污泥微波熱解制備生物氣及其脫硫研究

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1、碩士學(xué)位論文污泥微波熱解制備生物氣及其脫硫研究RESEARCHONMICROWAVE-INDUCEDPYROLYSISOFSEWAGESLUGEPRODUCINGBIOGASANDH2SREMOVAL劉立群哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月國內(nèi)圖書分類號(hào)：X705學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：628.4密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文污泥微波熱解制備生物氣及其脫硫研究碩士研究生：劉立群導(dǎo)師：田禹教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：環(huán)境科學(xué)與工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:X705U.D.C:628.4Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMICROWAVE-INDUCEDPYROLYSISOFSEWAGESLUGEPRODUCINGBIOGASANDH2SREMOVALCandidate：LiuLiqunSupervisor：Prof.YuTianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：EnvironmentalSicence&EngineeringAffiliation：SchoolofMuni.&Env.EngDateofDefence：June,2015Deg

3、ree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要污泥微波高溫?zé)峤饧夹g(shù)具有減量化程度高，能夠有效的固定重金屬，殺滅污泥中的致病微生物，實(shí)現(xiàn)無害化的優(yōu)點(diǎn)，而且熱解過程中能夠產(chǎn)生富含H2和CO的生物氣，能夠作為燃料使用，具有很好的工程應(yīng)用的前景。本研究利用自主設(shè)計(jì)搭建的微波實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以連續(xù)的產(chǎn)生高品質(zhì)生物氣為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)通過間歇運(yùn)行，以氣象色譜作為檢測方法，探究熱解終溫、停留時(shí)間、升溫速率及活性炭添加量對(duì)污泥熱解產(chǎn)氣的影響規(guī)律，得出污泥微波熱解的最優(yōu)化條件；以最優(yōu)化條件作為微波連續(xù)熱解的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行

4、連續(xù)熱解，獲取富含H2和CO的生物氣。污泥熱解過程中還會(huì)釋放硫化氫，造成空氣污染，實(shí)驗(yàn)通過XPS、GC-MS、氣象色譜的檢測方法，分別對(duì)污泥熱解產(chǎn)生的固體殘?jiān)⑸镉秃蜕餁膺M(jìn)行檢測，探究含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律和硫化氫的產(chǎn)生條件，通過生石灰與污泥混合共同熱解的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化氫的固定，并且利用化學(xué)吸收法對(duì)產(chǎn)生氣體中的硫化氫進(jìn)行去除，得到清潔的生物氣。實(shí)驗(yàn)采用單因素分析法對(duì)污泥影響因素進(jìn)行研究。（1）熱解終溫越高污泥的產(chǎn)氣率越高，氣體中的H2和CO組分也越高，熱解終溫的最佳值為900℃；（2）升溫速率的升高對(duì)污泥的產(chǎn)氣具有促進(jìn)作用，污泥中H2和CO組分也有所增長；（3）在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)脑黾?/p>

5、污泥熱解的停留時(shí)間能夠產(chǎn)生更多的生物氣，并且氣體中的H2和CO含量也更高，實(shí)驗(yàn)得出最佳的停留時(shí)間為50min；（4）活性炭是污泥熱解的吸波物質(zhì)，增加活性炭能夠增加熱解的傳熱效率，增加產(chǎn)氣量和H2和CO組分含量，實(shí)驗(yàn)得出的活性炭的最佳添加比例為30%。通過以上實(shí)驗(yàn)得出微波熱解的最佳條件：熱解終溫900℃、微波功率1600W、停留時(shí)間50min、活性炭添加比30%。用以上得出的最佳條件進(jìn)行微波連續(xù)高溫?zé)峤猓\(yùn)行時(shí)間為6h，共計(jì)熱解污泥28kg，產(chǎn)生生物氣16.13kg，產(chǎn)氣率為57.8%，其中H2和CO體積分?jǐn)?shù)之和為67%，產(chǎn)生生物油為5.49kg，剩余的固體殘?jiān)馁|(zhì)量為6.33kg，減量

6、達(dá)77.4%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期。通過氣相色譜儀對(duì)污泥連續(xù)熱解產(chǎn)生的生物氣進(jìn)行檢測，得到生物氣中的硫化氫濃度進(jìn)行檢測，結(jié)果為0.375mg/m3，遠(yuǎn)超過煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。實(shí)驗(yàn)利用間歇實(shí)驗(yàn)法對(duì)污泥熱解產(chǎn)生硫化氫的機(jī)理進(jìn)行研究，對(duì)熱解產(chǎn)生的三相產(chǎn)物進(jìn)行分別測定，利用XPS對(duì)污泥的熱解殘?jiān)M(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要的含硫物質(zhì)為硫醇，無機(jī)硫化物，噻吩，亞砜和砜和硫酸，隨溫度的升高脂肪族硫醇減少而無機(jī)硫化物和噻吩含量增加；通過GC-MS對(duì)污泥熱解的液相組分進(jìn)行檢測，生物油主要組成為脂肪族-S化合物，芳香族-S化合物和噻吩-S的化合物。隨著溫度的升高，生物油中的脂肪族-S和芳香族-S含量減少，而噻吩-S

7、的含量增加；通過氣象色譜對(duì)生-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文物氣進(jìn)行檢測，硫化氫的濃度在100℃～500℃區(qū)間升高迅速，在500℃～800℃增長緩慢，800℃達(dá)到最大值，通過分析，無機(jī)硫化氫、脂肪族-S和芳香族-S在不同的階段都會(huì)分解釋放硫化氫。實(shí)驗(yàn)采用污泥中添加5%的Cao共同熱解，探究CaO脫除硫化氫的機(jī)理，即Cao與硫化氫形成CaS，使含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)換到固體殘?jiān)?，從而?shí)現(xiàn)生物氣中含硫物質(zhì)的去除，在微波連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行污泥生石灰共同加熱