城市生活垃圾与园林废物的热解实验

以城市生活垃圾与园林废弃的松木和柏木作为实验原料,采用实验室固定床反应器进行共热解实验研究,考察了松木、柏木添加对生活垃圾热解失重率、热解产物产率的影响,利用GC-MS、FT-IR分析热解油成分。实验结果表明:生活垃圾和松木(4∶1)、柏木(3∶2)共热解时热解油产率分别增加了6. 6,4. 7百分点,热解油的热值分别提高10. 31,8. 01 MJ/kg;混合物在热解过程中出现明显的协同作用,共热解最大失重率比生活垃圾单独热解分别增加了11,8百分点;热解动力学分析表明,共热解反应的表观活化能较单独热解时分别降低了3. 85,6. 10 k J/mol;热解油的GC-MS及FT-IR分析表明,共热解降低了醇类、羧酸类、脂肪烃类等含氧有机物含量,提高了热解油的热值,使热解油品质得到有效改善。     

城市生活垃圾与松木屑共热解实验研究

以松木屑与城市生活垃圾为实验原料,在固定床反应器中进行共热解实验研究,考察松木屑添加量对城市生活垃圾热解产物产率的影响。利用GC-MS、FT-IR、气相色谱仪等仪器对热解油组成和气体产物进行了分析。结果表明:与单独生活垃圾热解相比,随着松木屑添加量的增加,热解焦产率逐渐降低,热解气和水分产率逐渐升高,而热解油先升高后降低;当松木屑添加量为40%时,热解焦的产率降低9.3%,热解油产率增加至27%,热解气组分中CO_2产量增加幅度较大,增加了16.27 mL/g,而H_2的产量为2.58 mL/g,CO的产量为4.37 mL/g,CH_4的产量为33.74 mL/g;松木屑与城市生活垃圾共热解能够降低城市生活垃圾热解油中醇类、羧酸类、醛类等有机化合物的含量,而酯类、酮类、多环芳烃和苯系物的含量则有明显增加。     

温度对垃圾热解液体产物性质的影响

选用生活垃圾作为试验物料,利用铝甑试验台、元素分析、红外分析(FTIR)等方法,对不同温度下垃圾热解液体产物的性质进行研究。结果表明:热解终温600℃,升温速率20℃/min时垃圾的热解液产率最高;600℃的垃圾热解油含氧量最低,为20.28%,热值达到31.42 MJ/kg;各温度下垃圾热解液的含水率为20%~30%,酸值大于30 mg/g(KOH),灰分在600℃时达到最大,为0.25%;通过热解油的FTIR分析,垃圾热解油中含有酚类、醛类、羧酸类、酮类、芳香烃类、脂肪族等多种组分,其中600℃下垃圾热解油的芳香烃类物质较多,羧酸类物质较少。     

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。     

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。     

稻壳与聚氯乙烯共热解的特性及动力学

在热重分析仪中进行了稻壳和聚氯乙烯（PVC）的共热解实验,结果显示:在共热解时稻壳开始剧烈热解的温度相比单独热解时大幅度降低,由350℃降至300℃,表明掺入PVC降低了稻壳的热解温度。在升温速率为20℃/min,稻壳和PVC比例为2∶1（质量比）时,混合热解协同效应最明显。3种动力学分析方法均证明共热解现象的存在。利用Coats-Redfern法进行动力学分析,发现共热解活化能普遍较单独热解时低,表明PVC与稻壳共热解有明显的相互作用。利用Ozawa法进行分析,发现转化率为20%~60%阶段下共热解平均活化能值为37.60 kJ/mol,低于稻壳单独热解的平均活化能41.45 kJ/mol。Friedman法分析结果显示对应转化率下共热解活化能均低于稻壳单独热解活化能。稻壳和PVC共热解倾向于反应动力学控制。     

CaCO_3对生活垃圾热解气体组成的影响

利用固定床反应器,选用CaCO_3和SiO_2为添加剂,进行了生活垃圾催化热解实验研究,结果表明,CaCO_3在生活垃圾热解中的催化作用比SiO_2更加明显。为此,研究了不同CaCO_3添加量对热解可燃气产量的影响,探讨了CaCO_3在生活垃圾热解过程中的催化作用机理,重点分析了CaCO_3对生活垃圾热解气中CH_4和CO的影响机理。通过对比分析生活垃圾中添加不同量CaO的热解实验结果,得出CaCO3的催化作用主要在于其分解产物CaO促进了垃圾的二次热解,以及CO_2与C的还原反应。     

