解溫度、適當延氣產(chǎn)量越高。對同一恒溫熱解溫度而言,添加合適長物料恒溫熱解停留時間和添加合適催化劑,都是催化劑有利于提高氫氣產(chǎn)量。表4核桃殼熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)量隨恒溫停留時間產(chǎn)量變化停留時間無俚化劑有催化劑恒溫600℃恒溫700℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫70恒混800℃0-2l8.64531.48814.93434.5595,68018.99911.27415,11047.10311,598114.4677.782121.175表5花生殼熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)量隨恒溫停密時間產(chǎn)量變化停留時間無催化劑有催化劑恒淵600℃恒溫700℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫700℃恒800℃14.76846.05944.07420.3155.3112-75.74357.90949,14844.90385.9757~1762.53953.71139.37591.87559.284166.507146,93371.09539.589243.5表6木屑熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)景隨恒溫停留時間產(chǎn)量變化停留時間有催化劑恒溫600℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫700℃恒溫800°C35.3456.00522.04721.05243.29211.24742,288231.747629151.021212306181:017134.5032.3煤與生物質(zhì)恒溫催化熱解制備熱解油、熱解焦煤熱解液相、固相產(chǎn)率比較,如表7所示。產(chǎn)率比較表7煤熱解液相、固相產(chǎn)率比較t神華煤靈武煤恒溫600℃但溫700℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫700℃恒溫800℃液相產(chǎn)率10.02.縣固相產(chǎn)率72.5466.0476.7069.2167,28由表7可以看出,隨著熱解溫度的提升,兩種可見因生物質(zhì)不同,熱解溫度變化和催化劑存在與實驗煤樣熱解后液相產(chǎn)物產(chǎn)率逐步上升,而固相產(chǎn)否在Ⅵ中國煤化工固、液相產(chǎn)物的分布率都呈現(xiàn)下降趨勢,即增加熱解溫度有利于熱解油規(guī)律CNMH是否添加催化劑)受的生成。熱解溫度影響相對較小;液相產(chǎn)率變化規(guī)律較為復表8表示3種生物質(zhì)熱解固、液相產(chǎn)率情況。雜,文獻[12]的結(jié)論表明液相產(chǎn)物產(chǎn)率在某種程度1572007年11月農(nóng)機化研究第11期上與熱解入料揮發(fā)分呈對應關系,即揮發(fā)份高的原料會產(chǎn)生較多的熱解油。表8實驗生物質(zhì)熱解液相、同相產(chǎn)奉比較t無催化劑有催化劑恒溫600℃恒溫700℃恒溫800℃恒溫600℃恒溫700℃恒溫800°C核桃殼42.5042.0034.9942.01液相產(chǎn)率花生殼28.4木屑40.5135.5044.9926.0042.50±1,99核桃殼26,47花生亮28.86木屑23.10263結(jié)論機理[引].山東理工大學學報(自然科學版),200418(2):33-361)煤、生物質(zhì)在不同恒定熱解溫度下熱解產(chǎn)氫[4」張磊,張世紅.生物質(zhì)與煤混燒技術的應用[J特性。恒溫熱解溫度變化對實驗用煤和生物質(zhì)熱解能源技術,2006,27(4):158-160產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率和產(chǎn)量產(chǎn)生的影響基本相同:即恒[5]李世光,徐紹平.煤與生物質(zhì)的共熱解[門].煤旋轉(zhuǎn)溫熱解溫度越高氫氣產(chǎn)率也較高;延長在某一熱解化,2002,25(1):7-12溫度下停留時間,一定程度上有助于氫氣產(chǎn)率提高,[6]劉豪,邱建榮,吳昊,等.生物質(zhì)與煤混合燃燒但是不如提高熱解溫度后氫氣產(chǎn)率增加的明顯。而污染物排放特性研究[.環(huán)境科學學對生物質(zhì)而言,同一溫度,同種樣品在有催化劑存報,2002,22(4):484-488在情況下恒溫熱解產(chǎn)氣中氫氣產(chǎn)率、產(chǎn)量與未添加7]朱恂,李剛,馮云鵬,等重慶地區(qū)7種生物質(zhì)催化劑相比要高。的成分分析及熱重實驗[J.重慶大學學報(白然科2)煤、生物質(zhì)在不同恒定熱解溫度下熱解油、學版),2006,29(8):44-48熱解焦產(chǎn)率比較。對實驗用煤而言,提高熱解溫度[8]金保升,仲兆平,周山明城市固體廢物(XSW)熱解和延長熱解時間都利于提高熱解油產(chǎn)率;對生物質(zhì)特性及其動力學研究[].工程熱物理學報,1999而言,由于各種生物質(zhì)成分差異,熱解溫度變化和20(4):510-514催化劑存在與否對熱解后固、液相產(chǎn)物分布情況的9]程世慶,尚琳琳,張海清.生物質(zhì)的熱解過程及其動影響較為復雜。其中,固相產(chǎn)率(無論是否添加催力學規(guī)律[J.煤炭學報,2006,31(4):501-50化劑)受熱解溫度的影響相對較小,液相產(chǎn)物產(chǎn)率[10 WALLMAN,P.H. THORSNESS,C.B.1NTER,J,D.Hyd變化情況還有待于進一步研究。rogen Production from Wastes[T. Energy, 1998綜上,實驗用煤與生物質(zhì)通過催化熱解表現(xiàn)出23(4):271-278基本相同的熱解趨勢。所以,以現(xiàn)有較成熟的煤熱) Ayhan Demirbas Gaseous products from biomass解工藝設備來進行生物質(zhì)熱解生產(chǎn)是可行的。又因by pyrolysis and gasification: effects of ca-為生物質(zhì)具有可再生性強、來源廣、數(shù)量多等特點talyst on hydrogen yield[J]. Energy Conver所以只要選擇合適的催化劑種類,通過催化熱解轉(zhuǎn)sion and Management, 2002, 13: 897-909化生產(chǎn)富氫燃料氣、生物油、熱解焦等產(chǎn)品,可以[2] BI Dongdong, SHU Xingian, DING Zhao jun,et.al成為我國能源供應的有益補充PreliminaryStudy on Hy drogen Generation參考文獻:from Waste[C]//Proceedings of the Fourth1]戴和武,謝可玉,褐煤利用技術M1.北京:煤炭工業(yè)Asian-Pacific Landfill Symposium 2006 Volume出版社,1999II. Shanghai: Tong ji University Press, 20062]常杰,呂鹛梅,王鐵軍.生物質(zhì)熱化學制氡的研究現(xiàn)狀與前景[A].