城市垃圾热裂解制取合成气的研究

化学工程师Sum 122 Ne, 11Chemical Engine2005年11月文童端号:1002-11242005)11-000-0城市垃圾热裂解制取合成气的研究周兰倩,李建芬,唐金葛武汉工业学豌化学与环境工程系湖北武汉43003}摘要:以树叶为原料,利用热裂解装置进行试验,并对其裂解产物的组成进行了分析。结果表明:树叶热裂解产物为生物油、合成气和炭。酊其合成气成分主要由C、CH4、H2和水蒸气组成关键词:城市垃圾;热裂解;合成气中图分类号:105172;X705文藏标识码: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随着社会经济发展,人类一方面对能源的需求化为易储存、易运输能量密度高且使用方便的合成不断扩大,另一方面含有生物质的废弃物大量被废气。这样不仅可以废物利用,变废为宝;而且也有益弃和焚烧,造成了奢侈的资源浪费、过低的能源利用于环境的保护和人类的健康。本文以城市有机垃圾率和不可容忍的环境污染。因此,生物质资源的利中的树叶为原料,利用热裂解装置进行试验,以探讨用已经引起了世界各国的关注。生物质资源包括:城市有机垃圾热裂解处理的可行性。(木屑,树叶、塑料、废橡胶等,其含硫和含氮量均较1实验部分低,燃烧后SO2,NO4和灰尘排放量比各类化石燃料1.1原料及设备要小得多,但其利用率很低,急需大力开发。城市垃圾中的有机部分也是一种生物质资源实验原料:树叶等。仪器与设备:该实验装置包括螺旋加料器、裂解由于城市固体废弃物产生量很大处理处置率却相炉、温控柜加热装置粉碎器旋风除尘器、冷凝器当低多数只是简单地焚烧堆放或填埋。不仅占用气相色谱仪转子流量计集气袋奥氏气体分析器大量土地,而且也严重地污染环境。其堆放过程中产生的渗沥液随水渗入地下,或随雨水流入江河湖等。实验所用装置见图1海,造成土地及水体的污染与破坏;而产生的有害气体污染大气2。在我国大多数城市,对城市生活垃圾中有机部分的处理大多是采用焚烧方式处理,极易产生二嗯嘆,对人们的健康造成很大的伤害(2,而热裂解能很好地解决此问题的发生。热裂解是指在隔绝空气的条件下,使城市垃圾等生物质生分解的过程。该技术能将城市垃圾H中国煤化工实验装置CNMHG儿心》心热,在裂解炉预热期间,准备收桃日期:20)5-09-06作者筒介;李建芬,男,北麻城人,博士,副教,主要从半化工环实验用蒸汽(或不通蒸汽),将预先粉碎的树叶送到保方面的研究螺旋加料器中,在裂解炉温度达到预定值并稳定后周兰供《3-),女,汉腹,湖北式人,式汉工尋学院生按预定速度打开螺旋加料器进料,开始实验。树叶物与化学工程系学生。在高温下发生热裂解而转变成热裂解气,在旋风机周兰倩等:城市址圾热载解取合成气的研究x05年第11期中分离出固体粉尘。进入冷凝器后部分热裂解气被的大小是彰响热解速率的决定性因素。大颗粒物料冷凝后形成生物油而被收集,最后从管中逸出的是比小颗粒传热能力差,颗粒内部升温要迟缓,从而对合成气。气样用集气袋收集,并用气相色谱进行分热解产物分布造成了影响。随着颗粒粒径的增大析同时用奥氏分析器对所产生的气体成分进行在热解产物中固相炭的产量增大线分析。本实验将树叶破碎为粉末状和片状两种形状考察其达到热裂解温度所需的时间和对产物得率的2结果与讨论影响。结果发现:粉末状的颗粒所需时间短,片状的21树叶裂解产物分析所需时间长。与片状颗粒相比,粉末状颗粒的产气率要高得多。211气态产物树叶裂解所得气体是一种可燃2.3.2温度的影响在生物质热解过程中,温度是性合成气用气相色谐仪检测其成分,并结合奥氏分一个很重要的影响因素,它对热解产物分布组分析仪在线分析数据,其成分(%):N29.45,C043.48CH10.58C213.92,O21.87,12.90、H1O及其它产率和热解气热值等都有很大的影响s-。随着热解温度的升高,炭的产率减少,但最终趋780。其中N和Q2可能是气体采样时带入的空于一定值,不可冷凝气体产率增加但最终也趋于气。合成气经放空燃烧,可观察到该气体极易燃烧,定值,而生物油产率有一个最佳温度范围,其值为其火苗呈蓝色450-550℃。这是由于生成气体反应的活化能最21.2固态产物树叶裂解所得固体产物为炭,形高,生成生物油反应的活化能次之,生成炭反应的活状与原料的破碎程度有关,呈粉末状可加工成活性化能最低热解温度越高越有利于热解气体和生物炭用于化工和冶炼油的转化,随着挥发物析出的一次反应进行得更为213液态产物树叶裂解所得液态产物为生物彻底炭产率降低;进而,挥发物中越来越多的大分部分是苯的衍生物及多环芳烃在高温时呈气态,与子的生物油通过二次裂解反应生成小分子的气体合成气混合,而在低温时凝结为液态其千基热值约23.3升温速率的影响升温速率一般对热解有在20Mkg-1左右,应用广泛。正反两方面影响。升温速率增加,物料颗粒达到热2.2物料平衡分析解所需温度的响应时间变短,有利于热解;但同时颗分析3种产物与原料间的关系本实验以树叶粒内外的温差变大,由于传热滞后效应会影响内部为原料消耗量为61kg暇入率为12.2kgh,裂解热解的进行。随着升温速率的增大,物料失重和失温度为750℃。