2种烟煤掺混干化污泥中温热解制气

以2种不同产地烟煤和某污水处理厂污水污泥作为研究对象,在实验室预处理,将两者按不同比例掺混后使用管式电阻炉进行中温热解实验,探讨了烟煤与干化污泥掺混热解产气特性。实验结果表明:烟煤掺混干化污泥热解,不改变两者热解产H_2、CO和CH_4的规律。在相同热解温度下,烟煤的掺混比例越高,产生H_2体积百分含量越大。对于CH_4,掺混物料产气峰值热解温度由800℃降低至700℃。混合物料中污泥掺混比例增加会增加CO含量。通过热重实验,随着物料中配入干化污泥质量比重增加,热解反应所需活化能减小。     

含油污泥与玉米秸秆共热解协同特性

利用热重-傅里叶变换红外分析仪(TG-FTIR)对含油污泥与玉米秸秆共热解特性进行了研究,分析了各温度段的协同效应。TG分析表明,共热解主要呈现3个阶段:挥发分的析出(210～520℃)、碳酸盐的分解(600～780℃)、长链难分解重质油的热裂解和半焦的气化(900～1100℃),且在不同热解阶段呈现出不同的协同效应。热解动力学分析表明,含油污泥与玉米秸秆共热解后,第1阶段的活化能有所增高,而第2、3阶段的活化能大幅降低。FTIR分析表明,第1、2阶段,共热解与单一物料热解的产物种类基本一致,而在第3阶段,共热解使含油污泥热解产物甲基化合物发生分解和转化。含油污泥与玉米秸秆共热解可促进CO_2、CO、CH_4和C=O化合物的析出,其中添加玉米秸秆质量分数为10%时,对CO_2、CO和CH_4析出的促进作用最强,添加30%时则对C=O化合物的析出更为有利。     

利用旋转炉热解城市污泥的产物特性

采用旋转管式加热炉实验台在惰性条件下对城市污泥进行了热解实验,系统研究了不同热解温度对气态产物和固态产物成分的影响。结果表明:污泥经热解后的产物在600℃时,比表面积最大值为158.02 m2/g,孔容最高为109.58 mm3/g。随着热解温度的升高,气态产物和液态产物的产率增加,而固态产物则减少。在热解温度450~750℃,热解产物中的固态产物产率由53.65%降至31.69%;气体产率从11.23%升至24.74%,其中H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_2H_2占总气体的75%以上,H_2含量随着热解温度的升高而升高。热解气中小分子碳氢化合物含量较高,600℃时热解气体中含氢气体主要包括:H_2、CH_4、C_2H_4、C_3H_8、正丁烷(C_4H_(10))及C_2H_6等,其中H_2和CH_4含量分别为27.98%和23.63%。CH4、C3H8、C_4H_(10)等气体的含量随着热解温度的升高呈现先增后减趋势,且在600℃达到最大值,C_2H_2、C_2H_6在450℃时其浓度最高。随着热解温度的升高,N、C和H3种元素在热解固态产物中的质量分数呈明显下降的趋势。     

干化污泥热解制备可燃气过程中石英砂的影响

污水污泥样品经过105℃干燥处理后,在管式电阻炉和热天平上分别以15℃/min升温速率,在0～950℃温度范围进行污泥混合石英砂的热解实验研究。石英砂污泥混合热解实验发现:混合热解的产气总量得到提高,石英砂的加入不改变污泥热解生成可燃气的规律。在热解的高温段(800～950℃),由于加入了石英砂,CO浓度得到了提高。     

船舶塑料垃圾热解特性及动力学分析

利用热重分析(TGA)研究船舶塑料垃圾在不同升温速率和不同气氛下的热解特性,并得到了热解动力学参数。结果表明,船舶塑料垃圾的热解过程主要有3个阶段,比一般塑料热解复杂;随着升温速率增大,最大热解速率和最大热解速率温度等热解特性参数也增大,反应变得更剧烈;N2/CO2比为4∶1时,热解反应进行得最完全,固体残留率最少。动力学分析表明,采用3个连续一级反应模型能很好地拟合实验数据;不同的升温速率和气氛比对反应各阶段活化能均有不同程度的影响。     

