城市污泥热解中试系统集成一体化研究及运行效果评估

为了促进城市污泥热解工艺的工程化应用,组建了污泥热解系统、热解产物分离回收利用系统、废气净化排放系统于一体较完整的热解中试装置,在实现污泥有效处置的同时也实现了高值能源回收利用。中试工况优化,较好工况为：热解时间30-40 min,热解终温450-500℃,在此条件下,干化污泥（含水率5%）减量率为50%;热值为33.8 MJ/kg的热解油产率为17.1%左右。通过对中试运行效果的评估,得出热解油和热解气两者能量或污泥炭自身能量可供干化污泥热解本身所需能量,从而为推动污水污泥热解工艺的工程化利用提供了支持。     

城市干污泥热解气化

针对包头市南郊污水处理厂污水污泥,采用先热解后对热解残渣进行气化的方法探讨城市污泥的有效利用方式。污泥热解实验取升温速率(20~60℃·min-1)和终温(400~600℃)作为影响因素,得出各热解产物产率的变化规律。结果表明,污泥热解在终温为600℃时失重率达到57.53%,焦油产率在450℃达到峰值。污泥残渣的气化分别以水蒸气和CO2作为气化剂,探讨了800~1 000℃范围内的气化产品气组分变化规律。以水蒸气为气化剂时,污泥热解残渣的可制备富氢产品气,产品气中H2体积分数随着反应温度的增加而增加,1 000℃时H2含量可达68.83%,H2+CO含量达到81.36%,低位热值为9.18 MJ·Nm-3。以CO2作为气化剂时,产品气中富含CO,温度越高CO含量越高,1 000℃时到达最大值53.84%,产品气低位热值为7.25 MJ·Nm-3。     

我国典型村镇春季生活垃圾的理化特性对比

选取了12个省份所在的72个典型村镇进行垃圾样品采集,系统分析了我国典型村镇春季生活垃圾组成及理化特性在不同方面对村镇春季生活垃圾组成与特性进行了对比,对村镇舂季生活垃圾组成成分与理化特性进行了相关性分析,結果表明,春季村镇生活垃圾组成中以厨余类(31.39%)和灰土类(22.05%)为主,其次为橡塑类(13.84%)和纸类(14.58%),有害类(0.39%)含量最低。在舂季,村镇生活垃圾容重变化范围在82.50·398.86 kg·m~(-3)之间,平均值为256.25 kg·m~(-3);含水率在41.03%·77.53%之间,平均值为54.03%;湿基低位热值在1 056~7 553 kJ·kg~(-1)之间,平均值为3 611 kJ·kg~(-1)。村和镇的春季生活垃圾组成与理化特性无明显差异;南方地区村镇春季生活垃圾含水率高于北方地区,湿基低位热值低于北方地区;不同经济区域之间村镇春季生活垃圾组成随经济发展水平存在一定规律。村镇舂季生活垃圾湿基低位热值与厨余类、含水率存在显著负相关性,与橡塑类、纸类有显著正相关性。     

生活垃圾催化热解液体产物特性

为探索生活垃圾催化热解液体产物特性变化规律,选取Na2CO3、CaO、Fe2O33种催化剂,利用固定床实验、红外分析(FT-IR)进行生活垃圾热解液体产物产率和组分特性研究.结果表明,热解终温600℃无催化剂时,生活垃圾热解液产率为39.80 wt％,添加3种催化剂后热解液产率均降低;生活垃圾分别添加1％的Na2CO3和CaO后,热解油氧含量由22.49％分别降低到20.12％和18.53％,低位热值由30.30 MJ/kg分别提高到33.79和32.74 MJ/kg;无催化剂时热解油成分为脂肪类、含氧化合物及少量芳香类混合物,加催化剂后热解油中芳香类物质峰面积比例显著增加,而含氧化合物峰面积比例降低,羟基类及羧酸类含氧化合物峰面积比例明显减少,其他含氧物峰面积比例却增加;CaO催化效果较明显,生活垃圾添加1％的CaO热解油中芳香类物质峰面积比例从4.36％增加到29.46％,含氧化合物峰面积比例由49.42％降低到23.12％,其中羟基类和羧酸类化合物峰面积比例分别由34.03％和10.65％降低到0.00％和3.34％,其他含氧化合物峰面积比例由4.73％增加到19.77％.     

