污水污泥熱解制取富氫燃氣實驗及機理研究

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1、華中科技大學博士學位論文污水污泥熱解制取富氫燃氣實驗及機理研究姓名：熊思江申請學位級別：博士專業(yè)：市政工程指導教師：章北平2010-11-07 華中科技大學博士學位論文根據(jù)Coats-Redfern法，采用11種常見機理函數(shù)對不同升溫速率下干、濕污泥的熱解主體階段進行線性模擬，并結合Malek法篩選出最為合理的機理方程，求解其表觀動力學參數(shù)，并建立動力學方程。在保證熱解充分進行的條件下，升溫速率對于干燥污泥熱解主體階段的活化能影響不大，但濕污泥在該階段的活化能則隨著升溫速率的提高而增加；同一升溫速率下，濕污泥熱解主體階段的活化能大于干燥污泥。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和傅里葉紅外光譜儀等檢測

2、設備，研究了不同含水率污泥在不同溫度下熱解所得主要產(chǎn)物的分布和組成，探討了溫度和含水率對熱解產(chǎn)物特性的影響規(guī)律，進而對產(chǎn)物的形成途徑及熱解機理進行了系統(tǒng)分析。結果表明，水蒸氣在大分子有機化合物的裂解過程中起著至關重要的作用，水分的參與促進了有機質(zhì)蒸汽重整反應的發(fā)生，有利于CO和H2等氣體的生成，在減少有毒物質(zhì)和結焦現(xiàn)象產(chǎn)生的同時，提高了富氫燃氣的產(chǎn)量；另外，水蒸氣還促進了揮發(fā)份的析出，使殘?zhí)恐械挠袡C質(zhì)含量大幅減少，熱解更加完全。當濕污泥被送入熱解爐時，水分迅速脫除形成高溫水蒸氣，同時揮發(fā)份析出，一部分熱解初期產(chǎn)物和焦炭會與高溫水蒸氣發(fā)生蒸汽重整反應和氣化反應，生成H2、CH4、CO2和CO

3、等氣體；隨著溫度繼續(xù)升高，大分子有機物發(fā)生二次裂解，生成大量H2、CO和C2、C3等小分子氣體，還有一部分有機質(zhì)通過縮合、環(huán)化、芳香化反應，形成大分子PAHs，同時產(chǎn)生大量H2，因此H2的大幅增長標志著焦油二次反應的發(fā)生。此外，PAHs的形成過程可用Diels-Alder反應機理解釋。對1000℃下干燥污泥和含水率為84%的濕污泥的熱解過程進行了質(zhì)量和能量衡算分析，通過干、濕污泥熱解系統(tǒng)建立的質(zhì)量平衡誤差分別在1.0%和6.4%左右；濕污泥的熱解反應熱Qp遠高于干燥污泥，但其中有超過70%的能量被用于水分蒸發(fā)和水蒸氣的升溫，實際熱裂解工藝熱Qpyrolysis則明顯低于干燥污泥；熱解過程可

4、回收大量高品質(zhì)的富氫燃氣、焦油及固體殘?zhí)浚渲袩峤鈿獠坏芍苯佑糜跓峤庀到y(tǒng)的供熱，還可作為管道煤氣或化工原料，焦油也可在回收加工后當做石油的替代燃料，固體殘?zhí)縿t可作為建筑材料；煙氣余熱的回收利用對濕污泥熱解制氣技術的推廣具有十分重要的作用。從拓展?jié)裎勰酂峤庑问?，提高產(chǎn)品附加值，降低熱解成本的角度出發(fā)，研究了V 華中科技大學博士學位論文干、濕污泥和秸稈的摻混比例對共熱解產(chǎn)物分布、熱解氣組成、熱值及氣體能量轉(zhuǎn)化率的影響，結果表明隨著污泥摻混比例的提高，共熱解產(chǎn)生的氣體和焦油的產(chǎn)率減少，固體殘?zhí)慨a(chǎn)率顯著增加，相同的摻混比例下，濕污泥/秸稈共熱解的氣體產(chǎn)率均大于干燥污泥/秸稈共熱解的氣體產(chǎn)率，這是

5、由于在污泥/秸稈共熱解過程中，秸稈的添加可補充碳源的不足，并提高原料的揮發(fā)分含量，水分可作為氣化劑和氫源，有利于富氫燃氣的生成，但隨著濕污泥摻混比例的進一步升高，原料揮發(fā)份含量下降，碳氫化合物的析出減少，氣體產(chǎn)率顯著降低，且H2、CO和CnHm的產(chǎn)量也明顯下降，氣體整體產(chǎn)量的減少和高熱值CnHm氣體比率的降低也造成了氣體熱值和相應氣體能量轉(zhuǎn)化率的下降。關鍵詞：濕污泥熱解資源回收機理能量平衡混合熱解VI 華中科技大學博士學位論文AbstractDuetotheeverincreasingamountofsewagesludgeandincreasinglystringentenvironme

6、ntalstandards,theproblemofsewagesludgedisposalisbecomingmoreseriousthanbefore.Meanwhile,asatypeofbiomass,sewagesludgehasthepotentialforenergy-orientedusebecauseofitshighorganiccontentandheatingvalue.Asaneconomicandenvironmentalacceptablerouteforwastedisposal,pyrolysisisoneofthemostpromisingmethods

7、ofsludgeresourceutilizationinthefutureandhasattractedincreasinglyworldwideattention.Themoisturecontentofsewagesludgehasanimportanteffectonthepyrolysisprocess.Ontheonehand,theincreasingmoisturecontentimprovestheen