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.     

温度对城市有机垃圾热解焦油成分的影响

以城市有机垃圾热解焦油为对象,研究了不同热解终温下(600~800℃)焦油的特性及其随温度的变化规律.结果表明:随着热解终温从600℃升高至800℃,焦油中C含量从74.49%增至83.42%;焦油的芳香化程度高于原料而低于热解炭,焦油的极性低于原料和热解炭,随着热解终温的升高,焦油的H/C和O/C逐渐降低;多环芳烃(PAHs)是焦油的主要成分,随着热解终温从600℃升高至800℃,其含量从54.06%增至83.45%;萘及其衍生物是焦油PAHs的主要成分,其含量在热解终温600、700、800℃时分别占PAHs的50.72%、46.80%、39.26%.研究结果证明了垃圾热解焦油可用作碳基复合材料和作为制备染料、树脂、溶剂、驱虫剂等的原料.     

垃圾RDF的气化特性

采用自制的气化装置对垃圾RDF进行了气化实验。垃圾RDF在200⁹00℃温度下气化时,瞬时产气量出现先升高、后下降、再升高又迅速下降的趋势,2个瞬时产气高峰分别为500℃和800℃。当气化温度在400℃以下时,除CO外,各种可燃气体的含量均很少。随着气化温度的升高,底渣含量逐渐降低,焦油的产率逐渐增加,产生的各可燃气体的体积分数和热值也增加,当热解温度达到900℃时,可燃气体的热值达到最高,为28MJ/m3,底渣含量最低,仅为12%左右。焦油在600900℃温度下气化时,瞬时产气量出现先升高、后下降、再升高又迅速下降的趋势,2个瞬时产气高峰分别为500℃和800℃。当气化温度在400℃以下时,除CO外,各种可燃气体的含量均很少。随着气化温度的升高,底渣含量逐渐降低,焦油的产率逐渐增加,产生的各可燃气体的体积分数和热值也增加,当热解温度达到900℃时,可燃气体的热值达到最高,为28MJ/m3,底渣含量最低,仅为12%左右。焦油在600⁷00℃达到最高值,为40%左右。     

PVC热解过程中HCl的生成及其影响因素

采用热重分析仪(TG)对聚氯乙烯(PVC)的热解特性进行研究.在不同条件下进行PVC热解制取氯化氢(HCl)实验,研究载气流量、入料量、热解时间和热解温度对氯化氢产率的影响,得出最佳热解条件;采用离子色谱(IC)、气相色谱(GC)、气质联用仪(GC-MS)对热解产物进行化学分析,揭示PVC热解制取HCl过程的反应机理.结果表明:PVC热解制取氯化氢的最佳热解条件为载气流量100mL/min、热解时间30min、入料量1.2g和热解温度400℃;PVC热解存在2个失重阶段,即260~320 ℃和390~600 ℃;随热解温度升高,焦油产率由0.95%升高到20.29%、HCl产率由25.69%升高到53.76%,而半焦产率则由54.39%下降到11.27%、气体产率变化范围为9.09%~18.97%;当热解温度低于400 ℃时,气体组分仅检测到H2、C2H4、C3H6;当热解温度高于400 ℃时,检测到的气体组分为H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8;随着热解温度的升高,焦油组分中不稳定组分逐渐转化为稳定组分.PVC热解制取HCl的第1反应阶段主要是脱除HCl的链式反应,同时生成少量的苯等芳香族化合物及环烷烃等有机化合物;第2反应阶段主要为少量HCl生成、焦油的结构重整、分子重排、脱苯环和同分异构化等.     