中國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀與展望(13]中國煤化工市政污泥熱解制備富論文集[C].黃其勵,謝和平.徐州:中國礦業(yè)大學出CNMHG屆屮國綠色財富論壇版社,2003:214-218.暨科技創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展研討會論文集.玉[3]趙俊成,孫立,易維明.在管式爐中生物質(zhì)熱解的溪,2006:31-35(下轉(zhuǎn)第163頁)-158-2007年1l月農(nóng)機化研究第11期可以一次性完成薯土分離和薯秧分離,具有結(jié)構(gòu)簡2)隨著拖拉機牽引功率的增加,可以考慮設單、省工省時、挖掘薯塊完好、薯塊擺放整齊和使計多行馬鈴薯挖掘機,本機的設計和試驗數(shù)據(jù)對多用可靠等優(yōu)點。行馬鈴薯挖掘機的設計具有參考和借鑒作用。Research on the design and Test of the potato HarvesterYANG Shi-cheng, AN Hong-yuZhangjiakou Vocational College of Technology, Zhangjiakou 075000, ChinaAbstract: Being directed against the problems of the great potato-growing areas, the problems which potatoes isfailed or inefficient to gather in and damaged serious by livestock plough, and the potato harvester bought fromother places can not apply to the local grow methods. So the potato harvester is designed. The machine canexcavate potatoes from soil, and separate potatoes from soil, from potato vines. The partial crux parts of themachine are designed. Work function of the prototype in maize stubble and potato fields is researched andtest. The test results meet use demands of local peasant. The test data is used in the design of multiple linespotato harvester for referenceKey words: agricultural engineering; potato harvester; experiment; dig spade(上接第158頁)Abstract ID:1003-188X(2007)11-0155EAComparison on Pyrolysis of Coal and Biomass under ConstantTemperatureLI Gang, SHU Xin-qian, BI Dong-dong, DING Zhao-jun, ZHANG Lei, ZHANG LeiInstitute of Clean Energy and Environmental Engineering, China University of Mining &Technology, Beijing100083, China)Abstract: On the background of a laboratory fixed bed reactor, two kinds of coal and three biomass, like peanutshell, walnut shell and sawdust are selected as experimental materials, quantitative analyzed pyrolysis constanttemperature and residence time effect on the yield of pyrolysis liquid fraction, char and gas in this paper. Theresults indicate: Pyrolysis of the above two coal samples and three biomass show the same trend. Higherpyrolysis temperature and longer pyrolysis time (suitable catalysts for biomass) contribute to hydrogenproduction. For coal, increasing pyrolysis temperature and putting off residence time help to produce thepyrolysis oil yield, but the biomass, not obvious effect.Keywords: agricultural engineering; biomass; experiment; coal; constant temperature; pyrolysis; hydrogen上接第160頁法的改進[J].計算機應用研究,2003(10):62-64.[7]曹浪財,羅鍵,李天成.智能螞蟻算法一蟻群算Abstract n:1003-188X(2007)11-0159EAStudying on the Optimal Energy-saving Arithmetic in Close CorporationBreed Aquatics Conditioning SystemXING WeiGuangzhou Traffic Vocational Technology College, Guangzhou 510800, China)Abstract: In terms of this algorithm applied in air-conditioning system optimizing would appear local optimalsolutions, this paper proposes using both Metropolis criterion and Analog- Anneal algorithm to improve overalloptimal ability, and analysis the algorithm convergency, provi中國煤化工 rgence to probabitityone. A supermarket air-conditioning optimizing system instancC N MH GPply results. It showsthat this system energy saving rate may be up to 25Key words: auto-control technology; conditioning storehouse system; experiment; optimize; energy-saving