生活垃圾热解产物中含氧物质的分布规律

采用热重分析、固定床实验、红外分析(FT-IR)研究了生活垃圾热解行为及产物中含氧物质的分布规律。用热重分析确定了生活垃圾主要失重区间(190~450℃),并计算此温度区间热解活化能为42.76 k J/mol。在热解终温为450~650℃条件下进行生活垃圾固定床热解实验,结果表明:随热解终温的增加,固体产物中氧分布率逐渐减小(39.2%~29.3%);热解气中氧分布率逐渐增加(22.1%~30.9%);热解液中氧分布率在40%左右。生活垃圾热解气中含氧成分主要是CO和CO2,在温度为450~650℃时,CO含量明显高于CO2,而CO2的释放速率则大于CO;固体产物中含氧官能团主要有—OH和C—O,其中峰面积比例顺序为C—O>—OH;热解液中含氧官能团主要有—OH、C O和C—O,其峰面积的比例顺序为—OH>C—O>C O。     

含厨余垃圾的混合污水污泥热解性能及逸出气体分析

为解决厨余垃圾进入市政管网导致的污泥处理问题,利用厨余垃圾制备初沉污泥(PS),与污水处理的残余污泥(RS)混合制备了不同厨余垃圾比例的混合污水污泥(MSS)。采用TG-FTIR评估了含厨余垃圾的混合污水污泥的热解性能及逸出气体特性。质量损失可分为3个阶段:初步脱水阶段、主要分解阶段及连续轻微分解阶段。PS含量的增加导致反应速率提高和热解特性参数CPI增加,反应时间缩短,从而提高了污水污泥的热解性能。不同温度下PS和RS之间的相互作用存在差异,低温区(<300℃)基本不存在相互作用,中温区(300~550℃)为相互促进,高温区(550~850℃)为相互抑制。FTIR主要检测出CH₄、CO₂、H₂O、CO、CO、SO₂ 6种气态产物及官能团,表明CO₂是主要的气态产物,且随着PS含量的增加,逸出气体及官能团的产生均增加。相互作用不仅体现在质量损失过程中,也体现在产物演化过程中,PS50RS50呈现最明显的相互促进效果,可认为是最适合的比例。随着温度增加,产物普遍在500~600℃内达到最大值,可认为是最佳的热解温度。     

螯合电镀污泥的基本理化特性及燃烧特性

在研究某园区螯合电镀污泥基本理化特性的基础上,针对其含有一定量的有机物及高金属含量的特点,利用红外-热联用技术(TGFTIR)对污泥在空气气氛下的燃烧特性和燃烧过程释放的气体组成进行了研究.结果表明,污泥中的有机物在空气中的燃烧经过4个阶段,其中,有机物的热解、燃烧发生在230~431.01℃范围的第2和第3阶段;燃烧过程会释放CO2、水蒸气和微量NH3、SO2,燃烧温度和控氧量决定释放气体的组成;另外,燃烧过程存在重金属的挥发,可采用有机高分子重金属捕集剂的碱性水溶液喷淋烟气,捕集挥发出的金属,净化焚烧过程释放的酸性气体.考虑到污泥中有机质的充分燃烧、金属铬、铁和铝等金属氢氧化物的分解及部分金属的挥发,污泥焚烧温度应控制在450~500℃左右.研究结果可为此类污泥焚烧热处理提供理论和技术支持.     

城市生活垃圾水蒸气催化热解的实验研究

采用自行设计的外热式催化热解实验装置,以城市生活垃圾为原料,对温度(600℃～900℃)、物料的组分、加热方式、水蒸气以及白云石催化剂等影响垃圾热解的因素进行了分析。结果表明,气化温度、水蒸气、催化剂对垃圾热解性能影相显著。随热解温度的升高,产气量不断上升,H2和CO的含量增加,当温度为900℃时,产气量达到0.96m3/kg,H2和CO含量分别达35.1%和31.8%;催化剂使用、水蒸汽通入显著改善产品气质量,特别是H2含量,可达45%左右;挥发分含量较高的物料热解性相对较好;快加热方式有利于提高产品气质量。     

初温和终温对废轮胎热解产物分布影响

以热重分析和固定床热解实验为基础,研究初温和终温对废轮胎热解产率及气相产物特性影响。实验结果表明:废轮胎的热解过程存在两个主要失重过程,第一失重温度区间为200～500℃,第二失重温度区间为650～800℃;升温速率仅改变了热解的最大失重速率,并未改变废轮胎最终热解失重率。固定床实验表明:初始温度低于100℃时,废轮胎在800℃时热解已基本结束;当终温为800℃,初始温度在100～550℃范围内时,随着初始温度的提高,固、气两相产物产率均提高,而液相产物产率降低;其中气相中H2、CO、CH4的含量高于初始温度小于100℃时的含量;分析认为:可通过调节热解的初始温度调节废轮胎热解在不同热解阶段的时间分配,适当提高热解初始温度有利于提高整个热解过程中的时间利用效率、改变废轮胎热解产物的分布;废轮胎热解气化的最佳温度区间为500～800℃。     

