高低阶煤和小球藻的共热解特性研究

该文通过热重分析法研究无烟煤、褐煤和焦煤3种煤化程度不同的煤和小球藻在单独热解、两者混合热解时的热解特性,以及两者在不同掺混比情况下在热解过程中的相互影响。主要研究结果如下:(1)煤在单独热解时,热解失重量随煤阶的提高而降低,热解起始温度随煤阶升高而升高。(2)煤和小球藻混合热解的协同作用随着煤阶的提高而降低,低阶煤和小球藻的共热解在300～500℃内表现出明显协同作用。超出该温度区间小球藻会阻碍煤的热解,其中对焦煤的影响最严重。     

典型塑料与生物质废弃物的共热解技术及高值化利用

塑料和生物质废弃物量大面广.在碳中和背景下,共热解技术被认为是将塑料和生物质高质转化和高值化利用的一个有前途的途径,是经济模式由“线性”转化为“闭环”从而实现环境可持续发展的重要转变之一.本文以“用后即弃”的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料为代表,梳理了生物质与塑料共热解过程中的协同效应、影响协同效应的因素、共热解产物的高值化利用和共热解技术的环境意义,并对共热解技术在塑料和生物质废弃物资源化处置中的科学难题、技术瓶颈、政策缺失等进行展望.结果表明：相较于塑料或生物质单独热解,共热解可以显著降低热解过程中的能耗,提高热解产物的产量和品质.塑料和生物质废弃物在共热解过程中的协同效应是由于富氢塑料作为“氢库”向富氧生物质供氢,提高生物质热解产生的自由基的稳定性,促进共热解反应的彻底进行.原料类型及掺混比、热解温度、热解速率和催化剂的加入均对共热解的协同效应和产物分布产生显著影响,调整共热解技术中原料配比和热解条件可选择性制备目标产物.共热解产物包括生物质炭、生物油和热解气等,共热解显著提高生物质炭孔隙结构和稳定性,增强其固碳和减排性能;此外,共热解能够增强热解气和生物油的热值和稳定性,综合提高热解...     

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 k J/mol,低于稻壳单独热解的平均活化能41. 45 k J/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。     

电子废弃物中的废塑料热解特性研究

选取电脑电路板上三种典型电子元器件(并行通信口、插槽、电路板)中的废塑料,研究不同的升温速率和成分对样品热解的特性影响及其动力学分析。在氮气气氛下进行热解实验,温度从室温升到1000℃,升温速率分别设为10,20℃/min。研究结果表明,并行通信口、插槽和电路板中塑料的失重有相似的变化趋势,且随着升温速率的变化,达到最高热解速率时所对应的温度也发生变化,其中电路板中塑料的失重率最小,并行通信口中塑料的失重率最大。热解速率随着升温速率的提高而增大,在不同的升温速率下,同一样品的热解剩余物质量分数基本一致。电路板中塑料的含碳量高于并行通信口和插槽中的塑料含碳量,并通过动力学研究得出电路板中塑料的活化能最小。     

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。     

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。     

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。     

污泥与稻秆共热解对生物炭中碳氮固定的协同作用

为了研究共热解对生物炭中碳氮固定的协同效应,利用管式固定炉开展了不同热解温度(300~700℃)下的污泥与稻秆单独热解及其共热解(泥秆质量分别为1∶3、1∶1、3∶1)试验研究.结果发现,污泥和稻秆共热解并不是两种物料单独热解贡献的简单叠加.共热解对生物炭产率无协同效应,但对固定碳产率的协同性受共热解条件影响较大.在相同热解温度下,1∶3和3∶1泥秆比共热解生物炭中的碳和氮含量协同量化值均明显大于1∶1泥秆比下的协同量化值,碳和氮元素含量协同量化值分别在热解温度和泥秆比为(400℃、1∶3)与(400℃、3∶1)时达到最大值12.43%与40.65%.碳和氮固定率协同量化值随热解温度的升高而增加,最大分别为53.77%~56.13%和38.30%~39.12%,说明共热解可显著提高生物炭中碳和氮元素的固定水平.除3∶1泥秆比共热解生物炭中H/C原子比大于理论值,对降低生物炭的芳香度与饱和度具协同作用外,其他共热解条件下的H/C、(O+N)/C、O/C原子比均小于理论值,对提高生物炭的稳定性具明显的协同促进作用.污泥与稻秆在泥秆比1∶3、1∶1与3∶1下共热解,提高协同效应的方式分别为促进脱氧去氢反应、去氢反应与脱氧反应.该研究结果可为生物炭在碳氮封存减排中的应用提供新的工艺途径.     

污泥与磷酸二氢钙共热解对残渣特性及Cr稳定性的影响

污泥中不稳定Cr的存在严重威胁环境安全和人体健康。利用正交试验方法优化Ca(H₂PO₄)₂与污泥的混合比、热解终温、升温速率和停留时间,分析其对残渣特性及Cr稳定性的影响。结果表明:热解使污泥中的CH₂基团、脂肪族硝基-NO₂和硫酸氢盐分解。在添加Ca(H₂PO₄)₂后,残渣中出现了磷酸PO基团、磷酸二氢盐PO₂基团和磷酸盐PO₄基团。Ca(H₂PO₄)₂在共热解过程中转化为Ca(PO₃)₂,同时Cr在残渣中会形成Cr₂(SO₄)₃晶型化合物。当Ca(H₂PO₄)₂与污泥的质量比为15%、热解终温为650℃、升温速率为15℃/min、停留时间为90 min时,Cr的残渣态(F4)比例最高。此外,添加15%或30%的Ca(H₂PO₄)₂共热解后,残渣中Cr浸出浓度满足GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中Ⅳ类水质要求,表明添加Ca(H₂PO₄)₂共热解可促进污泥中Cr的稳定化。     

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.      

