热解法处理抗生素发酵残渣的研究初探

热解法处理抗生素发酵残渣的研究初探
焦永刚;马长捷;李敏霞
【摘要】将热解气化技术引入抗生素发酵残渣的资源化处理,通过小型外热式固定床实验台,对抗生素发酵残渣进行了热解实验研究,研究主要针对不同的热解终温,目的是弄清热解过程的规律、热解温度对热解产物的影响,以及热解终温和产气量及气体成分之间的关系.
【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2011(037)005
【总页数】2页(P36-37)
【关键词】热解;发酵残渣;外热式;气化
【作者】焦永刚;马长捷;李敏霞
【作者单位】石家庄铁道大学能源与环境工程系,石家庄,050043;石家庄铁道大学能源与环境工程系,石家庄,050043;石家庄铁道大学能源与环境工程系,石家
庄,050043
【正文语种】中文
抗生素生产过程产生的固体废物主要为：发酵工序产生的菌丝废渣(菌丝体和蛋白质）,过滤、提取分离、精制脱色等工序产生的废弃树脂、废活性炭,污水处理站产生的废物(格栅截留物、污泥）。

其中菌丝废渣中的主要物质是未被利用的抗生素培养基和细胞物质以及无机助滤剂等,其主要成分为蛋白质、脂肪和糖类等,同时含有一定的残留抗生素效价。

过去一直采用干燥加工处理后作为饲料或饲料添加剂。

近年来,随着人们对抗生素菌渣用于饲料途径引起的争议,从2002年8月份起,国务院、国家最高法院等政府有关部门已开始禁止将抗生素菌渣用作饲料或饲料添加剂。

目前,对菌丝废渣的处理还在寻求妥善的处置途径。

热解气化技术是近几年来世界各国为解决垃圾焚烧过程中产生二恶英类毒性物质问题而提出的一种新技术。

热解技术是指在无氧或缺氧条件下,高温加热有机物,使有
机物的大分子裂解成为小分子直到变为气体,从而获得可燃气体以及少量油品的技术。

目前被广泛认为是21世纪的新型固废处理技术[1]。

1.1 实验材料
热解材料来自石家庄某抗生素生产企业的发酵废渣,该厂主要生产盐酸林可霉素原
料药及硫酸庆大霉素原料药,本实验选取硫酸庆大霉素生产工艺中的发酵残渣,硫酸
庆大霉素发酵原料主要是玉米粉。

实验材料的元素分析见表1。

发酵残渣中还含有丰富的微量元素,如钙、磷、锌、铜、锰、硒等,这些微量元素大
部分会被固定在残碳中。

1.2 实验装置
实验装置如图1所示。

其工作原理为：物料在热解炉中经过高温加热 ,由 CO、
CO2、H2、CH4、C2H4与 C2H6组成的热解气体被析出。

气体经冷凝管冷凝,高温气体得到冷却,冷凝下的液体由收集瓶收集。

这样较为干净的气体可以通过气体
流量计来计算流量,部分气体可以由集气囊收集进行检测,残余气体流经燃烧嘴烧掉。

实验流程：用电子称称量待热解残渣,放入热解实验装置中的热解炉内;连接管道,安装压力表、热电偶等仪表;运行电加热装置;按实验计划读取流量表读数、瞬时产气量、各热电偶读数、电表读数,观测到出气量较大时使用气囊收集产生的气体送气
相色谱仪处检测气体组分,记录多次测量值后求平均值;通过流量计观察,待几乎没有气体产生时停止加热;实验装置彻底冷却后,拆卸实验装置,称量烧瓶中液体的质量、热解炉中残碳的质量;整理实验装置;处理数据。

2.1 热解终温对热解产物的影响
从图2可以看到,物料在高温加热的情况下,挥发出可燃气体的体积随着温度的升高而增加。

在600～750℃时,挥发出的可燃气体体积增加显著,说明这个温度段是热
解变化最为剧烈的阶段;750℃之后,气体产量增长趋势减缓。

物料热解的液体产物主要是木醋液和木焦油,木醋液是从生物质材料中提取出的天
然精髓,内含酸类、醇类、酚类、酮类等200多种有机物质,是一种组分复杂、功能多样和相对稳定的系统物质。

由于木醋液中众多微量物质活性因子的天然综合平衡作用,在实际应用中表现出不可思议的效能,是一种天工难夺、人工无法合成、其他
产品无法替代的物质。

木焦油是一种可冷凝烃类物质的复杂混合物。

具有柔和度好、耐老化、耐高温等优点,是生产防水材料、防腐涂料、船舶漆和木焦油系硬质聚氨
酯泡沫的优良原料,还是良好的抗凝剂原料。

木焦油经加工提取可生产制造很多名
贵药材[2]。

但木焦油作为气化过程的副产物,对气化系统和用气设备等都产生十分
不利的影响。

由图2可以看出,液体的产量先随着温度的升高而增加,当热解温度在650℃左右时,液体产量达到最大值,然后随着热解温度的升高,产量逐渐降低。

所以,如果为了获取更多的木醋液或木焦油,应将热解温度控制在650℃左右。

残碳的产量随热解温度的升高逐渐降低。

2.2 热解终温对产气成分的影响
对不同热解温度下热解气体组分的研究结果如图3所示。

随着热解终温的升高,小
分子烯烃、烷烃类的有机物气体产量逐渐增大。

这说明热解终温越高,发生的气体
裂解反应越多越深入。

在较低温度会生成较多的CO,当温度继续升高,CO和某些中间产物会发生反应,使CO的量减少。

但是在高温阶段,随着大分子的断裂和水煤气
还原反应的进行,CO的含量又会增加。

不可燃的CO2含量基本上会随着热解终温的升高而呈现下降的趋势。

当热解终温低于650℃时,CH4、C2H4与C2H6的含
量随着炉温的升高而上升,这是由于随着热解终温的提高,物料中大分子量的物质得
到裂解,产生了更多的烷烃类气体。

但温度再升高后,烷烃类气体的产量却没有再增加,这主要是因为当温度较高后,水煤气反应比较明显,增加了H2和CO的产量。

H2产量随着温度的升高而增加。

2.3 热解气体中主要微量元素的检测结果
利用原子吸收法对热解气体中的主要微量元素进行了检测[3-4],检测结果见表2。

通过检测结果可以看出,热解气体中微量元素均未超标,达到了排放标准。

(1）发酵残渣的热解产物由气体、液体和固体三部分组成,其中液体由木醋液和木焦油组成,气体产气量随温度的升高而增加,热解温度在650℃左右时,液体产量达到最大值。

残碳的产量随温度的升高是不断降低的。

(2）热解产生的气体的成分主要是 H2、CO、CO2、烷烃类气体(主要是甲烷）,不同成分随热解温度的升高有不同的变化规律。

(3）热解法处理发酵残渣可有效地将微量元素固定在残碳中,热解气体中微量元素含量符合国家标准。

【相关文献】
[1]杨慧芬.固体废弃物处理技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社 ,2003：198-217.
[2]金保升,仲兆乎,周山明,等.城市固体废物(MSW）热解特性及其动力学研究[J].工程热物理学报,1999,20(4）：510-514.
[3]Lindman N,Rensfelt E,Waldheim L.New synthesis gas process for biomass and
peat[A].Symposium Papers—Energy form Biomass and Wastes[C].Chicago ：[s.n.]1981 ：571-611.
[4]J Corella.Biomass gasification in fluidized bed：Where to locate the dolomite to improve gasification?[J].Energy and Fuels,1999,13(6）：1122-1127.。