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．     

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 k J/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...     

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。     

湿污泥热解制取富氢燃气影响因素研究

采用管式炉热解装置,在700～1000℃温度范围内对不同含水率的生物污泥进行中高温常压热解实验,研究了加热模式、热解终温、物料含水率及升温速率对热解产物产率及气相产物组成的影响规律.结果表明:待温度达到设定温度后,迅速将物料送入反应区的加热模式有利于得到高品质燃气;高温能减少固体碳和焦油的生成,促进富氢气体产生;同时,随着物料含水率的增加,氢气体积分数从17%提高到36%,当含水率为84%时,H2+CO的含量(体积分数)达到最大值;提高热解升温速率能使气相产物产率得到相应增加.湿污泥在高温条件下进行的快速热解过程,一次性完成了污泥干燥、热解和气化,更有利于氢气组分和其他可燃气体的生成,所得气体热值高达12MJ.m-3以上.     

污水污泥低温热解技术工艺与能量平衡分析

针对一次给料稳定运行污泥热解系统制取三相产物的工艺展开分析,并基于能流图、能源回收率、能耗比等方法和衡算指标讨论该工艺的能量平衡关系。研究发现:热解产物的产率和热值高低受热解终温影响最大,反应时间次之,升温速率最小。不同工况条件下热解过程热量损失具有明显差别,热解停留时间长、升温速率低都造成输入能量、热损失增大。热解过程能量平衡分析也验证了以制取气相产物为目标的污泥热解工艺条件的回收率和能耗比最高,分别为0.94和1.73;与高产出液相油的热解过程相比,产物总能量相差不多而系统消耗的能量能够减少35%。从能源回收、节约能源角度分析,污泥低温热解制取可燃性气相产物的工艺系统具有较高应用价值。     

热解析-脉冲低温等离子体集成系统脱汞研究

热解析-脉冲低温等离子体集成处理系统是专门针对典型含汞废物安全处置而开发的,可以同时有效控制汞等多种复合气体污染物。通过检测热解炉后烟气中和等离子体反应器入口、出口气体中Hg0和Hg2+浓度,研究汞的价态转化及添加剂对脱汞效果的影响。结果表明:热解烟气中Hg2+/HgT为17%~45%,Hg0/HgT为55%~83%,热解温度主要影响汞价态分布,WMC添加量主要影响汞浓度值;加入添加剂会促进汞的脱除,但添加剂过量不利于汞的氧化;热解炉中添加50 g WMC和5 g升华硫添加剂时,反应器内Hg0氧化率和总汞损失率分别可达55%和42%。该研究可以为探索新型含汞废物处置工艺,实现含汞废物深度净化提供新思路。     

流化床污泥热解实验及产物性质研究

采用流化床反应器对城市污水污泥在400~600 ℃及800~950 ℃温度区间内进行了热解实验.结果表明,污泥受热升温过程经过干燥脱气、分解解聚和裂解缩聚3个阶段,在此过程中发生复杂的化学反应,生成热解气、焦油和半焦.热解温度为550 ℃时液体产率达到最大值,为50.35%,热解气产率在950 ℃时为51.58%,半焦产率随着热解温度升高而逐渐降低,950 ℃时为36.92%.污泥低温热解焦油含有较高百分含量的脂肪族碳氢化合物和类固醇类化合物,经加工可作为液体燃料利用,高温热解焦油可提取多种化工原料.热解气可作为合成气或燃烧利用.     

焦油模型物与木屑共热解产物分布规律研究

利用甲苯和乙酸为焦油模型物,以杉木屑为原料,在一级固定床反应系统中进行共热解实验,以实现木屑热解最大化脱除焦油产气,并探讨不同温度下共热解产物分布规律及产物之间的协同作用。结果表明,与木屑单独热解相比,木屑与甲苯、乙酸共热解产生的协同作用呈现出优越的焦油脱除效果。尤其,木屑与甲苯共热解可有效地将焦油产率减少81.47%,从焦油组分来看,含氧类化合物在共热解过程中不能有效脱除,而芳烃类化合物在热解过程中易通过高温共热解脱除,乙酸与木屑共热解的协同作用较甲苯强度稍弱。共热解产物产率变化受温度影响显著,其变化规律与纯木屑单独热解一致,热解温度升高对半焦、焦油的抑制效果增强,为焦油脱除及高效转化提供了理论基础。     