木薯茎低温热解及产物特性研究

为探讨木薯茎低温热解特性,采用热重分析仪、固定床热解实验等对木薯茎低温热解过程进行了研究。结果表明,木薯茎热解可分为脱水、热解、炭化3个阶段;在热解终温为400~700℃范围内,木薯茎的固体产物随温度升高而持续降低,气体产物则随温度升高而不断增大,液体产率先增大后减小,在600℃木薯茎热解液体产率达到最大值45.6%;随后采用红外分析、气相色谱仪、扫描电镜等设备对热解后的液、气、固产物进行分析。结果表明,在热解终温为600℃时,木薯茎热解液的p H值低、氧含量高、热值低,其值分别为2.7~3.1、56.70%、15.3 MJ/kg,红外分析表明木薯茎热解液含较多的酚、醇、羧酸;木薯茎热解气体产物经气相色谱分析主要为CO2、CO、CH4和H2所占比例分别为61.10%、23.74%、10.03%和2.23%;木薯茎热解固体产物中挥发分较低,焦的比表面积为54.12 m2/g。     

热分析-质谱联用分析生物垃圾热解机理

采用热分析-质谱联用技术研究了城市生活垃圾中三种生物质成分的热解过程,并采用Freeman-Carroll法定量分析了三种生物质热重动力学参数。结果表明木屑、落叶和菜叶这类生物质热解过程分为三个阶段,先是水分析出的微小失重阶段,之后是因纤维素等大分子进行交联缩聚的快速热解阶段,表现为放热效应,逸出的气体主要有H2O、CO2、C2H6/C2H4和CH4,最后是吸热脱链解聚的缓慢热解过程,逸出的小分子气体主要有CO2。     

城市生活垃圾热解和燃烧特性试验研究

用TG-DTG-DTA（热重-微分热重-差热）热分析联用技术研究了5种城市生活垃圾试样的热解和燃烧特性。考察水分和挥发分释放温度、着火温度、燃烧速率最大时温度、初始燃尽温度、最大燃烧速率和燃烧放热量等热解和燃烧特性参数;计算了热解过程和燃烧过程的动力学参数。结果表明,5种试样在热解和燃烧模式上存在差别,前段热解过程对后续燃烧过程影响明显,5种试样在热解和燃烧阶段都可用一级反应的动力学方程描述。     

生活垃圾与木薯茎共热解制油试验研究

选取木薯茎作为与生活垃圾共热解的试验物料,采用热重分析(TG-DTG)、动力学分析、红外分析(FTIR)等方法,研究不同比例木薯茎对生活垃圾热解产物的影响、最佳添加量及协同作用。结果表明:热解主要分为脱水、热解和炭化3个阶段,生活垃圾与木薯茎混合共热解的温度区间主要在200~550℃;生活垃圾、木薯茎及20%木薯茎与生活垃圾混合的热解活化能分别为50.72、37.72及43.36 k J/mol,添加一定量的木薯茎可以降低生活垃圾热解的表观活化能,并对生活垃圾的热解具有一定的促进作用;木薯茎最佳添加量为20%,热解液的产率提高了6.24%;与生活垃圾单独热解相比,添加20%木薯茎的共热解油中羧酸、醇、酚的含量有所减少,有利于脱氧、脱酸,提高热解油的热值,增加热解液的有机物种类与数量。     

抗生素菌渣热解及气态污染物排放特性的研究

抗生素菌渣的热解行为受其热解条件的影响,而明确热解条件对抗生素菌渣热解特性的影响是其热解资源化和无害化的前提。通过在固定床反应器中热解抗生素菌渣(以土霉素菌渣为例),采用热重分析法研究升温速率、菌渣粒径、添加剂(CaO、CeO_2、Na_2CO_3)等热解条件对抗生素菌渣热解特性的影响,并利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析了其热解过程中SO_2、HCN、NH_3、NO等气态污染物的排放规律。结果表明:抗生素菌渣的热解主要分为两个阶段,即在200~600℃温度区间,抗生素菌渣内有机质充分热解,挥发分大量析出,抗生素菌渣的质量损失从95%降低至40%左右,且在370℃达到最大失重速率9%/min,而在600~900℃温度区间,热解焦继续热解,抗生素菌渣的质量损失从40%降低至30%左右,直至稳定;升温速率的改变对热解焦剩余量的影响较小,但随着升温速率的提高,其热解速率加快;菌渣粒径越小,其热解速率越快,分解越彻底,热解焦的剩余量越少;添加剂能够改善抗生素菌渣的热解活性,降低热解反应的活化能,并可以促进氮、硫元素的转化,使热解气体中HCN、NH_3、NO、SO_2的排放浓度降低。     