物料平衡分析结果见表1。重速率曲线均向高温区移动89。热解速率和热解表1物科平衡分析结果特征温度(热解起始温度、热解速率最快的温度、热产物成分产量/kg得率/解终止温度)均随升温速率的提高呈线性增长。实合成气验表明:在一定的热解时间内,慢加热速率会延长热生物油解物料在低温区的停留时间,促进纤维素和木质素20.5的脱水和炭化反应,导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反2.3主要影响因素应和生物油的二次裂解反应的竞争结果,较快的加影响热裂解的主要因素包括化学和物理两大方热方式使得挥发分在高温环境下的停留时间增加面。化学因素包括一系列复杂的化学反应,物理因促进了二次裂解的进行,使得生物油产率下降燃气素主要是反应过程中的传热、传质以及原料特性等。具体的操作条件表现为:物料特性中国煤化工滞留时间在生物质热解升温速率以及反应的滞留时间等。CNMHG气相滞留时间之分。固相2.3.1物料特性的影响树叶种类粒径及形状滞留时间越短,热解的固态产物所占的比例就越小,特性对树叶热解行为和产物组成等有着重要的影总的产物量越大,裂解越完全。在给定温度和升温响。物料的挥发分含量决定产气量,本实验所使速率的条件下,越短固相滞留时间,反应的转化产物的原料—树叶具有较高的挥发分,故其产气率远(下转第28页)高于低挥发分的稻草稻壳等废弃物4。物料粒径28205年第11期Ac2O+HAc→VAc+ HOAc HOAc+H2H→Ac+H2O,[2】张旭之,王松汉,乙涕衍生物工学M],北京:化学工业出版社,初步研究结果显示,最优化路线是:乙烯酮还原为乙醛,乙醛与乙烯酮合成产品醋酸乙烯。[3]魏文德,有机化工原料大全M].北京:化学工业出版社3结语[4]梁风凯舒均杰,等,有机化工生产技术[M].北京;化学工业出版社,200[5]邱发礼,吕绍洁.[].石油化工,1989,(40多年来我国醋酸乙烯工业的发展已取得巨(6)Y.-F.H,D. Kuramae n. w. Goodman Particle size effects in vint大的成绩,其发展速度、技术水平、装置设备和国产enthesis over Pd/so[J]. Joumal of catalysis, 2005.(3):353化、环境保护等方面有了很大的提高。但是,与国外先进水平相比还有一定的差距。尤其乙烯法在催化7许保云,基合成酸乙烯技术进展],河北工业科技,刂选择性和空时收率方面与代表先进技术的流化床工艺仍有较大差距。我国乙烯法都是用固定床,阴81罗仕忠吴玉塘化法制醋酸乙烯[门煤炭转化此,借鉴国外发餍策略转向流化床工艺技术开发很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挚考文献[]国内外酷酸乙烯酯市场分析.上海化工,205,30(2)(上接第10页)除去废弃物,保护环境,加上能源的回收,可谓是中的固相产物越少,气相产物的量越大。气相滯留举数得,其将取代传统焚化、填埋而变成处理域市垃时间一般并不影响生物质的一次热解反应进程,而圾的主流只影响到液态产物中的生物油发生二次裂解反应的参考文献进程,当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生t1廖艳芬,王树荣,洪军,等,生物质热裂解制取液体燃料的实验物质颗粒的气相中,生物油就会发生进一步的裂化研究[].能源工程,200,(3):1反应在炽热的反应器中,气相滑留时间越长,生物21谢小兵,欧阳小琴,牌本义,固体废弃物的热裂解技术处理油的二次裂解就越严重,二次裂化反应增多,放出更1].江西能源,2004,(1):27-29多H2、CO等,导致液态产物迅速减少,气体产物增31潜丽哪,生物质快速热裂解工艺及其影响因素[1,应用能源技术,2004,86(2):7-8加,有利于合成气的生成[4]方梦祥,陈冠益,骆仲泱反应条件对稻杆热解产物分布的影响[J],燃料化学学报,19%8,26(2):180-184,3结论51 Wagemaur B M Prins W, Van Swami WPM, Pyrdysis of biomass in thor[ J]. chemical Engineering树叶热裂解产物为生物油、合成气和炭。而其24B):5109-5126裂解所得的合成气主要成分为O0、CO2CH、H和61刘汉桥泰九菊,包向军,废弃生物质热解的两种反应模型对H2O蒸汽等,其中CO含量较高。合成气的低位值研究[J材料与冶金学报,200.2(2):153-156为15~20M·m-3,属于中热值可燃气,其成分,热值7]张晓东周劲松,骆伸泱等,生物质热解煤气中焦油含量的影响因素[]燃烧科学与技术,20,9(4):29-234都与城市人工煤气相似。而且其中硫化物、氮化物(8]李爱民李延吉.固体度物在固定床式热解炉内热解产气特性含量极少,因此,该气体是一种优质煤气,叫吉证棉泾染治理技术与设备,2003,4(4):4作民用燃气H中国煤化工EH,P.s,1A,由此可见,采用热裂解技术处理固体CNMHG