一種用于稻殼催化熱解的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于催化稻殼熱解的方法。屬于能源【技術領域】，選取武運粳7號稻殼作為實驗原料，通過添加氧化鐵粉末作為催化劑，計算其催化前后失重率(DT)、失重速率(DTG)以及活化能變化，實驗結(jié)果表明，稻殼在氧化鐵的催化作用下能夠熱解的更加徹底，活化能減小了10％左右，更加有利于稻殼的充分利用。
【專利說明】一種用于稻殼催化熱解的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于稻殼催化熱解的方法，屬于能源【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 稻殼是重要的農(nóng)業(yè)廢棄物之一，僅中國每年就有約4000萬噸的產(chǎn)量。作為一種可 再生的生物質(zhì)資源，稻殼通常用作燃料直接燃燒以提供熱量，但利用品位相對較低。熱解是 目前生物質(zhì)研究的熱點技術之一，通過熱解，可以將稻殼轉(zhuǎn)化為高品位的可燃氣和易存儲、 運輸且能量密度高的焦油，以及工業(yè)上需求量很大的活性炭和具有高附加值的無定形二氧 化硅。
[0003] 熱解是指在沒有含氧氣體介質(zhì)參與的情況下，單純利用熱使生物質(zhì)中的有機物發(fā) 生分解從而脫除揮發(fā)性物質(zhì)，并形成固態(tài)半焦或焦炭的過程。熱解產(chǎn)物包括氣體、液體和固 體三種，其中氣體可直接用作燃料；液體可通過進一步分離和提取制成燃料油和化工原料； 固體可用作化工生產(chǎn)所需的活性炭等。
[0004] 反應溫度、升溫速率和氣體停留時間等外部條件以及生物質(zhì)化學組分、粒徑大小 和導熱性能等內(nèi)部條件都會對生物質(zhì)熱解特性以及各相產(chǎn)物的最終產(chǎn)率、組分和比重產(chǎn)生 影響，我國目前已基本掌握稻殼熱解的基本特性，但對于如何提高熱解程度的研究還相對 較少，因此制備具有催化熱解作用的催化劑是熱解研究的重點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于稻殼催化熱解的方法。選取武運粳7號稻殼作為 實驗原料，通過添加氧化鐵粉末作為催化劑，計算其催化前后失重率（DT)、失重速率（DTG) 以及活化能變化，實驗結(jié)果表明，稻殼在氧化鐵的催化作用下能夠熱解的更加徹底，活化能 減小了 10%左右，更加有利于稻殼的充分利用。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案為：
[0007] -種用于催化稻殼熱解的新應用，所述催化劑為氧化鐵粉末，粒徑為> 100目。實 驗材料為武運粳7號稻殼，利用粉碎機將其粉碎成粒徑< 1_，在105°C下干燥24h。實驗在 恒久差熱天平下進行。
[0008] 本發(fā)明中過加入氧化鐵粉末用于稻殼的催化熱解，具體步驟如下：
[0009] 1)將稻殼粉碎，并在干燥箱中干燥得到干燥基，同時篩選出氧化鐵粉末；
[0010] 2)將稻殼和氧化鐵粉末混合，并攪拌；
[0011] 3)分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析。
[0012] 步驟1)中，稻殼粉碎粒徑為彡1mm，干燥溫度為95-105°C，干燥時間為16-24h ;氧 化鐵粉末粒徑> 100目。
[0013] 步驟2)中，氧化鐵粉末的質(zhì)量占稻殼質(zhì)量的10% -20%。
[0014] 步驟3)中，實驗研究方法為非等溫法，即分別以5°C /min、10°C /min、15°C /min、 20°C /min加熱樣品到700-1000°C ;計算催化前后失重率、失重速率以及活化能變化。實驗 結(jié)果分析方法為Coats-Redfern法。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是：
[0016] (1)氧化鐵作為催化劑較為廉價，從而催化成本較低。
[0017] (2)氧化鐵容易獲得，無需加工處理，簡化催化步驟。
[0018] (3)與常規(guī)的堿金屬催化相比，氧化鐵較為穩(wěn)定，適合多次循環(huán)利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1稻殼熱解TG曲線。
[0020] 圖2稻殼催化熱解TG曲線。
[0021] 圖3稻殼的ln[G(a)/T2]_l/RT線性關系圖。
[0022] 圖4稻殼催化的ln[G(a )/T2]_l/RT線性關系圖。

【具體實施方式】
[0023] -種用于催化稻殼熱解的新應用，所述催化劑為氧化鐵粉末，粒徑為> 100目。實 驗材料為武運粳7號稻殼，利用粉碎機將其粉碎成粒徑< 1_，在105°C下干燥24h。實驗在 恒久差熱天平下進行。
