稻壳的资源化利用研究进展
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广东化工2019年第11期
·124·www.gdchem.com第46卷总第397期
稻壳的资源化利用研究进展
罗红元1*,林伟琦2,罗联忠3,叶廷秀4
(1.厦门市海洋药用天然产物资源重点实验室,厦门医学院,福建厦门361023;2.厦门市产品质量监督检验愿,福建厦门361004;
3.海洋生物医药资源福建省高校工程研究中心,厦门医学院,福建厦门361023;4.厦门医学院药学系,福建厦门361023)
[摘要]稻壳是稻谷加工过程中最大的副产品,我国稻壳资源丰富,但目前并没有被充分有效地利用,即浪费了资源、又污染了环境。稻壳
中含有丰富的SiO2、纤维素、脂肪酸等。资源化利用是稻壳有效利用的发展方向和趋势。本文综述了近年来国内外稻壳资源化利用的研究进展。
[关键词]稻壳;资源化;节能减排
[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)11-0124-02
AReviewonRiceHuskUtilizationTechnologies
LuoHongyuan1,2*,LinWeiqi3,LuoLianzhong1,2,YeTingxiu4
(1.XiamenKeyLaboratoryofMarineMedicinalNaturalProductsResources,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023;2.EngineeringCenter
forMarineBiomedicalResourceUtilization,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023;3.XiamenProductsQualitySupervision&Inspection
Institute,Xiamen361004;4.DepartmentofPharmacy,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023,China)
Abstract:Thericehulkisthemostby-productsinthericeprocessing.ThericehulkresourcesinChinaareabundant,butnotfullyandeffectivelyutilized.Itis
notonlyawasteofresources,butalsoanenvironmentalpollutant.Themaincomponentsofricehuskaresilica,cellulose,andfattyacid.Theutilizationofrickhusk
asarenewableresourcefortheproductionofvariousproductshasbeenameaningfulresearchtopicfordecades.Thispaperreviewsthecurrentresearchprogressof
ricehuskutilizationtechnologies.
Keywords:ricehusk;resourcerecoveryenergy;savingandemissionreduction
水稻是全球一半以上人口赖以生存的基本食粮,也是大部分
中国人的基本食粮。中国是世界上最大的产稻国(年产2.1亿吨)
和消费国,近几年又成为最大的稻米进口国。长期以来,我国稻
米加工仅处于一种满足口粮大米需求的初级加工状态,副产品深
加工利用极少,而日美等发达国家的粮食产品加工程度都在90%
以上。我国每年稻米加工所产生的4000万吨稻壳、1400多万吨
米糠等有价值的副产品尚未得到很好的开发利用[1],通常被直接
丢弃或者露天焚烧,造成了严重的环境污染,更重要的是大量的
资源被浪费了。因此,科学合理地利用好稻壳、米糠,不仅可以
转化为新的、有用的功能材料,增加了可观的经济价值,还有助
于降低废弃物处理成本。1农产品加工副产品综合利用相关政策
近年来,国务院及农业部均发布了相关的政策,规范及督促
农产品加工副产品综合利用行业发展(国家近几年来在农产品加
工副产品综合利用方面的主要政策如表1所示),推动农产品副产
物循环利用、加工副产物全值利用和加工废弃物梯次利用,促进
农产品加工业持续稳定健康发展。稻壳、米糠作为产量巨大的粮
食加工副产品,其综合利用非常重要,2017年,在农业部办公厅
发布的《农业部办公厅关于宣传推介全国农产品及加工副产物综
合利用典型模式的通知》中推介18项综合利用模式中,就有米糠
生产米糠油、油酸以及稻壳发电两种模式。
表1近年来国家发布的与农产品加工副产物综合利用的法律法规Tab.1Lawsandregulationsoncomprehensiveutilizationofby-productsfromagriculturalproductsprocessinginrecentyears
时间发布部门政策文件名称主要内容
2015年1月农业部关于做好2015年农产
品加工业重点工作的通知把农产品及加工副产物综合利用作为转变农业发展方式之一
2015年
8月
国务院办公厅
关于加快转变农业发展方式的意见为解决农业发展面临农产品价格“天花板”封顶、生产成本“地板”抬升、资源环境“硬约束”加剧等新挑战,迫切需要加快转变农业发展方式,推进农业废弃物资源化利用是措施之一
2015年9月农业部办公厅关于开展农产品及加工副产
物综合利用试点工作的通知决定在部分县、园区、企业开展农产