添加腐熟污泥对生活垃圾堆肥物料理化性质及温室气体释放规律的影响

研究了添加腐熟污泥对生活垃圾堆肥物料理化性质及温室气体释放规律的影响。结果表明:(1)在生活垃圾中添加腐熟污泥进行堆肥,可降低堆肥物料的含水率,缩短整个堆肥周期;添加腐熟污泥还可以缓解堆体的酸化程度,促进有机质的降解,使C/N更适合微生物的生长和繁殖。(2)CO_2和CH_4两种温室气体的释放主要集中在堆肥高温期,CO_2释放量随腐熟污泥添加量的增加而增加,而CH_4释放量随腐熟污泥添加量的增加而减少。     

钙基固硫剂对污泥和煤燃烧过程中SO2和NOx释放的影响

在O2气氛下,研究了煤与污泥2种燃料中添加4种钙基固硫剂( CaO、Ca(OH)2、CaCO3和白云石(CaCO3·MgCO3))后的SO2和NOx的释放特性.结果表明:(1)煤燃烧时SO2的释放曲线和NO较相似,呈现2个析出峰;污泥燃烧过程中SO2和NO的释放规律一致,35 s时烟气中SO2和NO瞬时质量浓度达到峰值...     

CH_4对于尿素选择性非催化还原脱硝的影响研究

在加热的石英反应器中研究CH_4对于模拟烟气尿素选择性非催化还原(SNCR)脱硝过程的影响。结果表明:添加CH_4可使脱硝曲线向低温方向移动,提高低温下的脱硝效率及脱硝温度窗口宽度,但最佳脱硝效率略有降低,当CH_4添加比由0增大到6.0时,尿素SNCR最佳脱硝效率减少了近14百分点,最佳脱硝温度降低了200℃,当CH_4添加比为2.0时脱硝温度窗口宽度最大,为296℃;添加CH_4可以缓解尿素SNCR体系的NH_3、HNCO逃逸,NH3、HNCO的近零排放温度均下降约150℃,为控制CH_4逃逸,喷入CH_4时应尽量保证喷入处温度不低于850℃;添加CH_4会提高低温下尿素SNCR的N_2O生成浓度,因此低温下N_2O的排放问题要引起足够重视;温度低于1 000℃时,提高氨氮比可以增强CH_4对脱硝效率的促进作用,但高于1 000℃时则起抑制作用。     

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。     

富氧燃烧条件下燃煤NO_x排放的实验研究

以神华(SH)烟煤和晋城(JC)无烟煤为研究对象,利用一维沉降炉(DTF)开展了煤粉在O_2/N_2、O_2/Ar、O_2/CO_2和O_2/RFG 4种气氛下燃烧时的NO_x排放特性实验,研究了温度和氧浓度对NO_x排放特性的影响,探讨了富氧燃烧条件下导致NO_x排放降低的各个因素的贡献率的变化。结果表明:温度上升会导致燃料氮向NO_x的转化率增大;氧浓度的上升同样会导致转化率的增加,SH烟煤由于挥发分含量较大,受氧浓度影响较大;定量分析结果表明,富氧燃烧条件下导致NO_x排放降低的主要因素是循环NO_x的还原,占整体的50%以上;其次是高浓度CO_2气氛对NO_x的还原,约占20%~30%;而热力型和快速型NO_x的缺失对降低NO_x排放的贡献率不及20%。温度的上升对JC无烟煤各因素贡献率有较大影响;氧浓度的增加会导致SH烟煤各因素贡献率有明显变化。     

不同气氛下微米捕集器的离线再生

基于NO_2、NO_2/O_2以及O_3与PM的化学反应模型,探究了气氛对微粒捕集器(DPF)离线再生效果的影响。研究结果表明,NO_2/N_2的气氛下,PM的起燃温度为250℃,而在NO_2/O_2/N_2气氛下,PM的起燃温度降至150℃左右,但在O_3/N_2气氛下,PM可在低于100℃的再生温度下起燃。在3种气氛下,DPF的再生效率受再生温度的影响均较为明显。当再生温度较低(≤250℃)时,O_3/N_2气氛下,DPF的再生效果最好,且实现完全再生的时间最短;当再生温度较高(250℃)时,NO_2/O_2/N_2气氛下,DPF再生效果最好,且温度越高,实现完全再生的时间越短。在所选的再生温度范围内,O_3/N_2气氛下的壁面最大温度梯度峰值均高于NO_2/N_2和NO_2/O_2/N_2气氛,但远小于DPF安全的温度梯度极限。     