污泥水蒸气气化焦油化学组分的分布特征

通过GC-MS分析,研究了气化温度和气料比S/B（水蒸气与污泥的质量比）对污泥气化焦油中芳香烃、含氮化合物、含氧化合物和含硫化合物分布特征的影响变化规律.结果表明：污泥气化焦油中芳香烃的化学组分主要为菲类、萘类、芴类和联苯类化合物,其中S/B值1.1、1.5和1.9时菲类和萘类化合物的产率在850℃均达到最大值,S/B值1.5和1.9时芴类产率随气化温度的升高而呈先升高后降低,而800℃时联苯类产率则随S/B值的增加而呈先升高后降低,其最高产率为1.284g/kg.含氮化合物以吲哚类化合物为主,其产率在S/B值为1.5和1.9时均随气化温度的升高而呈降低趋势;含氧化合物中主要为酚类化合物,其产率在750℃时随S/B值的升高而升高,其最高产率3.103g/kg;含硫化合物主要为4,4'-双（四氢噻喃）,且仅在850℃、S/B值为1.9气化条件下检出产率为0.263g/kg的萘并[1,2-b]噻吩.     

活化温度对竹柳基活性炭性能及其制备过程中副产物组成的影响

以一种常见的环境修复材料竹柳为原料来制备竹柳基活性炭(WAC),考察了不同活化温度(400、450、500、550、600℃和650℃)对WAC性质及其除污染性能的影响,同时评估了制备过程中气态和液态副产物的生成规律与利用潜能.结果表明,随着活化温度的升高,WAC产率下降,热解油产率上升,而热解气产率相对稳定.六组WAC均具有较高的比表面积(BET),最高可达1526 m2·g-1,但BET值随活化温度的升高呈下降趋势;WAC的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值最高可达1122.25 mg·g-1和415.50 mg·g-1,对重金属Pb2+和硝基苯的最大吸附量分别为9.20mg·g-1和4.21 mmol·g-1.WAC制备过程中热解气主要组分为H2、CH4、CO和CO2,随活化温度升高,H2和CH4含量上升,CO2含量下降,热解气的总燃烧热值升高.热解油的组分较为复杂,杂环类、烷烃类、烯烃类和有机酸类有机物含量较高,且随活化温度变化明显,在活化温度为650℃时,热解油的燃烧热最大.     

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。     

抗生素菌渣催化热解特性的研究

为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。     

含油污泥低温热解的影响因素及产物性质

 利用外热式固定床反应系统对含油污泥进行了热解实验,研究了污泥性质、热解终温及加热方式对热解产物分布的影响,并对产物性质进行了探讨.结果表明,热解液体与气体的产率随挥发分含量的升高而增大;升高热解终温可促进一次分解与二次分解反应的进行,直到500℃时液体产率达到最大值;而快速加热方式会降低固体与液体的产率;热解的液体产物是组成复杂的宽沸点油,C₅~C₂₇ 的烷烃含量高;热解气体与固体残渣分别以烃类和灰分为主.     

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。     

有害固体废物热解焦油特性研究

通过对几种有害固体废物(皮橡胶，废电路板，医疗废物，废油漆，污泥)的热解实验，考察了不同工况下有害固体废弃物热解焦油的特性。研究了不同工况下焦油产率的影响因素。物料特性、热解终温及加热方式，对有害固体废物热解焦油的产率有着重要的影响。在实验温度范围内，不同工况条件下，对热解焦油密度和热值进行了测定，热解焦油密度在0．75—0．95g／m1范围内，焦油热值在6．306—9．112kal／g之间，高于原始物料的热值。对不同工况下的热解焦油进行了族分分析，焦油中一般饱和烃和极性物的含量较高。     

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。     

热解温度对浒苔基生物炭重金属特征的影响

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量较原料均有显著增加,而As和Hg含量均低于原料。总体上热解碳化可促进浒苔基生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd及As的挥发迁移趋势,但Pb则呈现富集趋势。此外,生物炭水溶态重金属含量低于原料,且热解温度与水溶态重金属含量呈负相关性,表明热解过程可降低这些重金属的溶出。     