煤与废塑料共焦化技术可行性分析以及在冶金工业中的应用

综述了目前废塑料的处理方法和存在的问题以及在国外冶金中的应用,结合煤与废塑料共焦化的研究现状,对煤与废塑料共焦化的可行性做了分析,指出了我国今后在此方面的工作重点以及进行这方面研究的意义。     

废塑料与炼焦配煤共焦化产物的分析

利用2kg模拟焦炉，进行了首钢炼焦配煤与北京市石景山区生活垃圾中的废塑料的共焦化实验。研究结果表明，添加废塑料有提高焦油收率和减少水的收率的趋势；但添加废塑料对成焦率、焦油产率及水产率的影响随废塑料处理方法和废塑料添加比例的不同而有差异；采用废塑料型煤或废塑料型煤破碎物与配煤共焦化在提高废塑料添加比例方面具有较大优势。     

自燃煤矸石山内部温度拟合研究

了解煤矸石山内部温度的变化对煤矸石山自燃深度的测算以及煤矸石山自燃的预防具有重要的作用。分析了王庄煤矸石山温度探测试验的数据,采取合适的拟合方法,建立温度拟合模型,揭示出自燃煤矸石山内部温度的变化趋势,进而为下一步的灭火工作做好准备。通过模型的比较、验证,证明研究最后得到的基于一元二次函数和指数函数预测模型是切实可行的。     

煤矿矸石山自燃监测预警系统的开发

研究的矸石山自燃监测预警系统由数据采集系统、无线数据传输系统和监测预警系统构成,可以通过对矸石温度的在线监测,依据温度场特征预测矸石的自燃趋势,判断自燃区域位置,有实用、先进、简单易行、便于维护的特点,具有较高的应用价值。     

煤与城市生活垃圾高温炭化处理技术

综合论述了目前国内外城市生活垃圾处理技术现状,分析了各类技术的优缺点及应用范围。结合我国城市生活垃圾的特性,提出了今后我国城市生活垃圾应走综合处置和清洁能源化为主的道路。通过不同处理方法和技术的分析比较,提出了利用传统焦化工艺系统来实现煤与生活垃圾高温炭化处理的技术思路。     

菌根生物技术在大武口洗煤厂矸石山绿化中的应用初探

介绍了菌根生物技术在煤矸石山绿化中应用的可行性，并以干旱地区的宁夏太西集团有限责任公司大武口洗煤厂煤矸石山绿化为例，探讨了菌根生物技术应用的方法和效果。研究表明：干旱地区煤矸石山绿化覆土栽植是必要的，接种菌剂能促进植物生长，在立地好的区域侵染率达90％，有推广应用的潜能。     

植被恢复对矸石山生态环境效应影响研究

以兴隆庄煤矿绿化矸石山和裸露矸石山为研究对象,研究了植被恢复对矸石山生态环境效应的影响.结果表明,植被的恢复重建了矸石山生态系统,改善了矸石山生态环境:气温平均降低3.7℃、空气相对湿度提高了7.1%,矸石山近地层SO2、NOx和TSP粉尘日均浓度分别降低了0.1471 mg/m3,0.0004 mg/m3 0.0389 Mg/m3矸石山植被的恢复增加了矸石山土壤比重,降低了土壤容重、提高了土壤有机质含量.     

纸类和塑料类生活垃圾共热解交互作用的热重研究

采用热重实验方法对纸张和不同塑料共热解的协同作用进行了研究。实验结果表明:纸巾和不同种类塑料共热解时,会产生不同程度的交互作用,与线性加权实验结果相比,偏离程度由大到小依次为PVC>PP>PS>HDPE>LDPE>塑胶。其中,纸巾/PVC的偏离高达58.4%;纸巾和LDPE、HDPE,以及塑胶的交互作用则可以忽略不计。纸巾/PVC、纸巾/PP、纸巾/PS共热解的交互作用分别发生在纸巾、PP、PS的热解阶段,这3种组分相应的热解特征参数及动力学参数发生了变化,需要修正。     

焦化厂工业废水制备水煤浆的研究

研究了用焦化厂三种工业废水制备水煤浆并与自业水制备的水煤浆的性能进行了比较，结果表明，用三种工业废水可以制备出性能较好的水煤浆，而且，某些废水制出的水煤浆在性能上，特别是稳定性上好于用自来水制出的水煤浆。     

利用硝化细菌对煤矿固体废物生态毒性的检测

主要研究了在水或不同酸性条件下，徐州某矿矸石和煤泥可提取成份对硝化细菌硝化作用强度的影响。结果表明，矸石和煤泥在不同酸性条件下的可提取成份对硝化作用强度均产生不同程度的抑制作用，提示本方法在反映煤矿固体废物生态毒性方面有一定检测作用。