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。     

生物质废弃物快速热解制取富氢气体的实验研究

采用管式炉对红松锯屑快速热解制取富氢气体进行了实验研究,分析了反应器温度、物料粒径和催化剂对热解产物组成的影响.结果表明高温能加快生物质快速热解进程,减少炭和焦油生成量,利于富氢气体的生成,800℃时气态产物比例可达56.9 wt.%,气态产物中H2体积分数由4.3%(500℃下)上升至17.2%,H2 CO体积分数达68.3%.小粒径能增大热解气态产物的比例,但对气态产物组成的影响很小,这可能与红松锯屑本身质地疏松有关.以与生物质直接混合方式添加的煅烧白云石能使热解产物中H2含量增加,但造成产气过程变缓,炭生成量增多,富氢气体总产量未能得到提高.     

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。     

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。     

污泥连续式微波热解制备生物气

采用升温迅速的微波能作为热源,利用自主设计微波设备对含水率为82%(m/m)的湿污泥进行高温热解实验。采用单因素实验法,探究热解终温、停留时间、活性炭添加量对污泥热解生物气组分和含量的影响规律,确定连续式运行的最佳工况条件:热解终温900℃,停留时间50 min,活性炭添加比例为30%,热解功率1 600 W;在此基础上进行连续12h微波高温热解实验,共热解污泥56 kg,产生生物气32.26 kg,热解油10.98 kg,固体残渣12.66 kg,产气转化率高达57.8%,生物气组分H_2+CO含量高达67%,热解产物具有良好的工业利用价值。污泥热解生物气中H2S浓度超标10倍以上,而NH_3浓度未超标,硫化氢的去除技术研究值得关注。     

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。     

食用菌废菌棒热解的产物分布与机理解析

我国食用菌废菌棒产生量大,利用率低,对环境污染严重,需要妥善处理。为制备高品质能源,在500～800℃温度范围内快速热解废菌棒,分析产物特征,解析热解机理。热解温度从500℃上升到800℃时,废菌棒的热解气质量分数从18.44%上升到50.45%,焦油的质量分数从49.06%下降到23.72%,生物炭的质量分数维持在30%左右,废菌棒的质量减量化率超过2/3;同时,热解气中H_2、CO、CH_4含量均有上升,CO_2含量下降;焦油组分向更稳定的苯系物转变;生物炭炭化效果增强。研究结果表明,700℃为最佳热解温度,经过120 s即可反应完全。高温可以破坏羟基的结构,使其发生脱氢反应,碳氢键较早断裂,伯碳和仲碳大量裂解并迁移至焦油和热解气中,羰基在高温下迅速断链。     

污泥-秸秆活性炭制备过程热化学分析

以市政污泥和玉米秸秆为原料,氯化锌为活化剂制备活性炭,采用BET、TG/DTG和DTA等方法对其性能进行分析。结果表明,秸秆添加量(质量比)为30%时活性炭吸附效果最好,热解分为水分析出、挥发分析出和终态稳定3个阶段,热解过程为放热反应,热解1 kg干基原料(秸秆质量比为30%)得到热解气、热解液和残炭的能量分别为1 880.49kJ、8 354.22 kJ、2 301.84 kJ,剩余能量为11 502.53 kJ。     

生活垃圾和玉米秆混合热解动力学及产物分布

为探讨生活垃圾和玉米秆共热解过程中的协同关系和产物分布,采用热重分析仪对生活垃圾、玉米秆及其混合物进行了热解实验研究,并进行动力学计算。结果表明,混合热解可分为脱水、热解、炭化、焦催化气化4个阶段,前3个阶段与单独热解过程类似,第4个阶段与单独热解相比失重明显增加,表明混合热解过程中存在协同效应;混合物热解的实际活化能为28.492 k J/mol,低于单独热解及其混合物热解理论活化能,可见混合热解利于热解反应进行。为明晰混合热解对热解反应的促进作用,利用固定床热解实验,研究了混合比例对产物产率和热解气各组分产率的影响。结果表明,在不同混合比例下,固液实际产率低于理论值,而气体实际产率则比理论值高;混合物料热解气中H2、CH4、CO2产量均高于其理论值,而CO产量却相反,低于其理论值。     

炼焦煤尾煤催化热解制取富氢燃料气

以炼焦煤原煤、尾煤为研究对象,采用微量热重、常量固定床实验装置对其在热解过程中的质量变化和气相产物进行了对比分析。考察了温度、6种催化剂（CaO、MgO、Fe、Ni、NaOH、A1）及其添加比例对炼焦煤尾煤热解制取富氢燃料气的影响。结果表明,尾煤中富集的无机矿物质对热解制取富氢燃料气有促进作用,单位尾煤热解H2产率要比原煤高出1．93％。温度是影响尾煤热解产气的重要参数,热解终温的上升有利于H2产量的提高,随终温800℃升高到950℃H,产量增长了32．59mL／g。在催化热解实验中,除Al和MgO对尾煤热解有抑制作用外,CaO、Fe、Ni及NaOH均对尾煤热解产H2有促进作用,以CaO和Fe效果最为明显。并且不同添加比例的CaO和Fe对热解制取富氢燃料有一定的影响。     

