一種降低稻殼熱解活化能的方法
【專利摘要】本發明公開了一種降低稻殼熱解活化能的方法。屬于能源【技術領域】，選取武運粳7號稻殼作為實驗原料，利用非等溫法分別對純稻殼和摻入適量氧化鋁的稻殼進行熱解實驗，并對實驗數據進行動力學分析。通過實驗和數據分析發現，摻入氧化鋁粉末能夠降低稻殼熱解反映的活化能，使反映更加容易進行，同時在相同的熱解程度下，使反映溫度降低，從而降低設備的要求。
【專利說明】一種降低稻殼熱解活化能的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種降低稻殼熱解活化能的方法，屬于能源【技術領域】。
【背景技術】
[0002]稻殼是重要的農業廢棄物之一，僅中國每年就有約4000萬噸的產量。作為一種可再生的生物質資源，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。熱解是目前生物質研究的熱點技術之一，通過熱解，可以將稻殼轉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參與的情況下，單純利用熱使生物質中的有機物發生分解從而脫除揮發性物質，并形成固態半焦或焦炭的過程。熱解產物包括氣體、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化學組分、粒徑大小和導熱性能等內部條件都會對生物質熱解特性以及各相產物的最終產率、組分和比重產生影響，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。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種降低稻殼熱解活化能的方法。選取武運粳7號稻殼作為實驗原料，利用非等溫法分別對純稻殼和摻入適量氧化鋁的稻殼進行熱解實驗，并對實驗數據進行動力學分析。通過實驗和數據分析發現，摻入氧化鋁粉末能夠降低稻殼熱解反映的活化能，使反映更加容易進行，同時在相同的熱解程度下，使反映溫度降低，從而降低設備的要求。
[0006]實現本發明的技術方案為:
[0007]—種降低稻殼熱解活化能的方法，所述催化劑為氧化鋁粉末，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< 1mm，在105°C下干燥24h。實驗在恒久差熱天平下進行。
[0008]本發明中過加入氧化鋁粉末用于稻殼的催化熱解，具體步驟如下:
[0009]I)將稻殼粉碎，并在干燥箱中干燥得到干燥基，同時篩選出氧化鋁粉末；
[0010]2)將稻殼和氧化鋁粉末混合，并攪拌；
[0011]3)分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數據進行分析。
[0012]步驟I)中，稻殼粉碎粒徑為≤1mm，干燥溫度為95_105°C，干燥時間為16_24h ;氧化鋁粉末粒徑> 100目。
[0013]步驟2)中，氧化鋁粉末的質量占稻殼質量的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。實驗結果分析方法為Coats-Redfern法。
[0015]本發明與現有技術相比，其顯著優點是:
[0016](I)氧化鋁作為催化劑較為廉價，從而催化成本較低。
[0017](2)氧化鋁容易獲得，無需加工處理，簡化催化步驟。
[0018](3)與常規的堿金屬催化相比，氧化鋁較為穩定，適合多次循環利用。
【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]一種降低稻殼熱解活化能的方法，所述催化劑為氧化鋁粉末，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< 1mm，在105°C下干燥24h。實驗在恒久差熱天平下進行。
[0024]本發明中過加入氧化鋁粉末用于稻殼的催化熱解，具體步驟如下:
[0025]I)將稻殼粉碎，并在干燥箱中干燥得到干燥基，同時篩選出氧化鋁粉末；
[0026]2)將稻殼和氧化鋁粉末混合，并攪拌；
[0027]3)分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數據進行分析。
[0028]步驟I)中，稻殼粉碎粒徑為≤1mm，干燥溫度為95_105°C，干燥時間為16_24h ;氧化鋁粉末粒徑> 100目。
[0029]步驟2)中，氧化鋁粉末的質量占稻殼質量的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。實驗結果分析方法為Coats-Redfern法。
[0031]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0032]實施例1
[0033]制取粒徑≤Imm的稻殼，在105°C下進行干燥，干燥時間為24h，稱取5.0mg稻殼和Img氧化鋁粉末，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，當純稻殼失重達到平穩時失重約為59% -65%，此時的溫度約為390°C，而加氧化鋁催化的稻殼的失重約在59% -62%左右時，最低溫度在360°C左右，實驗說明加氧化鋁能夠使稻殼熱解溫度降低，從而降低設備要求。
[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[(AR)/(BE)]-E/(RT),做出In[G( a )/T2]-1/RT關系曲線，如圖3和圖4，其斜率即為活化能Ε。
[0036]根據計算得出，稻殼熱解的活化能84.24KJ/mol，加氧化鋁催化的稻殼熱解的活化能為72.88KJ/mol。實驗得出通過加入氧化鋁的催化，使得稻殼熱解的活化能降低了13.5%左右，使反應更加容易發生，有利于工業上的大規模生產。
[0037]實施例2
[0038]制取粒徑< Imm的稻殼,在95°C下進行干燥,干燥時間為16h,稱取5.0mg稻殼和2mg氧化鋁粉末，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Imm的稻殼，在100°C下進行干燥，干燥時間為20h，稱取5.0mg稻殼和
1.5mg氧化鋁粉末，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】
1.一種降低稻殼熱解活化能的方法，其特征在于，通過加入氧化鋁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，同時篩選出氧化鋁粉末； 2)將稻殼和氧化鋁粉末混合，并攪拌； 3)分別對催化前后的稻殼進行熱解實驗研究，并對實驗數據進行分析。
2.根據權利要求1所述的降低稻殼熱解活化能的方法，其特征在于，步驟I)中，稻殼粉碎粒徑為1mm，干燥溫度為95-105°C，干燥時間為16_24h ;氧化鋁粉末粒徑> 100目。
3.根據權利要求1所述的降低稻殼熱解活化能的方法，其特征在于，步驟2)中，氧化鋁粉末的質量占稻殼質量的10% -20%。
4.根據權利要求1所述的降低稻殼熱解活化能的方法，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.700-1000°C ;計算催化前后失重率、失重速率以及活化能變化。
5.根據權利要求4所述的降低稻殼熱解活化能的方法，其特征在于，實驗結果分析方法為 Coats-Redfern 法 。
【文檔編號】C10B53/02GK104178188SQ201410393630
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】王文舉, 張鵬 申請人:南京理工大學