[0024] 本發(fā)明中過加入氧化鐵粉末用于稻殼的催化熱解，具體步驟如下：
[0025] 1)將稻殼粉碎，并在干燥箱中干燥得到干燥基，同時篩選出氧化鐵粉末；
[0026] 2)將稻殼和氧化鐵粉末混合，并攪拌；
[0027] 3)分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析。
[0028] 步驟1)中，稻殼粉碎粒徑為彡1mm，干燥溫度為95_105°C，干燥時間為16_24h ;氧 化鐵粉末粒徑> 100目。
[0029] 步驟2)中，氧化鐵粉末的質(zhì)量占稻殼質(zhì)量的10% -20%。
[0030] 步驟3)中，實驗研究方法為非等溫法，即分別以5°C /min、10°C /min、15°C /min、 20°C /min加熱樣品到700-1000°C ;計算催化前后失重率、失重速率以及活化能變化。實驗 結(jié)果分析方法為Coats-Redfern法。
[0031] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0032] 實施例1
[0033] 制取粒徑彡1mm的稻殼，在105°C下進行干燥，干燥時間為24h，稱取5. Omg稻殼和 lmg氧化鐵粉末，充分混合后加入差熱天平中，利用非等溫法分別以5°C /min、10°C /min、 15°C /min、20°C /min加熱樣品到1000°C，得到失重曲線，并分別求出失重曲線曲線，如圖1 和圖2。
[0034] 通過兩圖比較可知，當溫度達到390°C時，純稻殼的失重約在60% -65%左右，而 加氧化鐵催化的稻殼的失重約在53% -58%左右，實驗說明加氧化鐵能夠使稻殼熱解更加 徹底。
[0035] 利用Coats-Redfern法計算催化前后的活化能，其積分形式為ln[G(a)/T2]= ln[(ARV(BE)]-EART)，做出ln[G(a)/T2]-l/RT關系曲線，如圖3和圖4,其斜率即為活 化能E。
[0036] 根據(jù)計算得出，稻殼熱解的活化能117. 47KJ/mol，加氧化鐵催化的稻殼熱解的活 化能為104. 97KJ/mol。實驗得出通過加入氧化鐵的催化，使得稻殼熱解的活化能降低了 10%左右，使反應更加容易發(fā)生，有利于工業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)。
[0037] 實施例2
[0038] 制取粒徑< 1mm的稻殼，在95°C下進行干燥，干燥時間為16h，稱取5. Omg稻殼和 2mg氧化鐵粉末，充分混合后加入差熱天平中，利用非等溫法分別以5°C /min、10°C /min、 15°C /min、20°C /min加熱樣品到800°C，得到失重曲線，并分別求出失重曲線曲線。
[0039] 實施例3
[0040] 制取粒徑彡1mm的稻殼，在100°C下進行干燥，干燥時間為20h，稱取5. Omg稻殼和 1. 5mg氧化鐵粉末，充分混合后加入差熱天平中，利用非等溫法分別以5°C /min、10°C /min、 15°C /min、20°C /min加熱樣品到900°C，得到失重曲線，并分別求出失重曲線曲線。
【權利要求】
1. 一種用于稻殼催化熱解的方法，其特征在于，通過加入氧化鐵粉末用于稻殼的催化 熱解，具體步驟如下： 1) 將稻殼粉碎，并在干燥箱中干燥得到干燥基，同時篩選出氧化鐵粉末； 2) 將稻殼和氧化鐵粉末混合，并攪拌； 3) 分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于稻殼催化熱解的方法，其特征在于，步驟1)中，稻殼粉碎 粒徑為< 1mm，干燥溫度為95-105°C，干燥時間為16-24h ;氧化鐵粉末粒徑> 100目。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于稻殼催化熱解的方法，其特征在于，步驟2)中，氧化鐵粉 末的質(zhì)量占稻殼質(zhì)量的10% -20%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的用于稻殼催化熱解的方法，其特征在于，步驟3)中，實驗 研究方法為非等溫法，即分別以5°C /min、10°C /min、15°C /min、20°C /min加熱樣品到 700-100(TC ;計算催化前后失重率、失重速率以及活化能變化。
5. 根據(jù)權利要求4所述的用于稻殼催化熱解的方法，其特征在于，實驗結(jié)果分析方法 為 Coats-Redfern 法。
【文檔編號】C10B53/02GK104194808SQ201410391217
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】王文舉, 張鵬 申請人:南京理工大學