一種生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進入21世紀以來，隨著化石能源的日益枯竭，生物質(zhì)可再生能源的利用越來越受到關(guān)注。熱解氣化技術(shù)將是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主導模式。生物質(zhì)能即太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)能是一種可再生能源，由于永不枯竭、低排放的自然特性受到了廣泛的重視。我國生物質(zhì)能源極其富裕，目前傳統(tǒng)生物質(zhì)是可以利用的主要生物質(zhì)能源，主要包括薪柴、農(nóng)作物的秸桿、生活垃圾、糞便、廢水和工業(yè)有機廢渣等。據(jù)統(tǒng)計，我國的生物質(zhì)資源可開發(fā)總量在7億噸標準煤左右，其中50%以上是農(nóng)作物秸桿。生物質(zhì)熱解是主要的熱化學分解技術(shù)之一，熱解是一個熱分解過程，是指在完全沒有氧化劑(空氣或氧氣)的條件下，生成H2、CO、014和CO 2等不凝結(jié)的氣體以及焦油和焦炭的過程。許多因素，例如生物質(zhì)顆粒的直徑、溫度、加熱速率以及保留時間都會影響到生物質(zhì)熱解的產(chǎn)率和產(chǎn)物特性。
[0003]目前熱解產(chǎn)生的碳氫化合物的轉(zhuǎn)化技術(shù)有催化技術(shù)、水蒸氣重整技術(shù)、催化水蒸氣重整、等離子體技術(shù)等。但由于碳氫化合物轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系復雜，常規(guī)方法難以促進該種熱力學上不利反應(yīng)的發(fā)生，因此低溫等離子體技術(shù)在該領(lǐng)域受到關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上存在的問題，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整方法，所述方法包括:選用松木肩作為生物質(zhì)廢物，將松木肩磨碎、篩分，從而得到統(tǒng)一粒徑尺寸的松木肩顆粒，然后稱量松木肩顆粒于熱解裝置中，以氮氣作為熱解氣氛，熱解裝置加熱到設(shè)定溫度，并在該設(shè)定溫度下加熱，熱解之后的氣體通過置于冰水浴中裝有甲醇的沖擊瓶進行洗滌，洗滌之后的小分子氣體則通過甲苯吸收并通過配置有熱導檢測器的氣相色譜儀來檢測；根據(jù)氣相色譜儀檢測的結(jié)果配置生物質(zhì)廢物熱解的模擬氣體，模擬氣體通過氮氣作為載氣鼓入等離子體重整裝置中，對模擬氣體進行等離子體重整，重整之后的氣體通過置于冰水浴中管道，然后經(jīng)過流量計，最終進入氣相色譜儀進行在線監(jiān)測。
[0005]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解過程中熱解裝置為管式爐，管式爐中石英管的管長為I米，直徑為50毫米。
[0006]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解過程中熱解裝置的加熱到設(shè)定溫度的加熱速率為20 °C /min0
[0007]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解過程中設(shè)定溫度可以是400~800°C中的一個值。
[0008]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解過程中管式爐內(nèi)的溫度達到設(shè)定溫度后在該溫度下持續(xù)加熱30 min0
[0009]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整過程中模擬氣體為CH4、CO2, CO和4四種氣體的組合，這四種氣體組合成三組混合氣體，分別是混合氣體1:CH4: CO2=1: 2，混合氣體 2:CH4:C02:H2=1:2:1 以及混合氣體 3: CH4: CO2: C0=l:2:2。
[0010]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整過程中氮氣的流量為30~80mL/min，模擬氣體的總流量為60~160 mL/min。
[0011]進一步地，生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整過程中放電功率為30~120W中的一個值。