碳氮比对垃圾干化及能源化利用的影响

采用自制的生物干化实验装置,以高含水率混合收集生活垃圾为研究对象,探讨了不同C/N比(15、20.7、24.6和30)对垃圾生物干化效果的影响,比较了4组干化产物的RDF产率和产品性质。结果表明,不同C/N比垃圾生物干化理化性质与脱水效果存在明显差异;低C/N比处理的pH、NH_3挥发率均大于高C/N处理。C/N比为20.7垃圾生物干化效果最佳,在这种比例下处理的含水率下降幅度、垃圾水分去除率、单位有机物脱水能力和低位热值增幅均大于其他处理组。经过12 d生物干化,不同C/N比垃圾含水率分别下降了16.5%、20.3%、13%和15.4%,干化产物低位热值同比原生垃圾增长了78.3%、114.5%、65.8%和79.0%,达到了垃圾经济性焚烧要求,其硫、氯元素含量低于0.5%,重金属的含量也在可以合理范围内,可作为RDF燃料制备原料。     

生活垃圾衍生燃料催化气化制备合成气

以生活垃圾衍生燃料RDF(refuse derived fuel)为原料,在750℃下进行了催化气化-改质实验,研究了氧气供应量、Ni基催化剂组分等操作要素对合成气生成特性的影响。结果表明:氧气供应量ER(equivalent ratio)的增加可以提高碳素转化率和冷气体效率;在Ni基催化剂中添加Mg、Ce、K、Ca和Zn等金属助剂可以有效改善改质催化性能,促进焦油分解,提高有效气体收率。在750℃温度条件下,控制供氧量ER=0.04时,通过催化气化-改质处理,可以从RDF获得H_2体积分数约29.00%的清洁合成气,冷气体效率和碳素转化率分别为44.41%和82.41%,合成气收率可达0.244 m~3·kg~(-1)(RDF)。     

市政污泥热解产油影响因素及产物应用特性

利用外热式固定床反应器,研究终温、反应时间、升温速率等因素对市政污泥热解产油率的影响,并对产物特性进行了讨论。结果表明,热解终温及反应时间显著影响焦油产率,500℃是适宜的污泥热解温度,焦油产率达24.74%,温度继续升高则半焦缩聚反应强烈,热解气产率大幅增加,焦油产率基本恒定;在10℃·min~(-1)的升温速率条件下,热解终温500℃,维持20 min,焦油产率可达到平衡;升温速率对焦油产率的影响不显著,热解反应达到平衡时,不同升温速率条件下,焦油产率相似;污泥焦油组分与中低温煤焦油相近,具备提酚、制燃料油和特种油品的潜力;污泥半焦灰分高,固定碳含量低,具有一定热值,比表面积较发达,掺混燃烧、制备吸附剂是其重要的潜在利用方向。     

餐厨垃圾中典型组分的裂解液化特征研究

利用实验室规模的实验装置管式加热炉进行餐厨垃圾热解实验,实验分析了反应温度对餐厨垃圾热解产物分布的影响,米饭、白菜、猪肉、塑料和纸5种原料在最佳温度下可实现热解油质量产率的最大化,分别为45.02%、24.55%、61.19%、73.77%和24.86%。其中,米饭和白菜热解油含水率较高,可达到30%~40%,将含水率降到15%后,测定热值分别为25.51 MJ/kg和17.75 MJ/kg。塑料和纸混合热解时,塑料热解过程的放热效应可缩小纸的热解温度区间,增加热解油产量。红外光谱分析厨余热解油包含多种含氧有机物。通过气质联用仪(GC-MS)分析塑料热解油和塑料与纸混合热解油在180℃以下蒸馏出的液相产物,主要组分为烷烃和烯烃,从成分和热值分析,与汽油、柴油相近。     

废弃中药渣催化热解制取生物油的研究

利用热重分析仪(TGA)对植物类中药渣的热解特性进行了研究,用Coats-Redfern积分法计算了其热解动力学参数,得出中药渣热解反应符合一级反应动力学方程,其活化能较低,为36.0kJ/mol。考察了热解温度对气体、液体、固体产物的影响,在723K时,液体产物生物油产率最高,为39%。以介孔分子筛SBA-15以及分别负载Al、Sn、Ni、Cu和Mg的SBA-15作为催化剂,研究催化热解对气体、液体、固体产率及生物油组分的影响。研究表明,Al-SBA-15的催化效果较好,液体产率最高,为36%;采用元素分析仪和热值测定仪,得到用Al-SBA-15作为催化剂时生物油的氧质量分数最低,低位热值最高。用GC/MS对生物油组分的分析结果表明,添加Al-SBA-15后,热解产物中脂肪族和芳香族化合物增加,而含氧化合物减少。     

