一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410134596.8 | 申请日 | 2024-01-31 | 公开(公告)号 | CN117887479A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 昆明理工大学; | 发明人 | 刘泽伟; 杨雁宇; 谢明; 杨锐豪; 张晋; 周越; 李彬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种利用工业固废催化 热解 烟草 废弃物 生物 质 的方法，属于资源回收技术领域。将烟草废弃物生物质经过烘干、 破碎 、筛分后放入管式炉中并在管式炉中加入工业固废催化剂(赤泥、 钢 渣、 铜 渣)，将含有高浓度CO2的高温工业烟气直接通入管式炉中，烟草废弃物在高温下催化热解产生 生物炭 、生物油和 生物气 ，固废催化剂中的催化活性成分能够通过促进小分子物质分解从而提高热解产品的 质量 和产率；本发明对生物质工业废气中的CO2进行了 回收利用 ，同时拓宽了一些工业固废的资源化途径。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，其特征在于：以工业固废赤泥、钢渣、铜渣中的一种作为烟草废弃物生物质热解过程中的催化剂，具体包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，属于资源回收技术领域。 背景技术[0002] 烟草在我国农业产品收入中，仅次于稻、麦、大豆、玉米，居第六位，在我国的国民经济发展中发挥着重要作用。在从烟草收集、烟叶的烘烤到最后的卷烟加工整个过程中会有近20％～30％的霉变烟叶、烟草秸秆、烟梗、烟花、烟种、烟茎和叶脉等下脚料被舍弃，而成为烟草废弃物。如弃置田间地头形成农业废弃物会对土质和土壤结构造成改变，其中有害成分(尼古丁)对地下水造成污染，或被晒干焚烧造成大气污染。烟草废弃物的主要特点就是含有大量的有毒化合物烟碱，因此不能与一般的垃圾同时处理。烟草废弃物的处理不当不仅浪费资源，也造成环境污染。对烟草废弃物进行“资源化”利用，不仅可以使这部分废物变为宝贵的资源，也可以减轻烟草废弃物腐烂降解出来的如烟碱和尼古丁之类的物质对土质和土壤造成的二次污染，避免有害成分对地下水资源的破坏。 [0003] 铜冶炼属于典型的有色冶炼行业，我国是世界铜冶炼第一大国。铜冶炼在我国主要以火法冶炼为主，占到了95％的比例。然而，平均每生产1t精炼铜将产生2.2‑3t铜渣，目前我国年产铜渣2000万t以上，累计堆存量超3亿吨。铜渣作为大宗工业固废综合利用率低，大量堆存渣场成库无法创造经济效益，其铜渣中含有的重金属通过渗透后严重危害地下水源。因此，铜渣固废资源化利用是解决铜渣消纳难题形成新开路的关键途径。此外，在氧化铝和钢铁行业产生的工业固废赤泥和钢渣也面临同样的问题。 [0004] 随着全球经济社会的经济和技术发展，煤、石油、天然气等传统化石能源的开采和消费迅速增长，温室气体CO2排放量相应增加。所以，由温室效应引起的海平面上升、冰川融化、土地沙化、酸雨等极端天气和环境威胁日益增多。开展温室气体CO2的资源化和能源化利用技术研究，不仅可以增加资源存量还可以降低CO2排放量，更是解决人类能源环境问题的有效途径。 [0005] 为了利用大宗工业固废和高温工业烟气中的余热和CO2，本发明利用赤泥、铜渣和钢渣以及高温CO2工业烟气催化热解烟草废弃物生产生物油、生物炭和生物气等高价值产品，实现了工业烟气、烟草废弃物和固体废物赤泥、钢渣、铜渣的高效资源化利用。 发明内容[0006] 针对工业烟气的排放和烟草废弃物以及固体废物赤泥、钢渣、铜渣的处理问题，本发明利用高温CO2工业烟气催化热解烟草废弃物，并使用固体废物赤泥、钢渣、铜渣作为催化剂提高热解产品产率，回收利用工业烟气中的余热和CO2的同时还为烟草废弃物以及固体废物赤泥、钢渣、铜渣提供了高效的资源化方式。本发明采取的技术方案为：以赤泥、钢渣、铜渣中的一种作为烟草废弃物生物质热解过程中的催化剂，具体包括以下步骤： [0007] (1)将烟草废弃物烘干、破碎过筛后备用。 [0009] (3)利用N2和CO2配置高浓度CO2工业烟气。 [0010] (4)将步骤(1)得到的烟草废弃物和步骤(2)中得到的工业固废混合后放入管式炉中，并向管式炉中通入步骤(3)配置的工业烟气。 [0011] (5)设置管式炉的温度，升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0012] 优选的，步骤(1)中，烘干温度为60～80℃；烘干时间为12h；使用60～100目筛筛分。 [0013] 优选的，骤(2)中工业固废为赤泥、钢渣、铜渣中的一种。 [0014] 优选的，步骤(2)中，烘干温度为80～120℃；烘干时间为12h；使用20～60目筛筛分。 [0015] 优选的，步骤(3)的工业烟气中CO2浓度为5～25％。 [0016] 优选的，所述步骤(4)中，烟草废弃物与工业固废的质量比为2：1～5：10。 [0017] 优选的，所述步骤(4)中，通入工业烟气的流量为30～100mL/min。 [0018] 优选的，所述步骤(5)中管式炉的温度为400～700℃，升温速率为5～15℃/min。 [0019] 本发明的原理：赤泥、铜渣、钢渣中都含有大量的活性组分，这些物质在高温热解中能够促进一些大分子物质的分解和一些化学键的断裂，从而降低了热解所需的活化能并提高了热解产物(生物油、生物气)的产率。 [0020] 本发明的有益效果 [0022] (2)利用固体废物赤泥、钢渣、铜渣催化热解烟草废弃物，为烟草废弃物以及固体废物赤泥、钢渣、铜渣提供了高效的资源化方式。 [0023] (3)加入固体废物催化剂后，催化剂中的活性组分如Fe2O3等可以促进热解过程中大分子物质的分解从而提高生物气的产率，此外，催化剂还有助于生物油中的环状化合物发生开环反应提高生物油的质量。附图说明 [0024] 图1为本发明利用工业固体废物和CO2催化热解生物质的处理流程图。 [0025] 图2为赤泥颗粒XRD图。 [0026] 图3为铜渣颗粒XRD图。 [0027] 图4为钢渣颗粒XRD图。 具体实施方式[0028] 为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。 [0030] 实施例1 [0031] 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，流程如图1所示，包括如下步骤： [0033] (2)将工业固废赤泥在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过20目筛得到赤泥催化剂备用。 [0034] (3)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为5％的工业烟气。 [0035] (4)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末和1g步骤(2)中得到的赤泥催化剂，向管式炉中通入工业烟气其流量为30mL/min；设置管式炉的温度为400℃，升温速率为5℃/min。 [0036] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0037] 实施例2 [0038] 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，流程如图1所示，包括如下步骤： [0039] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过80目筛得到烟草粉末备用。 [0040] (2)将工业固废钢渣在电热恒温鼓风干燥箱中以100℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过40目筛得到钢渣催化剂备用。 [0041] (3)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为10％的工业烟气。 [0042] (4)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草废粉末和1g步骤(2)中得到的钢渣催化剂，向管式炉中通入工业烟气其流量为50mL/min；设置管式炉的温度为500℃，升温速率为10℃/min。 [0043] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0044] 实施例3 [0045] 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，流程如图1所示，包括如下步骤： [0046] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以60℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过100目筛得到烟草粉末备用。 [0047] (2)将工业固废铜渣在电热恒温鼓风干燥箱中以120℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过60目筛得到铜渣催化剂备用。 [0048] (3)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为15％的工业烟气。 [0049] (4)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末和1g步骤(2)中得到的铜渣催化剂，向管式炉中通入工业烟气其流量为70mL/min；设置管式炉的温度为600℃，升温速率为15℃/min。 [0050] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0051] 实施例4 [0052] 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，流程如图1所示，包括如下步骤： [0053] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过80目筛得到烟草粉末备用。 [0054] (2)将工业固废赤泥在电热恒温鼓风干燥箱中以120℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过60目筛得到赤泥催化剂备用。 [0055] (3)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为20％的工业烟气。 [0056] (4)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末和0.5g步骤(2)中得到的赤泥催化剂，向管式炉中通入工业烟气其流量为100mL/min；设置管式炉的温度为700℃，升温速率为15℃/min。 [0057] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0058] 实施例5 [0059] 一种利用工业固废催化热解烟草废弃物生物质的方法，流程如图1所示，包括如下步骤： [0060] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过80目筛得到烟草粉末备用。 [0061] (2)将工业固废赤泥在电热恒温鼓风干燥箱中以120℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过60目筛得到赤泥催化剂备用。 [0062] (3)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为25％的工业烟气。 [0063] (4)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末和2g步骤(2)中得到的赤泥催化剂，向管式炉中通入工业烟气其流量为50mL/min；设置管式炉的温度为600℃，升温速率为10℃/min。 [0064] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0065] 对比例1 [0066] 作为对比，本对比例与实施例5的不同之处在于，不添加任何工业固废，其他步骤与实施例1相同，包括如下步骤： [0067] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过80目筛得到烟草粉末备用。 [0068] (2)利用高纯N2和高纯CO2配置CO2浓度为25％的工业烟气。 [0069] (3)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末，向管式炉中通入工业烟气其流量为50mL/min；设置管式炉的温度为600℃，升温速率为10℃/min。 [0070] (4)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0071] 对比例2 [0072] 作为对比，本对比例与实施例5的不同之处在于，不通入由高纯N2和高纯CO2配置成的工业烟气，其他步骤与实施例5相同，包括如下步骤： [0073] (1)将烟草废弃物在电热恒温鼓风干燥箱中以80℃烘干12h后置于破碎机中破碎后过80目筛得到烟草粉末备用。 [0074] (2)将工业固废赤泥在电热恒温鼓风干燥箱中以120℃干燥12h，经玛瑙研钵研磨过60目筛得到赤泥催化剂备用。 [0075] (3)在管式炉中加入1g步骤(1)中得到的烟草粉末和1g步骤(2)中得到的赤泥催化剂，向管式炉中通入高纯N2其流量为50mL/min；设置管式炉的温度为600℃，升温速率为10℃/min。 [0076] (5)升温过程中开始收集热解产生的生物油和生物气，到达所需温度反应10min热解结束并收集剩余固体生物炭。 [0077] 实施例中所用赤泥的XRD图如图2所示，由图可以看出赤泥中含有Fe2O3、Al2O3、Ca2CO3、Na2CO3。 [0078] 实施例中所用铜渣的XRD图如图3所示，由图可以看出铜渣中含有Fe2O3、铁橄榄石等。 [0079] 实施例中所用钢渣的XRD图如图4所示，由图可以看出钢渣中含有Fe、Fe2O3、Fe3O4。 [0080] 表1实施例1～5和对比例1～2生物炭、生物油和生物气的含量 [0081] [0082] 由表1中实施例1‑5可知，赤泥、钢渣和铜渣的催化效果基本一致，其中赤泥对生物气产率的提升最大，这是因为赤泥中还含有一些钢渣和铜渣没有的活性组分如CaO、Al2O3、TiO等，这些物质对热解也有一定的催化作用；此外，随着工业烟气中CO2浓度的升高，生物炭的产率在逐渐下降，生物气的产率在逐渐上升，这是因为CO2会与炭发生反应(CO2+C→2CO)，此外，CO2还会与热解产生的挥发性产物发生反应生成气体产物；另一方面，热解温度的升高会促进更多的大分子物质分解，导致生物炭的产率逐渐下降，生物气的产率逐渐上升。 [0083] 根据表1中实施例5和对比例1‑2可知，本发明利用高温工业烟气中的余热和CO2来热解烟草废弃物。同时利用固体废物赤泥、钢渣、铜渣作为热解时的催化剂，这些工业固体废物中的活性组分通过促进烟草废弃物热解过程中大分子物质的裂解和生物油中环状化合物的开环极大地提高了生物气的产率和生物油的质量，促进了整体产物的热值。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