垃圾热化学转化利用过程中碳排放的两种计算方法

为了明确城市生活垃圾焚烧和热解两种热化学方式处理过程中温室气体的排放量(简称"碳排放"或GHG),分别采用生命周期评价方法(LCA)和政府间气候变化专门委员会(IPCC)制定的2006国家温室气体排放清单指南(简称"IPCC2006指南")进行了核算,并计算了两种垃圾热化学处理方式相对于填埋处理的GHG减排量.结果表明,两种核算方法计算所得的不同垃圾处理方式的碳排放趋势基本一致,但基于IPCC2006指南计算出的GHG减排量高于LCA方法的计算结果.相对填埋处理而言,焚烧处理的GHG减排量从LCA法的597～660kg(以CO2当量计,下同)提高到IPCC2006指南法的648～747kg;垃圾热解发电的GHG减排量从LCA法的535kg提高到IPCC2006指南法的589kg.同时,对这两种核算方法的特点及在我国的适用性进行了分析,研究认为LCA法和IPCC2006指南可以结合使用以促进我国GHG核算机制的完善.     

Study on pyrolysis and gasification of wood in MSW

In order to develop municipal solid waste（MSW） pyrolysis/gasification and melting technology with low emission and high efficiency, it was planed that all the main components in MSW and some typical kinds of MSW were pyrolyzed/gasified to propose an expert system for raw MSW. In this paper, wood, which was a prevalent component in MSW, was pyrolyzed and gasified in fluidized-bed reactors at different apparent excess air ratios （EARs）, temperatures and fluidizing velocities. For pyrolysis, with tem- perature increasing from 400℃ to 700℃, the yield of pyrolysis char decreased while that of pyrolysis gas increased （in this paper respectively from 28% to 20% and from 10% to 35%）, and when temperature was 500℃, the yield of pyrolysis tar reached the highest, up to 38% in this paper. It was the optimum for gasification when temperature was 600℃ and apparent EAR was 0.4. Under the experimental conditions of this paper, gasification efficiency achieved 73%, lower heat value（LHV） reached 5800 kJ/（Nm^3） and yield of syngas was 2.01 Nm^3/kg. Lower fluidizing velocity was useful to upgrade gasification efficiency and LHV of syngas for wood gasification. Based on the results, the reactive courses and mechanism were analyzed respectively for wood pyrolysis and gasification.     

基于质能流评估的餐厨垃圾热解自供能特性研究

餐厨垃圾具有成分复杂、含水率高的特点,热解处理法虽可实现餐厨垃圾的快速、无害化减量和能源资源回用,但其处理过程依赖外部能量输入,处理过程的能量平衡问题不容忽视。为全面探究餐厨垃圾热解系统能量流分布,研究提出了热解产物燃烧回用思路,聚焦系统自供能特性,开展固定床热解实验,考察不同含水率的餐厨垃圾在不同热解温度下的产物分布,并计算理论热值,结合TG-DSC分析确定原料热解理论耗能,建立了系统自供能特性指标(ERPC),计算系统的能量产生与消耗比,判断餐厨垃圾热解自供能的运行条件。结果表明:热解温度由400 ℃升至800 ℃,餐厨垃圾热解固体产物产率降低,气体产率提高,热解油产率呈现先增后减的趋势,并在500 ℃时达到最高。通过产物热值分析,过高的热解温度和含水率降低了餐厨垃圾热解产物的总能量。当三相热解产物全部燃烧回用时,为实现系统自供能餐厨垃圾含水率不得低于40%,热解温度不得高于500 ℃。当将油、气两相产物燃烧回用时,为实现系统自供能,热解温度须不超过600 ℃,含水率不超过10%。只燃烧热解气在所有条件下均无法实现系统自供能。     

城市生活垃圾单流程回收模式及其应用

为了探索城市生活垃圾回收及资源化利用切合实际、行之有效的运作模式,以成都市四个居民小区作为生活垃圾单流程回收模式试点,分析了单流程回收模式的实施方案和运行过程;试验结果表明:小区居民参与率达77.1%,回收垃圾中可利用成分达91%,其中纸类占41%、塑料类占17%、纺织物类占27%;统计计算说明:每户每月回收可利用成分达2.2kg,环境、经济和社会效益显著。     