页岩气开发油基钻屑-单组分生物质共热解特性

油基钻屑与生物质热解油分别存在产率低、有害组分含量高的问题,为探究二者共热解是否可以产生协同作用,采用固定床反应器研究了热解温度、终温时间（热解温度保持时间）、升温速率、N₂流量、生物质与油基钻屑混合比例（质量比）等因素对油基钻屑与单组分生物质共热解的影响.结果表明:①油基钻屑与单组分生物质热解效果随热解温度和终温时间的增加而增强、随升温速率的加快而减弱,N₂流量对热解过程影响不大;最佳热解工艺参数为热解温度350℃、终温时间60 min、升温速率10℃/min、N₂流量0.15 L/min.②共热解可产生协同作用,当生物质与油基钻屑混合比例分别为3:7、7:3时,热解灰渣含油量较理论值下降较为明显,降幅分别为21.71%、17.64%.③共热解可减少生物质热解过程中有害物质的生成,提高油基钻屑的液相产率,生物质单独热解时液相产物中有害组分占比高达74.92%;加入适量油基钻屑共热解时有害组分占比明显降低,当油基钻屑与生物质混合比例为7:3、8:2时,有害组分占比可分别降至22.74%、17.57%.研究显示,共热解产生的协同作用可减少有害物质的生成,提高热解油产率,在油基钻屑无害化、资源化利用与生物质开发中具有良好的应用前景.      

污泥包裹飞灰热解炭中重金属稳定性研究:铁盐添加剂的作用

在污泥包裹飞灰中添加不同比例的铁盐后进行热解,依据HJ/T 300—2007《固体废物浸出毒性浸出方法——醋酸缓冲溶液法》,研究了铁盐对污泥包裹飞灰热解炭中重金属的稳定效果,确定了基于热解炭最终处置目标的最经济的铁盐添加量和最大飞灰包裹量。结果表明:添加混合铁盐可以增加污泥包裹飞灰热解炭中重金属的稳定性,随着铁盐添加量增加,重金属的浸出浓度先减小后增加。综合经济性和稳定性,确定最适宜的铁盐添加量为1.5%。添加铁盐可增加污泥的飞灰包裹量,在Fe添加量为1.5%,热解温度500℃的条件下,污泥对飞灰的最大包裹量是1∶2,此条件下的产物热解炭可以进入生活垃圾填埋场处置。     

垃圾筛上物热解特性的实验研究

在小型外热式固定床热解炉实验台上,开展了垃圾筛上物在550℃至750℃范围内热解特性的实验研究,并进行系统能量的分析．得到了热解炉内不同部位物料的温度变化和不同热解终温下的热解产气速度、产气量及其它产物产量．结果表明．热解炉内各部位温度先升高后趋于稳定．产气速度在20min左右达到最大,且最大产气速度、热解液体量、产气量随终温升高而增加,残炭量则随终温升高而减少．其中750℃下热解得到产物：127.765g热解液,102．101L热解气和220．18g残炭．700℃下能量平衡分析表明：热解气和残炭的热值较高．垃圾热解产物经过处理后作为燃料应用在热解过程中可以减少外界能量的消耗．提高系统运行的经济性．     

垃圾典型组分混合热解特性的实验研究

为揭示不同垃圾单组分对整体热解动力学特性的影响,通过自行设计的大物量热重分析装置就垃圾典型组分的混和热解特性进行了实验研究;并采用最小二乘法建立了热解反应动力学模型。并列出了双组分混合热解实验部分的实验结果及模型计算结果,两者吻合较好,为进一步建立垃圾综合热解神经网络模型奠定了基础。     

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。     

污泥热解液与牛粪混合厌氧消化特性研究

为处理污泥热解液并利用其中所含的能量,研究了250~550℃温度下产生的污泥热解液单独厌氧发酵和与牛粪混合厌氧消化的特性.首先研究250~550℃热解液单独厌氧发酵的情况,发现各温度下热解液可发酵、且350℃下热解液产气性能相对较好;但是总体上产气量很少.其次以250℃下的热解液为例,研究与牛粪在高温[（55±1）℃]下混合厌氧发酵时不同质量比（5/80,10/80,15/80;g/g）的影响,发现热解液在一定程度上抑制了牛粪的厌氧发酵,且热解液的量越大抑制作用越明显.第三步选择最低的热解液添加量比5/80,研究热解温度（250~550℃）对混合物厌氧发酵的影响;结果表明,350℃下的热解液与牛粪混合厌氧发酵累计产气量最高,达116.42mL/g VS,高于纯牛粪对照组的110.36mL/g VS;其他依次是550℃组、450℃组和250℃组.另外,550℃组的总挥发性脂肪酸（TVFA）的初始值最高,为1528mg/L,发酵后降低至254mg/L,为最大降幅,证明污泥热解液中的有机物得到有效降解.因此,适当热解温度下的污泥热解液可以适量与牛粪进行混合厌氧发酵,为污泥热解液处理和能源化提供新出路.     