不同升温速率下城市污水污泥热解特性及动力学研究

利用差热-热重分析法和Coats-Redfern积分法,对杭州某污水处理厂污泥在不同升温速率下的热解特性及反应动力学特征进行研究。实验结果表明,热解温度从室温升至900℃时,污泥热解过程可分为4个失重阶段;升温速率对污泥热解转化率、挥发分析出温度以及最大失重率等热解特性参数都有显著影响。升温速率越高污泥最大失重率越大;而较低的升温速率延迟了污泥热解反应时间,导致污泥失重量相对较大。根据Coats-Redfern积分法计算结果,污泥在氮气氛围下的热解反应为二级反应模式。提高升温速率可显著增加污泥热解的表观活化能和频率因子。     

连续流同步硝化反硝化(SND)体系不同HRT对脱氮及N_2O释放特性的影响

采用连续流气升环流生物反应器,考察水力停留时间(HRT)对同步硝化反硝化(SND)体系下污泥聚集状态与脱氮及N_2O释放特性影响。对不同HRT下污泥的聚集状态及脱氮特性、N_2O释放速率和来源等进行了分析。结果表明,HRT的调控对污泥聚集体的形成及状态有重要影响。HRT为14、7和4 h下,反应体系内形成了以粒径区间0.2~0.45 mm、0.6~0.9 mm和0.2 mm占优的3种的污泥聚集体体系。HRT为7 h的条件下,污泥在保持良好脱氮效果(氨氮平均去除率、总氮平均去除率及SND平均效率分别为96.7%、56.0%和60.0%)基础上,可实现N_2O减量化释放11.1%(相较于HRT为14 h的条件)。3种条件下,N_2O释放的主要来源存在差异。HRT为14 h时,N_2O主要来源于AOB反硝化,其对N_2O的贡献为异养菌反硝化的1.1倍;HRT为7 h和4 h时,N_2O主要来源于异养菌反硝化,其对N_2O的贡献分别为AOB反硝化的1.1和1.3倍。     

活性炭纤维脱除二氧化碳的实验研究

采用活性炭纤维(ACF)作为吸附材料,研究了ACF对CO_2和N_2的吸、脱分离特性。结果表明,粘胶基活性炭纤维(V-ACF)和聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)对CO_2和N_2都表现出较好的吸附效果,其中V-ACF对CO_2和N_2的吸附系数高达9,说明ACF是很好的吸附分离材料。ACF对不同烟气浓度和温度下对CO_2吸附的结果说明,ACF对于高浓度CO_2更易于脱除;讨论了ACF在不同解析温度或时间对吸附的影响和ACF的热稳定性,结果表明,在较高解析温度或者较长解析时间下更加容易脱除CO_2,且再生时间短,最佳的解析时间为15 min。经过相同的多次实验,ACF的性能稳定,再生效率稳定在86%。     

干化污泥与煤矸石混合热解制可燃气的研究

以某污水厂市政污泥和3种不同产地(峰峰、新柏和山寨)的煤矸石作为研究对象,在实验室分别进行样品预处理后,使用管式电阻炉进行了热解实验。实验结果表明,污泥热解中加入矸石不改变污泥热解产生可燃气的规律。添加煤矸石后污泥热解产生的可燃气量会有所增加,而在污泥热解实验中加入煤矸石会对热解CO气浓度提高有促进,分析认为,部分原因...     

污水污泥在富氧环境下燃烧特性的实验研究

采用综合热分析仪研究了空气气氛和富氧气氛下污水污泥和煤的燃烧曲线,分析比较氧浓度对污泥燃烧特性参数的影响,并计算得到各工况下的动力学参数。结果表明：随着氧浓度增加,污泥燃烧DTG曲线向低温区移动,着火温度和燃尽温度均降低,综合燃烧指数大大提高,污泥燃烧特性得到改善。可用两段一级反应动力学模型来较好的描述污泥的主要燃烧过...     