温度对城市有机垃圾热解焦油成分的影响

以城市有机垃圾热解焦油为对象,研究了不同热解终温下(600~800℃)焦油的特性及其随温度的变化规律.结果表明:随着热解终温从600℃升高至800℃,焦油中C含量从74.49%增至83.42%;焦油的芳香化程度高于原料而低于热解炭,焦油的极性低于原料和热解炭,随着热解终温的升高,焦油的H/C和O/C逐渐降低;多环芳烃(PAHs)是焦油的主要成分,随着热解终温从600℃升高至800℃,其含量从54.06%增至83.45%;萘及其衍生物是焦油PAHs的主要成分,其含量在热解终温600、700、800℃时分别占PAHs的50.72%、46.80%、39.26%.研究结果证明了垃圾热解焦油可用作碳基复合材料和作为制备染料、树脂、溶剂、驱虫剂等的原料.     

典型农药废盐热处理特性及适用性

随着我国农药行业的迅速发展,农药废盐的管理和无害化处置已经成为亟待解决的环境问题.为了解决农药废盐热处理适用性的问题,推进废盐热处理工业化进程,选择盐城某企业典型农药废盐开展热重试验和动力学模型研究,分析废盐的热处理特性;基于热重试验和动力模型获取的优化参数,进一步利用管式炉模拟试验研究循环流化床焚烧炉处置废盐的可行性.结果表明:该农药废盐热解和燃烧的失重过程相似,在升温过程中一直处于缓慢失重状态,但均只有一个明显的失重阶段.其中,热解的失重阶段为170~298℃,700℃时减重率达到84.08%,燃烧的失重阶段为194~315℃,700℃时减重率达到81.45%,为了使废盐充分反应,根据热重结果确定热处理温度为350℃.热处理动力学分析表明,燃烧和热解在失重阶段反应机理相同,氧气的存在可以促进废盐的热处理过程,确定了热处理的组分为空气组分,该农药废盐属于低热值成分复杂的固体废物.在上述条件下,利用管式炉模拟试验进一步优化了废盐的热处理条件为温度350℃、停留时间45 min、空气组分、空气流量40 mL/min.对热处理后的残留物及烟气进行GC/MS分析发现,热处理法可有效降低废盐中有机污染物含量,烟气中有害物质以苯系物为主,含有少量氯苯及氯代烃类有机物.研究显示,经过管式炉热处理试验后,废盐中有机污染物的去除率达82.93%,可以有效降低有机污染物含量,从而验证了该类废盐热处理的适用性.      

城市污泥两段式催化热解制合成气研究

为了把城市污泥中温热解产生的挥发性产物转化为可直接利用的洁净可燃性气体或重要的化工原料合成气,采用两段式热解装置对城市污泥进行了催化热解实验研究,讨论了不同催化剂对城市污泥热解挥发性产物的催化裂解能力,结果表明:城市污泥在热解终温500℃,热解液产率最大,超过500℃,热解液产率减少,热解气增多,固相产率基本不变;城市污泥热解液的裂解温度需在900℃以上,产生的气体组分主要为H2、CO、CH4等小分子非冷凝性气体;Ni/分子筛复合催化剂对热解液转化为合成气的作用效果较好,合成气体(H2+CO)体积含量占气体总量的85%以上.     

废轮胎热解富芳烃油燃烧温度与烟气污染物排放特性

清洁燃烧是各类有机固废热解油高效能源化利用的主要途径。全钢废轮胎热解油产物中芳香烃含量约占30%,其热值及黏度与柴油相似,但闪点偏低,仅为20℃。在自建燃烧炉膛中进行燃烧实验,研究了废轮胎热解油的燃烧温度及烟气排放特性。实验发现,当过量空气系数为1.3时,热解油燃烧温度最高;当过量空气系数为1.4时,烟气中CO浓度降至0;NO_x浓度随着过量空气系数增大而升高;过量空气系数超过1.3后,SO₂浓度大幅降低。喷射油压提升可提高燃烧温度,使热解油燃烧更加充分,同时可降低烟气中CO浓度,促进热力型NO_x生成。当压力由1.5 MPa升至1.75 MPa时,燃烧温度、CO浓度与NO_x浓度变化幅度最大。喷嘴喷孔直径增大会使雾化锥角增大,燃油雾束更易展开与空气接触反应,CO浓度随之降低;同时雾化锥角的增大可减小喷雾贯穿距,缩短火焰长度,减少烟气在高温区的停留时间,降低NO_x浓度。