钢渣对京津冀地区典型罐底油泥热解影响

为了研究钢渣对油泥热解产物的影响,以京津冀地区典型罐底油泥为研究对象,利用固定床反应器、热重分析仪对油泥热解条件及反应特性进行研究,通过单因素实验和响应面实验设计考察了热解终温、升温速率、停留时间和钢渣添加量等对热解产物产率的影响,采用气相色谱（GC）、气质联用（GC-MS）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）等对热解气体、热解回收油和热解焦表征,并对反应后固体残渣采用磁选的方式回收钢渣及分析物相组成（XRD）。热重分析（TG）表明:添加钢渣有利于油泥失重率增加。热解动力学计算表明,油泥单独热解和添加钢渣的反应的表观活化能分别为8.32,7.43 kJ/mol。固定床实验表明:当热解温度为550℃,升温速率为40℃/min,停留时间为30 min时,钢渣添加量为15%时,油泥热解回收油产率最高,达到16.03%。通过17组响应面实验设计,预测回收油产率最高可达16.12%。热解产物分析表明,添加钢渣提高了气体中H₂和CH₄产量增加,降低了CO₂产量。焦油的GC-MS分析表明,添加钢渣提高了焦油中低碳原子数成分含量。这证明了油泥和钢渣协同处置的可行性,可为热态钢渣与油泥的协同处置研究提供数据支撑。     

含油污泥催化热解工艺的优化及热解产物分析

随着环保意识的增强,含油污泥资源化与无害化处理问题成为研究的热点。分别用体积分数为5%、10%的HCl对活性白土进行改性,制得催化剂。采用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X-射线衍射、N_2-吸附脱附等分析手段对催化剂的结构进行表征。用催化剂对含油污泥进行催化热解,探讨了改性活性白土催化含油污泥热解的影响因素,并对热解产生的固、液产物进行了分析。结果表明:催化剂加量为1%,氮气流速为100 mL/min,反应温度为430℃,处理时间为3. 5 h时,油回收率可达到85. 49%,与未加催化剂时相比,油回收率提高了7. 22%,处理时间缩短了0. 5 h。由热解油组分分析可知,催化热解使得C_6～C_(15)的回收率提高,产物油品质得到改善。     

压模成型对RDF热解动力学的影响

对城市生活垃圾衍生燃料(RDF)进行压模成型处理,改变其空间结构如比表面积、孔结构等,然后在TB-1型热天平中测试不同温度下的热解TG曲线,分析各种动力学参数,得出RDF性质、空间结构对热解反应速率、活化能、指前因子等动力学参数的影响规律.试验结果表明,压型试样的反应速率明显低于未压型试样,最佳热解反应温度段为550℃～650℃.部分压型试样的活化能和指前因子之间存在着补偿效应,虽然压型试样的活化能有所减少,但指前因子有约10倍左右的大幅度减小.     

煤矸石复合型添加剂对城市生活垃圾热解的影响

利用热重分析和动力学分析全面探究了煤矸石复合型添加剂对城市生活垃圾热解的影响,分析结果表明:添加煤矸石复合型添加剂可以在一定程度上提高城市生活垃圾热解的效率。更进一步地,研究了煤矸石复合型添加剂的添加对热解产物,特别是气体组分产量的影响,发现添加煤矸石复合型添加剂可以提高气体组分的产量。煤矸石复合型添加剂对H2、CO以及CH4产气速率的影响十分显著,添加800℃活化煤矸石复合型添加剂,热解气中的H2产气速率提高最快;添加500℃活化过的煤矸石复合型添加剂,热解气中的CO产气速率提高最快;添加1 000℃活化过的煤矸石复合型添加剂,热解气中的CH4产气速率提高最快。     

包装废弃物添加脱氯半焦制备SRF的热解及动力学特性

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对包装废弃物添加了4种不同比例脱氯半焦制备而成的固体衍生燃料(SRF)的热解特性及热反应动力学进行了研究分析.研究发现,4种燃料热解过程主要包括4个阶段,其中300~400℃和400~500℃为两个主要失重阶段.前一阶段,SRF-1失重显著高于SRF-2、SRF-3和SRF-4,而后一阶段失重分别呈2、3、4倍增加.4种燃料热解残余量的顺序为SRF-4SRF-3SRF-2SRF-1,即添加了脱氯半焦的燃料热解程度越高.FTIR分析表明,添加了脱氯半焦的SRF燃料第三失重峰处不产生氯代烃.随脱氯半焦添加量的增加,第二失重峰CO2产生的浓度减少;第三失重峰CH4析出浓度增加;第四失重峰CO2析出的浓度增加.采用DEAM分布活化能法得到,转化率α0.3时,SRF-2和SRF-3的活化能均高于SRF-1的活化能,0.3α0.9时(α为0.6时除外),SRF-2、SRF-3和SRF-4 3种燃料的活化能低于SRF-1,且SRF-1的活化能呈升高的趋势,而其他3种燃料呈相反趋势.脱氯半焦的添加有利于SRF燃料的热解.     

不同含水率污泥和小麦秸秆混合热解制备富氢合成气

为拓展活性污泥资源化利用方向,在固定床反应器中研究了不同含水率污泥与小麦秸秆的共热解。将不同含水率的污泥和秸秆在600~900 ℃范围内混合热解,研究了热解温度、污泥含水率和秸秆添加量对气体组成的影响。当污泥含水率一定时,随着反应器温度的升高,H₂和CO的含量逐渐增加。在相同温度下,随着污泥含水率的增加,H₂的含量呈现先增加后减少的趋势,而CO含量呈逐渐下降趋势。当污泥含水率为60%时,H₂的含量达到最大值。当热解温度为800 ℃时,制备富氢合成气的最佳比例为40%的秸秆与含水率为60%的污泥混合热解。     

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。