镍基催化剂对污泥微波热解制生物气效能的影响

为实现污水污泥减量化、无害化及资源化的目标,在微波热解污水污泥基础上,进行了镍基催化剂对制取生物气效能影响的研究。采用元素分析对污泥元素进行检测,气/质联用分析(GC-MS)和气相色谱(GC)对热解生物气的组成和含量进行测定。实验结果表明,镍基催化剂的添加对微波热解污水污泥制取生物气有较大促进作用。5%添加量与800℃热解终温条件下具有最佳催化效果:生物气中H2、CO产量最大,H2产量由29 g/kg增加到35.8 g/kg,提升23.4%,CO产量由302.7 g/kg增加到383.3 g/kg,提升26.6%;同时催化剂还能提高热能利用效率,降低热解终温,即5%添加量在700℃热解终温时可达到空白800℃时的产气效果;镍基催化剂主要在500~600℃时发挥催化作用,加快了H2和CO的释放。微波热解污泥制取的生物气具有产量大、富含H2与CO等优点,可推动污水污泥的资源化进程。     

茉莉花茶废弃物的热解特性及其产物

为了探讨茉莉花茶废弃物的热解过程及温度对产物的影响,采用固定热解反应器和热重红外联用仪(TG-FTIR)对其进行了研究,结果表明,茉莉花茶废弃物解产生的固体量随温度升高而降低,气体产量随温度升高而增加,热解得到的液体量比例随热解温度不同而不同,表明茉莉花茶热解产物随热解温度不同而不同。热解产物主要有CO_2、水、醇及含C=C的有机物和生物焦固体。500℃下制得的生物焦比表面积较低,仅为0.720 9 m~2·g~(-1),经活化处理后的生物焦比表面积明显增大。经CO_2和H_2O活化后得到的生物焦的BET比表面积分别升至139.503 3 m~2·g~(-1)和122.527 6 m~2·g~(-1)。茉莉花茶热解的质量损失主要由于有机物挥发,用Coats-Redfern法对茉莉花茶废弃物热解过程进行模拟,得热解过程符合气体扩散模型,热解活化能约为60 kJ·mol~(-1);因此,气体扩散是茉莉花茶废弃物热解过程中主要的限制因素。     

微波干化热解湿污泥的失重和升温特性及残渣分析

为研究湿污泥的微波热解特性,将湿污泥与颗粒活性炭(微波吸收剂)以5∶1的重量比例均匀混合,在300~1 600 W区间取11种不同的微波功率进行热解,同时测量样品的重量和温度。研究表明,添加活性炭的湿污泥在微波功率小于400 W只能加热到90℃,完成污泥脱水。随着微波功率增大,样品失重加快,升温速率和最终温度都增大。微波功率大于800 W样品在1 000 s内加热到300℃,实现快速升温和热解。此时污泥升温有2个峰值,第1个在100℃左右代表水分析出,第2个峰值随着功率增大而提前,代表污泥残渣由于良好的微波吸收能力在微波下迅速升温。推测污泥介电损耗系数在微波加热过程中先因水分蒸发而减小,后因继续升温而增加,有效促进样品吸收微波和二次升温。污泥的重量消减率在微波功率大于600 W时保持在75%左右。污泥热解残渣的碳氢氮元素含量先受到水分析出,后受到低温裂解释放氨气和胺氮类的影响。     

O_2/CO_2气氛下市政污泥混煤燃烧及动力学特性

采用差示扫描量热法对市政污泥、神华烟煤和淮北烟煤单独及不同比例混合物在O2/CO2气氛下进行燃烧特性的实验研究,结果表明,市政污泥综合燃烧特性最好,神华烟煤次之,淮北烟煤最差;随着污泥掺混比例的增加,混合试样着火温度和燃尽温度提前,综合燃烧特性得到改善,但燃烧放热量减少。利用Freeman-Carroll法对淮北烟煤、市政污泥及两者混合物的燃烧动力学参数进行计算,得到市政污泥、淮北烟煤和神华烟煤的平均反应活化能E分别为48.34、68.32和51.47 k J/mol。