城市生活垃圾与园林废弃物的共热解特性

为实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化,采用热重分析天平和实验室固定床热解反应器进行城市生活垃圾(MSW)与园林废弃物共热解实验,研究了不同热解终温、松树枝和柳树枝添加比例对热解产物产率影响,并利用气质联用色谱分析仪(GC-MS)对热解油进行表征分析。实验结果表明:MSW、松树枝和柳树枝的热解过程均可以分为3个阶段,主要包括脱水、热解、炭化;MSW、松树枝和柳树枝单独热解时最大失重速率分别出现在321.48、358.23和377.83℃;MSW与松树枝共热解DTG曲线在热解反应第2阶段有2个析出峰,分别在342.32℃和471.48℃,比MSW单独热解时,失重率增加了7.29%。当城市生活垃圾与松树枝、柳树枝的添加量分别为3∶1时,热解液体产物产率明显升高,热解油中醇类、羧酸类、醛类等含氧有机物的含量降低,热值增加,热解油中氧含量降低,且松树枝对共热解焦油的脱氧效果更为显著,热解油品质得到提升。     

利用废弃物衍生燃料的热化学处理法制富含氢气合成气

为了探讨利用热化学方式从城市垃圾中制取富含氢气合成气过程的要素影响,解析氢气发生特性及其与主要影响要素之间的关系。在分析了城市生活垃圾组分特性的基础上,将其加工成组分均一的废弃物衍生燃料(refuse de-rived fuel,RDF),并在700、800和900℃等3个温度条件下,分别开展了RDF的热解、气化及水蒸汽气化等实验。研究表明,RDF的加工不但可有效降低垃圾含水率,还可将垃圾热值提高近1倍。温度和添加水蒸汽是从RDF中制取富含氢气合成气过程中的关键影响要素。其中,温度对氢气生成起到至关重要的决定作用,温度的提高对促进H2浓度的提高有利,同时,在气化过程中添加水蒸汽,可有效促进CO和H2等有价气体组分生成。在900℃的高温水蒸汽气化处理过程中,可获得H2浓度最高为34.13%的合成气。另外,800℃热解过程所产生的合成气热值最高,达到14 509 kJ/Nm3。     

污泥干燥焚烧工程系统质能平衡分析

通过建立污泥干燥焚烧系统质能平衡模型对污泥干燥焚烧工程进行质能平衡分析,由模型结果可得,系统污泥最佳入炉含水率为65%,此时系统具有最低总能耗和总烟气量,且污泥恰好能够自持燃烧。之后,对污泥干基低位热值和初始含水率波动对系统运行的影响进行了研究。当初始含水率在研究范围内波动时,需保证入炉污泥含水率基本不变,以保证系统最低能耗。而当污泥热值下降(上升)时,需使入炉污泥含水率随之线性下降(上升)以保证系统最低能耗。总之,在运行参数波动过程中,当污泥被干燥至其入炉应用基热值在波动过程中恰好能支撑自持燃烧时,系统总辅助燃料消耗最低。     

热解终温对污泥热解残渣特性的影响

研究了热解终温对污泥热解残渣物理化学特性的影响,着重分析了不同热解终温下污泥热解残渣的比表面积、孔结构与吸附性能,并根据傅里叶红外光谱分析污泥热解残渣表面化学性质变化.研究表明,与污泥干燥基相比,污泥热解残渣中的水分、挥发分含量较低,灰分和固定碳含量较高;热解终温为500℃时,污泥热解残渣的总比表面积达到最大值20.1...     

成都城镇生活垃圾特性及处理方案

为对成都市区、郊区和农村生活垃圾的处理处置提出有针对性的可行建议,研究了区域生活垃圾的物理组成、含水率、热值、肥效指标(有机质、TN、TP、TK、和C/N)和重金属污染等物化特性。结果表明:成都地区生活垃圾以厨余和塑料为主,郊区和农村灰土较多;混合垃圾均达到焚烧处理热值要求,市区垃圾低位热值最高(5 734~5 955 k J·kg~(-1))而郊区垃圾偏低(5 499~5 603 k J·kg~(-1));虽部分垃圾样品Cd、Hg和Cu浓度超过农用地土壤环境质量标准,但仍远低于城镇垃圾农用控制标准,并且可堆肥组份占垃圾总量的80%,肥效指标适宜农用。因此,在危废单独处理和可回收垃圾回收处理的前提下,结合成都垃圾焚烧厂建设情况,建议市区和焚烧厂所在郊区及周边农村的生活垃圾混合焚烧;近焚烧厂的8个郊区及周边农村的生活垃圾分为可堆肥垃圾(约80%)和其他垃圾(约17%),前者农用后者运收焚烧;远离焚烧厂的4个郊区及周边农村的生活垃圾以混合农用处理为主。     