[0012]本發(fā)明提供一種生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整方法，所述方法通過研宄不同熱解溫度下生物質(zhì)廢物的熱解產(chǎn)氣，結(jié)果表明不同熱解溫度下生物質(zhì)廢物熱解的主要氣體產(chǎn)物為CH4、CO2, CO和H2，較高的熱解溫度下產(chǎn)氣量較大且合成氣(CCHH2)的產(chǎn)量和產(chǎn)率均較高。以混合氣體模擬生物質(zhì)廢物的熱解氣組成，結(jié)果表明隨著放電功率的增加，014和CO 2的轉(zhuǎn)化率以及H 2/C0的摩爾比都呈現(xiàn)增長趨勢，可以通過提高放電功率獲得富氫產(chǎn)品。向反應(yīng)氣中添加4和CO，會在一定程度上抑制反應(yīng)的進行，但是添加H 2對CH 4和CO 2轉(zhuǎn)化率的抑制作用更為明顯。反應(yīng)氣中添加H2，H2的選擇性明顯降低，而CO的選擇性明顯增加，原因在于添加H2抑制了甲烷向氫氣的轉(zhuǎn)化，而向反應(yīng)氣中添加0)，!12的選擇性增加，CO的選擇性變化并不明顯。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明中熱解溫度與生物質(zhì)廢物熱解產(chǎn)氣組成的關(guān)系圖。
[0014]圖2為本發(fā)明中生物質(zhì)廢物熱解模擬氣體的等離子體重整的裝置圖。
[0015]圖3為本發(fā)明中放電功率與不同氣體組成等離子體重整中CH4(a)和CO2(b)的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖。
[0016]圖4為本發(fā)明中放電功率與不同氣體組成等離子體重整中H2(C)和C0(d)的選擇性的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0017]如下，參照附圖和具體實施例來對本發(fā)明作進一步描述。
[0018]實施例1
選用松木肩(保羅松木，德國)作為生物質(zhì)廢物，將該松木肩磨碎、刷分，得到統(tǒng)一粒徑尺寸的顆粒。熱解裝置由一個放置于管式爐(0TF-1200X，合肥科晶材料技術(shù)有限公司，中國)中的長lm，直徑50mm的石英管組成，該管式爐最高加熱溫度可達1000°C，加熱過程在惰性的N2氛圍中進行。稱量4g的松木肩放置于管式爐中，載氣1的流量通過氣體質(zhì)量流量計(D08-4E，北京七星電子郵箱公司，中國)來控制。以20°C /min的加熱速率將加熱管升溫至設(shè)定溫度400°C，達到設(shè)定溫度后持續(xù)加熱30min。熱解之后的氣體通過置于冰水浴中裝有甲醇的沖擊瓶，焦油、焦炭等組分在沖擊瓶中被吸收，較為純凈的小分子氣體則通過甲苯后被收集。氣相產(chǎn)物通過氣相色譜儀GC-17A來測定，該裝置配備有熱導檢測器(1D)和 Carboxen-1010 PLOT 毛細管柱(30mX0.53mm 1.D.，30 μ m 平均厚度，美國 Supelco 公司)。經(jīng)檢測，熱解溫度為400°C時，生物質(zhì)廢物熱解的主要氣體產(chǎn)物為H2、CO、014和C02，如圖1所示，各氣體產(chǎn)物的摩爾百分比為H2:1.20 mol%, CO:10.04 mo I %, CH4:3.82 mo I %以及C02:31.05 mol%，總產(chǎn)氣量為6.81 mmol/g，主要氣體產(chǎn)物占總產(chǎn)氣量的摩爾百分比為46.11 mol%，H2/ CO 為 0.12 mol/mol。
[0019]實施例2
選用松木肩(保羅松木，德國)作為生物質(zhì)廢物，將該松木肩磨碎、刷分，得到統(tǒng)一粒徑尺寸的顆粒。熱解裝置由一個放置于管式爐(0TF-1200X，合肥科晶材料技術(shù)有限公司，中國)中的長lm，直徑50mm的石英管組成，該管式爐最高加熱溫度可達1000°C，加熱過程在惰性的N2氛圍中進行。稱量4g的松木肩放置于管式爐中，載氣1的流量通過氣體質(zhì)量流量計(D08-4E，北京七星電子郵箱公司，中國)來控制。以20°C /min的加熱速率將加熱管升溫至設(shè)定溫度80(TC，達到設(shè)定溫度后持續(xù)加熱30min。熱解之后的氣體通過置于冰水浴中裝有甲醇的沖擊瓶，焦油、焦炭等組分在沖擊瓶中被吸收，較為純凈的小分子氣體則通過甲苯后被收集。氣相產(chǎn)物通過氣相色譜儀GC-17A來測定，該裝置配備有熱導檢測器(1D)和 Carboxen-1010 PLOT 毛細管柱(30mX0.53mm 1.D.，30 μ m 平均厚度，美國 Supelco 公司)。經(jīng)檢測，熱解溫度為800°C時，生物質(zhì)廢物熱解的主要氣體產(chǎn)物為H2、C0、CHdP CO2，如圖1所示，各氣體產(chǎn)物的摩爾百分比為H2:14.24 mol%，CO:42.48 mo I %，CH4:13.10 mo I %以及C02:12.29 mol%，總產(chǎn)氣量