品及加工副产物综合利用试点工作
2016年12月国务院办公厅关于进一步促进农产品加工业发展的意见加强综合利用,推进农业供给侧结构性改革
2017年3月农业部办公厅关于宣传推介全国农产品及加工
副产物综合利用典型模式的通知对18项全国农产品及加工副产物综合利用
典型,进行宣传推介,供各地学习借鉴和推广
本文综述了近年来稻壳、米糠在能源利用、合成气、活性炭、
白炭黑、谷糠油等方面资源化利用的研究进展。2农产品加工副产品综合利用技术进展
2.1稻壳发电
稻壳属于低热值,易燃、挥发分高的植物燃料,且燃烧产物
几乎不含硫和重金属,热值在12.5~14.6MJ/kg之间,约为煤的一
半[2],企业可以使用稻壳替代原煤燃烧为生产提供能源。联合国
粮农组织在1971年就认识到,稻壳最实际的用途就是作为燃料提
供能量。
经长期试验和不断改进,我国稻壳发电技术已经在集成创新
和商业化应用方面取得了很大的进展,稻壳发电具有非常好的推
广应用前景。湖南岳阳城陵矶粮库于1990年就建成装机容量为1500kW的稻壳发电车间。黑龙江是我国产粮大省,省内几乎每个县市都有稻壳发电机组,如鹤岗市已建有4座200~600kW的
发电车间,2009年又建成1座3000kW的稻壳发电厂,还有2座6000kW的稻壳发电车间在建。据不完全统计,浙江省稻壳发电
企业有20~25家,湖南省有10家左右,湖北省10家左右,安徽
省15家左右,江苏省12家左右,江西省有20家左右[3]。其中有
些稻壳发电除企业自用外,还有部分返销给国家电网。
目前,稻壳发电常用的稻壳气化发电或者稻壳直燃发电,发电因机组容量小、参数低,经济效益不高,显著制约了稻壳等生
物质的利用。稻壳可通过与燃煤共燃发电(称燃煤耦合生物质发
电),借助大型燃煤发电机组高效、低污染的技术优势,显著提高
发电效率,逐步减少一次能源的消耗量,缓解社会发展对能源需
求的压力。Chao等人[4]在实验室台架上研究了煤与稻壳和竹子的
混燃行为,主要关注掺混比例、生物质粒径、过量空气系数等对
燃烧颗粒物排放的影响,发现生物质中的挥发分对改善混合样品
[收稿日期]2019-05-09
[基金项目]厦门市科技局计划项目(3502Z20163021);厦门市海洋与渔业局产业技术专项(17GYY008NF04)
[作者简介]罗红元(1977-),男,衡阳人,博士研究生,主要研究方向为环境分析。*为通讯作者。2019年第11期广东化工
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的燃烧性能起着关键作用;王智等[5]研究了稻壳与烟煤在循环流
化床锅炉上的混合燃烧特性及污染物排放情况,结果表明烟煤混
入少量稻壳后燃烧特性得到改善,SO2和NOx的排放量也明显下
降;鲁光武[6]研究了包括稻壳在内的3种生物质与1种无烟煤进
行混烧的燃烧特性,发现生物质的掺入对无烟煤的燃烧有促进作
用,并且当掺混比例增大时混合试样的反应性也增强;杜一帆等[7]
以稻壳为研究对象,以10℃/min的升温速率在热重实验台上进行
了稻壳分别与1种烟煤和1种褐煤的混燃实验。发现稻壳的掺入
可以改善烟煤着火和燃尽等燃烧特性,且改善效果在一定范围内
随着稻壳掺混比例的增大而更佳。2.2沼气
稻壳发电企业面临的困难是稻壳收集和运输困难,只有大型
的稻米加工基地才有可能建设,而农户零散分布的稻壳却很难被
利用。户用沼气是解决零散稻壳能源利用的有效模式,国家可再
生能源发展“十三五”规划统计:2015年,全国沼气产量达到190
亿m3。稻壳沼气研究也一直在发展,袁海荣等[8]研究了稻壳厌氧
消化沼气,采用中温发酵,用1%NaOH和2%NaOH分别对不
同负荷的稻壳进行预处理,加快厌氧消化速度,缩短厌氧消化周
期,1%NaOH预处理的稻壳产气效果最好;冯晶等[9]以稻壳鸭粪
混合物料为原料,利用小型厌氧装置开展了厌氧消化工艺的试验
研究,并利用不同的产气速率模型以及累积产气模型对混合物料
的厌氧消化过程进行了拟合,发现堆沤处理前后稻壳鸭粪的产气
潜力和最大产气速率都高于堆沤处理后;杨益琼等[10]以稻壳类酒
糟为原料,在恒温30℃条件下,分别用实验室正常沼气发酵后的
混合厌氧活性污泥和秸秆半连续干发酵后的发酵残留物作为接种
物进行厌氧消化,发现以秸秆发酵残留物为接种物的TS产气率
和VS产气率要高于以混合厌氧活性污泥为接种物的TS产气率和VS产气率。
2.3合成气
合成气是以一氧化碳和氢气为主要组分,作为基础原料,可
以合成氨、甲醇等高附加值的化学品。传统上合成气的生产主要
来源于煤的汽化以及石油的催化裂化,然而,由于石化资源供应
不足,世界各国纷纷寻找适宜的非石化路线来替代。稻壳气化制
备合成气技术可以有效地减少温室气体排放问题,是一种可持续
的清洁的能源转化技术。王允圃等[11]以稻壳为研究对象,采用碳
化硅、残炭为微波吸收剂,利用微波吸收剂辅助吸波快速热解稻
壳,转化率达53%,其中氢气浓度最高,高于38%,合成气(H2+CO)
含量大于60%;赵丽霞等[12]以水蒸气为气化介质,在固定床实验
台上进行了稻壳/甘油共气化制合成气实验研究,考察了温度和投
料比等参数对合成气成分及其热值的影响,发现随温度的升高,
氢气产率、气体产率、碳的转化率明显升高,但是温度过高,碳
的转化率反而会降低;高正伟等[13]探究了在固定床中不同温度条
件下进行稻壳的催化热解,并对与热解气体的成分和分布进行分
析,发现Fe2O3对稻壳的热解有着很好的催化作用,热解温度可
以降低100℃。2.4活性炭
活性炭的生产原料以木材和煤为主,生产成本高[14]。近些年,
为了降低活性炭的生产成本,国内外相继探索了利用各种价格低
廉、来源广泛的生物废弃物制备活性炭的试验,其中利用稻壳等
农产品加工副产品成为研究热门。刘斌[15]等研究了以稻壳为原料,