化學工程師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)學豌化學與環(huán)境工程系湖北武漢43003}摘要:以樹葉為原料,利用熱裂解裝置進行試驗,并對其裂解產(chǎn)物的組成進行了分析。結(jié)果表明:樹葉熱裂解產(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隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,人類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、過低的能源利用于環(huán)境的保護和人類的健康。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)資源的利中的樹葉為原料,利用熱裂解裝置進行試驗,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,樹葉、塑料、廢橡膠等,其含硫和含氮量均較1實驗部分低,燃燒后SO2,NO4和灰塵排放量比各類化石燃料1.1原料及設(shè)備要小得多,但其利用率很低,急需大力開發(fā)。城市垃圾中的有機部分也是一種生物質(zhì)資源實驗原料:樹葉等。儀器與設(shè)備:該實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除塵器、冷凝器當?shù)投鄶?shù)只是簡單地焚燒堆放或填埋。不僅占用氣相色譜儀轉(zhuǎn)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。實驗所用裝置見圖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(shù)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)生分解的過程。該技術(shù)能將城市垃圾H中國煤化工實驗裝置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)實驗用蒸汽(或不通蒸汽),將預先粉碎的樹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(wěn)定后周蘭供《3-),女,漢腹,湖北式人,式漢工尋學院生按預定速度打開螺旋加料器進料,開始實驗。樹葉物與化學工程系學生。在高溫下發(fā)生熱裂解而轉(zhuǎn)變成熱裂解氣,在旋風機周蘭倩等: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(nèi)部升溫要遲緩,從而對合成氣。氣樣用集氣袋收集,并用氣相色譜進行分熱解產(chǎn)物分布造成了影響。隨著顆粒粒徑的增大析同時用奧氏分析器對所產(chǎn)生的氣體成分進行在熱解產(chǎn)物中固相炭的產(chǎn)量增大線分析。本實驗將樹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間和對產(chǎn)物得率的2結(jié)果與討論影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):粉末狀的顆粒所需時間短,片狀的21樹葉裂解產(chǎn)物分析所需時間長。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)熱解過程中,溫度是性合成氣用氣相色諧儀檢測其成分,并結(jié)合奧氏分一個很重要的影響因素,它對熱解產(chǎn)物分布組分析儀在線分析數(shù)據(jù),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,可觀察到該氣體極易燃燒,定值,而生物油產(chǎn)率有一個最佳溫度范圍,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(zhuǎn)化,隨著揮發(fā)物析出的一次反應進行得更為213液態(tài)產(chǎn)物樹葉裂解所得液態(tài)產(chǎn)物為生物徹底炭產(chǎn)率降低;進而,揮發(fā)物中越來越多的大分部分是苯的衍生物及多環(huán)芳烴在高溫時呈氣態(tài),與子的生物油通過二次裂解反應生成小分子的氣體合成氣混合,而在低溫時凝結(jié)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間變短,有利于熱解;但同時顆分析3種產(chǎn)物與原料間的關(guān)系本實驗以樹葉粒內(nèi)外的溫差變大,由于傳熱滯后效應會影響內(nèi)部為原料消耗量為61kg暇入率為12.2kgh,裂解熱解的進行。隨著升溫速率的增大,物料失重和失溫度為750℃。物料平衡分析結(jié)果見表1。重速率曲線均向高溫區(qū)移動89。熱解速率和熱解表1物科平衡分析結(jié)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性增長。實合成氣驗表明:在一定的熱解時間內(nèi),慢加熱速率會延長熱生物油解物料在低溫區(qū)的停留時間,促進纖維素和木質(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(jié)果,較快的加影響熱裂解的主要因素包括化學和物理兩大方熱方式使得揮發(fā)分在高溫環(huán)境下的停留時間增加面。化學因素包括一系列復雜的化學反應,物理因促進了二次裂解的進行,使得生物油產(chǎn)率下降燃氣素主要是反應過程中的傳熱、傳質(zhì)以及原料特性等。具體的操作條件表現(xiàn)為:物料特性中國煤化工滯留時間在生物質(zhì)熱解升溫速率以及反應的滯留時間等。CNMHG氣相滯留時間之分。固相2.3.1物料特性的影響樹葉種類粒徑及形狀滯留時間越短,熱解的固態(tài)產(chǎn)物所占的比例就越小,特性對樹葉熱解行為和產(chǎn)物組成等有著重要的影總的產(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,本實驗所使速率的條件下,越短固相滯留時間,反應的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的原料—樹葉具有較高的揮發(fā)分,故其產(chǎn)氣率遠(下轉(zhuǎn)第28頁)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Ac2O+HAc→VAc+ HOAc HOAc+H2H→Ac+H2O,[2】張旭之,王松漢,乙涕衍生物工學M],北京:化學工業(yè)出版社,初步研究結(jié)果顯示,最優(yōu)化路線是: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:化學工業(yè)出版社3結(jié)語[4]梁風凱舒均杰,等,有機化工生產(chǎn)技術(shù)[M].北京;化學工業(yè)出版社,200[5]邱發(fā)禮,呂紹潔.[].石油化工,1989,(40多年來我國醋酸乙烯工業(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,其發(fā)展速度、技術(shù)水平、裝置設(shè)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)進展],河北工業(yè)科技,刂選擇性和空時收率方面與代表先進技術(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[門煤炭轉(zhuǎn)化此,借鑒國外發(fā)饜策略轉(zhuǎn)向流化床工藝技術(shù)開發(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(nèi)外酷酸乙烯酯市場分析.上?；?205,30(2)(上接第10頁)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(shù)得,其將取代傳統(tǒng)焚化、填埋而變成處理域市垃時間一般并不影響生物質(zhì)的一次熱解反應進程,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程,當生物質(zhì)熱解產(chǎn)物中的一次產(chǎn)物進入圍繞生t1廖艷芬,王樹榮,洪軍,等,生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料的實驗物質(zhì)顆粒的氣相中,生物油就會發(fā)生進一步的裂化研究[].能源工程,200,(3):1反應在熾熱的反應器中,氣相滑留時間越長,生物21謝小兵,歐陽小琴,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],燃料化學學報,19%8,26(2):180-184,3結(jié)論51 Wagemaur B M Prins W, Van Swami WPM, Pyrdysis of biomass in thor[ J]. chemical Engineering樹葉熱裂解產(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]李愛民李延吉.固體度物在固定床式熱解爐內(nèi)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(shè)備,2003,4(4):4作民用燃氣H中國煤化工EH,P.s,1A,由此可見,采用熱裂解技術(shù)處理固體CNMHG