基于微波脫氯半焦的塑料包裝廢棄物能源化研究.pdf

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1、分類號X705密級基于微波脫氯半焦的塑料包裝廢棄物能源化研究研究生姓名：劉珍指導(dǎo)教師姓名、職稱：王漢青教授專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程研究方向：包裝廢棄物能源化潔凈利用技術(shù)與裝備湖南工業(yè)大學(xué)二〇一八年五月二十六日分類號X705密級基于微波脫氯半焦的塑料包裝廢棄物能源化研究Energyconversiontechnologyofplasticpackagingwastebasedonmicrowavedechlorinatedchar研究生姓名：劉珍指導(dǎo)教師姓名、職稱：王漢青教授副指導(dǎo)教師姓名、職稱：周躍云教授（校內(nèi)）張曉東高工（校外）專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程研究方向：

2、包裝廢棄物能源化潔凈利用技術(shù)與裝備論文答辯日期答辯委員會主席湖南工業(yè)大學(xué)二〇一八年五月二十六日II湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日湖南工業(yè)大學(xué)論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解湖南工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)

3、位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其他手段保存學(xué)位論文；學(xué)校可根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文。作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日摘要本文針對混合塑料包裝廢棄物難處理，特別是含氯塑料包裝廢棄物的氯元素污染嚴(yán)重影響熱處理過程的問題，提出了一種塑料包裝廢棄物能源化利用技術(shù)。先對含氯塑料包裝廢棄物進(jìn)行微波低溫脫氯預(yù)處理，得到脫氯半焦，再將脫氯半焦作為添加劑，與其他可燃包裝廢棄物混合制備固體衍生燃料（SRF），使其以燃料的方式實(shí)現(xiàn)能源回收。本文開展的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：1）考察了含氯塑料包裝廢棄物獲得最佳脫氯效果的最優(yōu)微波運(yùn)行參數(shù)：微波功率800w，脫

4、氯終溫280℃，添加碳化硅（SiC）作為微波吸收劑，最佳添加量20g。微波低溫脫氯發(fā)現(xiàn)：隨著微波功率的增加，聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）和聚偏二氯乙烯（PVDC）升溫速率加快，達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)間提前，但脫氯率呈降低趨勢，有效HCl產(chǎn)率變化幅度較?。浑S著脫氯終溫的升高，3種物料的脫氯率呈顯著上升趨勢；碳化硅（SiC）促進(jìn)物料升溫和脫氯效應(yīng)顯著優(yōu)于活性炭；隨SiC添加量的增加，物料的脫氯率顯著增加；脫氯半焦熱值為30.43MJ/kg，具有較好的孔隙特征。2）利用COSMOLMultiphysics軟件對PVC微波脫氯過程的溫度分布進(jìn)行電磁-熱傳導(dǎo)雙向耦合模擬

5、，發(fā)現(xiàn)物料中心溫度顯著高于周邊溫度；物料中心溫度梯度較周邊大，周邊物料仍出現(xiàn)“冷點(diǎn)”現(xiàn)象；中心物料模擬值與實(shí)驗(yàn)值結(jié)果符合較好。模擬結(jié)果基本上能揭示PVC微波脫氯過程中的溫度分布情況及物料的傳熱傳質(zhì)規(guī)律。3）對微波低溫脫氯機(jī)理進(jìn)行初探：脫氯機(jī)理主要包括物料介電性能及外加電場產(chǎn)生的熱效應(yīng)；微波對C-Cl極性基團(tuán)的選擇性加熱特性促進(jìn)HCl自催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生及微波吸收劑的“熱點(diǎn)”效應(yīng)；+氯離子脫除后產(chǎn)生的空位與相鄰陽離子（H）形成新的偶極子的電子空位效應(yīng)。4）微波加熱和電加熱條件下脫氯效果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：兩者脫氯率差別不大，均從40%增加至90%。但微波加熱物料有效HCl

6、產(chǎn)率顯著更高。微波脫氯半焦C、H元素含量更高，Cl、O元素含量更低；微波脫氯產(chǎn)生的副產(chǎn)物種類更少；微波脫氯過程不存在非熱效應(yīng)。5）采用熱重-紅外聯(lián)用（TG-FTIR）技術(shù)對添加不同比例脫氯半焦制備的SRF在不同升溫速率下的熱解特性及動力學(xué)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)脫氯半焦的添加有利于SRF熱解反應(yīng)的進(jìn)行。不同升溫速率下，4I種燃料均存在兩個主要失重溫度區(qū)間，300~400℃和400~500℃。-1升溫速率為10℃·min時(shí)，第二失重階段，添加脫氯半焦的SRF燃料熱解反應(yīng)活性下降；第三失重階段，隨脫氯半焦添加比例的增加，SRF熱解反應(yīng)活性增強(qiáng)；SRF第二、三、四階段最大失重峰處

7、析出的氣體組分主要分別為：烷烴類化合物、酯類、CO2、氯代烴；烷烴類化合物和CO2；CO2和氯代烴；第三階段失重峰處不產(chǎn)生氯代烴；脫氯半焦的加入可促進(jìn)燃料熱解產(chǎn)生CO2和CH4。升溫速率為-120℃·min時(shí)，脫氯半焦的添加量達(dá)到20wt%，才對SRF的熱解失重特性有顯著影響；分布活化能法（DAEM）發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化率α＜0.3時(shí)，SRF-1反應(yīng)活化能低于其他3種燃料，0.3＜α＜0.9時(shí)，活化能顯著高于其他3種燃料。6）采用TG-FTIR分析方法對添加不同比例脫氯半焦制備的SRF的燃燒性能及動力學(xué)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：-1升溫速率10℃·min時(shí)，燃料存在4個失重階段。第二失

8、重階段，隨