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。     

污泥衍生燃料最佳气化温度模糊评价

采用自制的气化装置对垃圾RDF进行了气化实验。随着气化温度的升高,可燃气体的产率持续增加,在900℃时达到65.5%的最高值;气化底渣的产率逐渐降低,分别从300℃时的78.9%降到了900℃时的25.6%,焦油产率呈现先升高后降低的趋势,在600℃时达到了最大的焦油产量,约为31%左右。随着气化温度的升高,可燃气体中CO2的含量明显降低,而H2和CO的产量明显增加,CH4的产量也略有增加。500℃时,重金属Hg已全部挥发到大气中,重金属Pb、Cd、As、Cu的挥发高峰均在800℃以上,8种重金属的挥发性排序为:HgPbCdAsZnCuCrNi。适合于污泥RDF的最佳气化温度为700℃,此时重金属挥发率适中,产气量最高,焦油产生量较小。     

废轮胎的热解及其产物分析

研究了废轮胎热解产生的三相 (气、液、固 )产率与裂解温度的关系 ,气相组成与温度的关系 ,以及氢氧化钠作为催化剂加入热解体系对三相产率和气体组成的影响 .实验表明 ,轮胎橡胶的热稳定性分为 :～ 200℃,200℃～300℃及300℃以上3个区域 .在200℃以上时 ,随着温度升高 ,固体产率减少 ,气体产率增加 ,液体产物的产率在 500℃左右出现一个峰值 .加入 4%NaOH作催化剂以后 ,在相同的温度下固态碳黑和液态油的产率均有所提高 ,而相应混合气的产率降低 .实验确定了所用混合胶粉主要为合成橡胶 .不同温度下热解所产生的液体产物的红外谱图及裂解色谱图表明 ,300℃时主要是助剂分解,400℃左右主要是聚异戊二烯(天然胶)开始裂解,600℃以上残留物开始裂解.     

无热载体蓄热式旋转床生活污泥热解技术研究

以无热载体蓄热式旋转床为热解装置,研究不同热解终温对生活污泥热解产物产率和产物性质的影响。结果表明:热解液随着温度升高呈先升高后降低趋势,当热解终温为550℃时,热解液产率最高,为39.05%;热解气产率与热解终温呈正比,产气率在650℃最高,为16.86%,热值为19.90 MJ/m3;热解固体产率与热解终温呈反比,当热解终温为500℃时,热解固体产率达到最大值为47.69%。试验结果可为旋转床污泥热解工业化运行提供数据支持。     

原料和热解温度对生物炭中可溶性有机质的影响

以水稻秸秆和杉木凋落物为原料,选择不同热解温度（350、500和650℃）制备生物炭,研究原料与热解温度对生物炭中可溶性有机质（dissolved organic matter,DOM）含量和光谱特征的影响.结果表明,随着热解温度的升高,两类生物炭pH值分别从8.10和6.56上升至10.53和8.23;热解温度对生物炭全碳（TC）含量的影响并不明显,但原料及其与温度交互作用的影响显著（P<0.05）.两类生物炭中可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）含量呈先降低后升高的趋势,相同热解温度下水稻生物炭的显著高于杉木生物炭的（P<0.05）.原料对DOM芳香化指数（SUVA₂₅₄值）无显著影响,但温度及其与原料交互作用的影响显著（P<0.05）,在500℃时该值最大,芳香化程度最高.三维荧光光谱表明,DOM组分以类富里酸和类腐殖酸为主,但这两种物质对热解温度的响应不同.傅里叶红外光谱分析发现,两类生物炭DOM在5个区域的相似位置存在吸收峰,其中,脂肪族C-H的伸缩振动随着热解温度的升高逐渐减弱.因此,高温（500℃和650℃）与低温（350℃）制备的生物炭相比,DOC含量降低,但其芳香化和腐殖化程度升高,稳定性增强.     

污水污泥低温热解实验研究

研究不同热解最终温度下污水污泥热解产物的产率及特性。结果表明,随着温度的升高,固体产物产率下降,且C／H增加;气体产率随着温度的升高而增加;液体产物产率随着热解温度的升高而增加,440℃时达到最大30．5％;热解温度进一步升高,液体产率略有不太明显的下降;液体油品具有较高的热值,它们作为潜在的能源是不可忽视的。