含油污泥-煤混合燃料燃烧特性研究

利用热重分析法研究了含油污泥-煤混合燃料在不同条件下的燃烧特性,分析了不同配比下混合燃料的挥发份析出特性、着火特性和燃尽性能。研究表明:不同配比混合燃料的燃烧阶段都可分为100~450℃和500~800℃2个温度区间;升温速率对混合燃料燃烧曲线影响不大;混合燃料的燃尽温度从空气条件下的800℃降低到富氧80%条件下的600℃,燃烧曲线向低温侧移动。混合燃料的挥发分初析温度从单煤时的410℃迅速降低到油泥含量40%时的200℃,煤中继续掺入油泥混合燃料,挥发分初析温度变化不大;随油泥含量增大,混合燃料的着火温度逐渐从510℃降低到275℃,燃尽温度逐渐从900℃降低到605℃,燃尽时间逐渐从60 min降低到41 min;混合燃料的油泥含量为40%时,稳燃特性指数最大。因此,混合燃料具有较好的燃烧特性。     

基于Aspen Plus的MSW气化熔融工艺全流程模拟研究

城市固体废物（MSW）气化熔融工艺能够减少二噁英的生成和熔融固化重金属,是一种清洁高效的固体废物处理方式。已有研究多针对MSW的热解特性以及污染物的生成与排放,而对气化熔融工艺系统模块之间的影响和各反应器间物质流、能量流的联动变化过程研究不足。利用Aspen Plus模拟平台,基于吉布斯自由能最小化原理,对MSW气化熔融工艺进行了全流程模拟研究,分析了垃圾干燥温度、垃圾含水率、气化温度、气化介质以及灰熔点对工艺流程节点参数、物质流和能量流的影响,并提出了优化的工艺流程和运行参数。结果表明：在垃圾热解模拟时,垃圾含水率为9%,通过烟气循环能达到能量自给;在相同条件下,以水蒸气作为气化介质的气化效率最高,且在气化温度为850℃,水蒸气当量比为50%时,达到最佳工艺效果;当气化后产生的焦炭在熔融炉内燃烧刚满足灰熔点温度时,灰熔点的升高使气化剂比例、气化气有效气体摩尔流量和碳转化率不断降低。不同工况下的物质流、能量流的变化对实际工程具有指导意义。     

温度对生活垃圾可燃组分连续热解的影响

采用外热式移动床热解反应系统进行生活垃圾(MSW)可燃组分的连续热解,研究了热解温度对热解产物的影响规律.结果表明,实验系统运行可靠,质量平衡误差为10.28%~12.15%.温度越高,热解反应越充分,93.49%的挥发分在500℃之前析出,600℃时仅2.03%的挥发分未析出,热解过程基本反应完全.热解温度由400℃升高到600℃时,产物组成中,固体产物由58.26%减少为28.48%,液体产物由26.08%增加到32.30%,气体产物由15.65%增加到39.22%;热解气成分呈现出不同的变化趋势,在标准状态下,热值由5.5×104kJ/m3 减少到3.4×104kJ/m3,密度由1.83kg/m3 减少到1.35kg/m3;固体产物的能量由76.75%降低至26.57%,挥发相产物的能量由23.25%升高至73.43%.     

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.      

油墨污泥热解实验及能量平衡分析

油墨污泥作为危险废物,实现其低成本减量化、无害化处理处置具有重要意义。采用固定床反应器对油墨污泥在500～900℃内进行了热解实验,研究了油墨污泥热解产物的特性,并分析了其低成本处理处置的可能性。结果表明,实验用油墨污泥挥发性有机物含量高达60. 43%,热解后干污泥减容率可达55%～62%。含水率约80%的污泥经干燥、热解后,固体减容率达到90%,且固体残渣浸出毒性小,可安全填埋。随着反应温度的升高,气体产率增加,热解残渣产率减小,在500℃时气体、热解残渣产率分别为21. 7%、48. 5%,900℃时分别为44. 3%、37. 4%; 600℃时焦油产率最高,达到30. 5%。根据800℃下热解结果进行了能量平衡分析,结果表明:焦油和气体燃烧产生的能量可满足含水率65%的污泥干燥和热解所需,从而实现污泥热解过程的能量自给。     