生活垃圾衍生燃料分段催化气化

利用下吸式分段催化固定床反应器对生活垃圾衍生燃料进行了气化实验。研究了气化温度、当量空气系数、气化介质和催化剂对气化产物的影响。结果表明,生活垃圾衍生燃料以塑料、纸类和厨余组分为主,热值在10 MJ·kg~(-1)以上,适合直接气化。随着气化温度升高,气化气中H_2和CO的含量、产气率、气化气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,而焦油和CO_2含量明显降低;随着当量空气系数升高,CO_2含量、产气率和碳转化率升高,而焦油含量和气化气热值降低,在当量空气系数为0.33时冷煤气效率最高;当采用富氧空气作为气化介质时,N_2对于气化气的稀释作用减弱;添加催化剂能有效减少气化气中焦油的含量,提高H_2和CO的含量。采用下吸式分段催化气化,能有效提高气化气品质和冷煤气效率。     

固体废物在固定床内热解焦油的实验研究

在小型固定床热解炉内对部分固体废物进行的热解实验 ,目的是研究所得的热解产物中焦油 (含水 )的产量及其物理化学特性。结果表明 ,物料挥发分和水分含量越高 ,焦油 (含水 )的产量就越多 ;焦油 (含水 )的产率随热解终温的升高呈先升后降的趋势 ;焦油 (含水 )密度很大 ,但其随热解终温的升高而下降 ;同时 ,部分废弃物的焦油 (含水 )热值较高 ,饱和烃的含量很高 ,有很高的利用价值。     

固体废物在固定床内热解焦油的实验研究

在小型固定床热解炉内对部分固体废物进行的热解实验，目的是研究所得的热解产物中焦油(含水)的产量及其物理化学特性。结果表明，物料挥发分和水分含量越高，焦油(含水)的产量就越多；焦油(含水)的产率随热解终温的升高呈先升后降的趋势；焦油(含水)密度很大，但其随热解终温的升高而下降；同时，部分废弃物的焦油(含水)热值较高，饱和烃的含量很高，有很高的利用价值。     

城市垃圾预处理改善焚烧特性的探讨

针对目前我国城市垃圾的高水分、低热值的特性,提出了2种改善城市垃圾焚烧特性的有效措施:生物质垃圾源分类和生物干燥.在我国建立生物质垃圾源分类体系,将生物质垃圾源头分类后,剩余垃圾的热值可以提高约50%～120%,已适合直接入炉焚烧,同时分离出来的生物质垃圾也更易于好氧堆肥或厌氧消化.另外一项技术措施是在焚烧前利用生物干燥技术,降低城市垃圾的水分含量,提高入炉垃圾的热值,这种方法主要是利用生物反应热来干燥城市生活垃圾,只需要在垃圾投入焚烧炉前增加一个预处理步骤,不必改变目前的垃圾收运体系,而且进行生物干燥后的垃圾更易于分选其中的可回收物质.     

生活垃圾灰渣对生物质的热解特性及动力学的影响

生活垃圾热解焚烧产生的热灰渣可以作为热解过程的热载体。为研究灰渣对生活垃圾中生物质热解的影响,在热重分析仪中将生活垃圾的典型组分木屑和纸屑分别与2种垃圾灰渣混合热解,并进行热解动力学研究。结果表明,城市生活垃圾的热解焚烧炉灰渣(A灰)可以提高木屑和纸屑的热解转化率,比理论值高出4%～5%。农村生活垃圾热解焚烧炉的灰渣(B灰)对纸屑热解具有促进作用,但对木屑的热解没有显著影响。动力学研究表明,混入A灰后,木屑热解的第1、第2阶段的表观活化能都大幅降低,与其提高木屑的热解转化率的结果相一致。B灰也使得木屑的热解第1阶段活化能降低。此外,A灰和B灰均可以显著降低纸屑第1段热解的活化能。     

城市污水厂污泥的浸泡油炸

提出了一种利用餐厨废油为热交换介质，在常压下对城市污水厂污泥进行油炸干化制成固体燃料，以实现城镇两大废弃物一污泥和餐厨废油综合处置的方法。以大豆油模拟餐厨废油，研究了污泥油炸干燥特性及过程影响参数。实验结果表明，污泥经油炸干化后，干基含水率从初始的4．56kg／kg降低至0．05kg／kg，干基含油率升为0．37～0．47kg／kg，干污泥热值达到21．551～24．082MJ／kg，是一种高热值固体燃料。油温对污泥油炸干化过程影响显著，当油温从120℃升至180℃时，污泥干燥时间从28min缩短至4min。实验条件下，1t餐厨废油可处理约8．3t湿污泥。