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。     

药渣与煤共热解动力学模型及逸出气红外特性分析

利用TG-FTIR对红霉素药渣、烟煤及共热解过程及热解产物进行分析,研究了添加药渣对烟煤热解过程的影响。在40种固相反应机制函数中,采用Freeman-Carroll积分法推断药渣、烟煤单独热解及共热解过程的最佳反应机理函数,结果显示,药渣单独热解及共热解过程符合Avrami-Erofeev方程(n=4)模型,而烟煤的3个热解阶段分别符合反Jander方程、Avrami-Erofeev方程(n=4)、Jander方程三维扩散(n=2)模型;对共热解ln A与E分析,表明共热解过程存在动力学补偿效应。对共热解逸出气的红外分析表明:药渣单独热解及共热解过程除CO2、CO气体逸出外,还有部分醛类、酮类、羧酸类、酯类等小分子物质逸出,而烟煤单独热解气体主要成分为CO2、CO和CH4;药渣的添加使可燃气体逸出增多,有利于热解气溢出到燃烧后期燃烧室的预混燃烧,扩散混合条件大大改善。     

初始温度对废轮胎热解的影响

以管式炉热解实验和热重分析为基础,研究了初始温度对废轮胎热解产率及气相产物特性影响。结果表明,初始温度对废轮胎的热解存在重要影响。热重分析结果表明,废轮胎的热解过程存在2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;可通过提高升温速率能够缩短热解反应时间。在初始温度低于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和CH4的含量高于初始温度小于100℃时的含量;分析认为,可以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℃。     

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。     

印刷线路板废弃物的热解与动力学实验研究

分别应用管式炉反应器和热重分析手段对印刷线路板废弃物的热解行为和热解动力学进行了实验研究.在管式炉中,研究不同的热解温度:700～950℃,对产物分布和气体成分分布的影响.实验结果表明:PCB热解气体的主要成分是H2和CO2,气体的热值较低,仅为2.09～5.41 MJ/m3,PCB不适合以气体产物为目标的能源利用方式.应用Friedman方法对PCB的热解动力学进行了研究,求得PCB的热解动力学参数分别是:表观活化能190.92 kJ/mol,反应级数5.97,指前因子lnA47.14 min-1.     

铁盐对污泥飞灰共热解产物浸出浓度的影响研究

采用热解法,研究了不同铁盐种类及添加量时污泥与飞灰共热解产物的重金属浸出浓度,同时对污泥飞灰的混合比例进行进一步讨论以确定经济有效的新型处置工艺。结果表明:整体上,不同铁盐对Cd、Pb、Cu和Zn浸出的影响差异显著;单独添加Fe_2(SO_4)_3时,热解炭中Cd、Pb、Cu和Zn浸出浓度比单独FeSO_4时低约67.8%、31.0%、62.8%、45.8%。添加Fe_2(SO_4)_3使Fe添加量为干污泥质量的0.5%时,可以有效降低大多数重金属的浸出浓度。污泥飞灰的混合比例对As、Cd、Pb和Zn浸出的影响差异显著。热解温度为500℃,干污泥∶飞灰质量比为2∶1时,加入Fe_2(SO_4)_3(Fe添加量为干污泥质量的0.5%)后,热解炭可在生活垃圾填埋场中填埋。     

含油污泥微波热解工艺条件优化现场实验研究

采用自主设计的30 kW大功率微波设备开展了含油污泥微波热解的现场实验,考察了吸波剂种类和添加量、热解终温、微波辐照时间、污泥处理量等对微波热解处理效果的影响.结果表明,污泥热解残渣可以作为吸波剂提高含油污泥的微波热解处理效果,综合考虑热解效果和成本,其较佳的添加量为5％(质量分数),此时污泥的除油率可达99.84％;随着热解终温的升高,污泥的除油率逐渐升高,当热解终温达到500℃时,处理后污泥的含油率降为0.200％(质量分数,下同),满足《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)的限值标准(石油类限值为0.3％(质量分数));微波辐照时间对含油污泥的热解效果影响较显著,当微波辐照时间达到180 min时,处理后污泥含油率仅为0.230％;含油污泥处理量低于20 kg/次时,单位质量含油污泥完成热解消耗的电量随着处理量的增加而减少,而超过20 kg/次时,耗电量随着处理量的增加而增加,因此本实验所用设备较经济的含油污泥处理量为20 kg/次.     

印刷线路板废弃物的热解与动力学实验研究

分别应用管式炉反应器和热重分析手段对印刷线路板废弃物的热解行为和热解动力学进行了实验研究。在管式炉中，研究不同的热解温度：700～950℃，对产物分布和气体成分分布的影响。实验结果表明：PCB热解气体的主要成分是H2和CO2，气体的热值较低，仅为2．09～5．41MJ/m^3，PCB不适合以气体产物为目标的能源利用方式。应用Friedman方法对PCB的热解动力学进行了研究，求得PCB的热解动力学参数分别是：表观活化能190．92kJ/mol，反应级数5．97，指前因子lnA47．14min^-1。     

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。     

微波辐照热解废印刷电路板产物的分析研究

为了减少电子废弃物对环境的危害,实现其资源化回收利用,研究了微波辐照热解废印刷电路板的效果,并采用红外光谱、气相色谱质谱和X荧光光谱等方法对热解产物的组成及性质进行了分析.结果显示:微波热解得到的气体、液体、固体的产率分别为7%～33%、26%～45%、31%～51%,其中气体主要由CO、CO2、H2及有机烃类组成,可燃性气体占70%(体积分数)左右,可作为燃料气加以利用;液体分为水相及油相,经常压蒸馏后得到的120～250 ℃馏分主要为单酚化合物,苯酚高达50%(质量分数)左右,甲基苯酚和邻甲基苯酚为25%(质量分数)以上,是良好的化工原料;固体中除炭外,还含有许多金属如铅、锡和铜等,可以回收利用.说明微波热解技术处理电子废弃物可实现资源化回收利用.