生活垃圾低温热解过程二噁英控制试验

针对垃圾热解烟气中二噁英排放不达标的现象,在分析垃圾热解机理及二噁英产生机制的基础上,提出了定量供氧、分层控制二噁英的方法;并采用数值分析和试验测试相结合的方法,对炉内气流组织及垃圾热解过程进行模拟分析。结果表明：热解炉内部气流整体分布较为均匀,能够保证垃圾稳定热解。热解炉沿轴向方向上存在温度分层,与理论分析结果一致,但燃烧层与热解层之间的过渡层存在二噁英合成气氛;热解炉温度实测结果与模拟结果整体吻合较好;空气过剩系数为0.3时热解炉运行情况更有利于减少二噁英的产生。现场试验发现,热解炉出口烟气中除颗粒物浓度超标外,其余常规污染物及二噁英排放浓度均满足GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》;而市面上常见炉型二噁英出口浓度为0.44 ng-TEQ/m³,超过GB 18485—2014限值0.1 ng-TEQ/m³;2种炉型试验结果对比证明,在热解炉布气均匀的基础上,通过定量供氧、分层控制的方法可以有效抑制烟气中二噁英的生成。该成果可为生活垃圾低温热解过程二噁英的控制提供理论参考。     

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℃。     

磷酸对八宝景天热解过程中As、Pb迁移转化的影响

本文利用管式炉在不同温度下对八宝景天进行直接热解和磷酸预处理热解,研究了As、Pb的迁移特性和形态分布.结果表明：生物炭中As的回收率随温度升高波动,Pb的回收率随温度升高先增大后减小,As、Pb的回收率均在500℃时达到最大,分别为66.2%和73.08%.添加8%磷酸后As、Pb回收率在一定温度范围内增加,并在300℃时达到最大值,分别为83.75%和92.78%.热解温度由300℃升到600℃时,生物炭中As的稳定形态（F4+F5）由不足20%增加到70%左右,Pb的最稳定形态（F5）由3%增加到32%.添加8%磷酸热解后,生物炭中As的稳定性小幅增加,500和600℃时F5分别增加20%和5%;Pb的稳定性显著增加,（F4+F5）均达到90%以上.磷酸添加量对重金属形态分布无明显影响.实验结果表明采用磷酸预处理用于修复植物热解可提高生物炭中重金属As、Pb的回收率及稳定性,并可降低其生态风险指数.     

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。     

制备工艺对nZVI/污泥基生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响

以市政污泥为原料、纳米零价铁(n ZVI)为添加剂,采用热解法制备污泥生物炭,考察了n ZVI添加量、热解温度和升温速率对生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响。结果显示:高n ZVI添加量、高热解温度及低升温速率可提高稳定态(BCR法) Zn、Cu和Pb的含量;高n ZVI添加量可促使Zn、Cu和Pb向可氧化态转化,而高热解温度和低升温速率有利于残渣态Zn、Cu和Pb的生成;最优n ZVI添加量、热解温度和升温速率分别为2000 mg/kg,800℃和4℃/min。此外,当n ZVI添加量为800 mg/kg、热解温度为800℃和升温速率为2℃/min时有利于降低Zn、Cu和Pb的生态风险; Zn、Cu和Pb总体生态风险等级分别为低风险、低风险和无风险,与Cu和Pb相比,Zn的生态风险较高;以RI值为评价指标,n ZVI/污泥基生物炭的优化制备工艺为:n ZVI添加量为200 mg/kg,热解温度为800℃,升温速率为5℃/min。     

基于烟气加热的新型垃圾热解气化炉热工特性数值模拟

为了解新型烟气加热的垃圾热解气化炉运行时的热工状况,采用实验研究与理论模拟相结合的方式,在实验室电炉热解梧桐落叶,采用烟气加热方式的热解气化炉热解粗破碎梧桐落叶的中试实验获得的初始数据的基础上,运用CFD计算软件模拟烟气加热的垃圾热解气化炉内部温度场,模拟结果与实验结果相吻合。结果显示:该炉型热解气化室内部温度分布合理,稳定的高温段分布较广,能为垃圾的热解气化提供必要的热能。同时模拟连续进料条件下热解室的内部温度分布情况,为设备的改进提供指导作用。     

生物质慢速热解工艺的新探讨

慢速热解作为生物质气流床气化的前处理工艺在国内为首创。慢速热解方法不仅可以脱除生物质内的氧元素提高能量密度,而且可以改变生物质的物性有效解决生物质气流床气化过程的输送问题。文章分析了不同生物质种类热解后固体产物、液体产物和气体产物的特性,并且粗略衡算了热解过程的吸热量。结果表明:在热解温度<500℃时,液体产物和气体产物的热值随着热解温度的升高而增加;为得到高固体产率和能量产率的半焦作为气化原料,热解温度不宜>500℃;从能量衡算角度分析而得,热解过程的吸热量很少。