污泥和脱灰污泥的热解特性及NOx前驱物的转化研究

利用热重-质谱联用技术(TG-MS)研究污泥及脱灰污泥热解特性及NH_3等含NOx前驱物释放规律,结果表明:污泥脱灰后,样品热解起始温度、NH_3、HCN、HNCO、CH_3CN等NOx前驱物析出温度均升高。同时,在750～900℃均并未出现明显失重,热解过程总失重率远远高于原污泥。由于脱灰污泥所含矿物质已被大部分脱除,不再留存于污泥及焦炭中,N_2在610℃后的高温段并未见析出。除此之外,HCN、HNCO、CH_3CN、H_2等气体均在高温段升高。     

氧化铁对煤流化床热解特性影响的实验研究

为了分析Fe_2O_3对煤热解特性的影响,以准格尔烟煤为原料,在小型流化床反应器上,温度范围为500～800℃内,对添加Fe_2O_3质量分数分别为0%、5%、10%、20%的煤样进行热解,并对其热解产物产率和气体组分进行分析。结果表明:Fe_2O_3在整个温度范围内会明显降低焦油产率,却促进热解水的产生。Fe_2O_3对半焦和气体的影响特性与温度有关:在低温区,Fe_2O_3会催化胶质体的芳构化作用和缩聚反应,抑制胶质体的裂解反应,从而增加半焦产率,减小挥发分(热解气体和焦油)产率;而在高温区,半焦会和Fe_2O_3发生反应,使得CO和CO_2产率上升;另外,Fe_2O_3会明显改变热解气组分。温度较低时,Fe_2O_3会促进煤中的含氧自由基重新结合,抑制CO和CO_2的生成,随着温度的升高,Fe_2O_3与多种还原性气体(CO、H_2、CH_4)发生氧化还原反应,多种反应竞争下,使得Fe_2O_3对各气体的促进程度不同。     

添加剂在生物质燃料燃烧时对NO排放的影响

为控制生物质燃烧过程中NOx的排放,本研究采用向生物质中添加纳米铁基添加剂的方式进行NO燃烧抑制研究。在一维管式炉中,分别对含有纳米Fe_2O_3添加剂的三种典型生物质燃料玉米秸秆、稻壳和锯末进行生物质取样100 mg,在700、800和900℃工况下实验研究NO排放特性。结果表明:Fe_2O_3可以有效地降低NO的峰值。随着温度升高,玉米秸秆和锯末的NO峰值降低率加大,在800℃时稻壳的NO峰值降低率最大。不同温度下,添加1 mg的Fe2O3时玉米秸秆、稻壳和锯末的最大NO峰值降低率分别为18.71%、29.88%和18.66%。增加Fe_2O_3的添加剂量,NO峰值降低率增大。在900℃时添加0.5~2 mg的Fe_2O_3,玉米秸秆、稻壳和锯末,最大NO峰值降低率分别为28.02%、32.56%和27.12%。纳米Fe_2O_3降低NO排放的效果要好于纳米单质Fe。根据生物质燃烧过程中氮的转化路径与机理,推测Fe_2O_3主要通过将NO的前驱物HCN还原为N2,从而抑制NO的生成;单质Fe则主要通过直接将生成的NO还原为N_2来减少NO的排放。     

油泥-煤混合热解挥发分析出特性

利用热重分析的方法对含油污泥、煤及其混合试样的挥发分析出特性进行研究,分析了含油污泥、煤的混合比例及升温速率对含油污泥-煤混合热解过程的化学动力学参数和挥发分析出特性参数的影响规律.实验结果表明,随着混合试样中含油污泥含量的增加,挥发分析出份额越大,混合试样总失重量增加;混合试样的热解反应整体活化能要小于两种单一组分;煤中加入少量的含油污泥就可以使挥发分初析温度显著降低,挥发分析出的温度区间在含油污泥质量分数为33%左右时达到最大;当混合试样中含油污泥质量分数超过33%时,挥发分析出高峰时的温度接近含油污泥,且挥发分最大析出速度、挥发分析出特性指数随含油污泥含量的增加而增大,增加含油污泥对混合试样挥发分的析出有明显的促进作用;在10～30,℃/min的变化范围内,热解曲线随升温速率的增大向高温方向偏移,挥发分析出特性指数随升温速率的增加略有增大,升温速率的增大对于挥发分的析出略有促进作用.     

淮南烟煤煤灰对煤热解的影响

采用小型管式炉装置,研究了淮南烟煤煤灰及其矿物组分SiO_2、Fe_2O_3和CaSO_4对淮南烟煤热解产物产率和煤气成分的影响.结果表明,添加淮南烟煤煤灰,在高温时煤气产率有所增加,而半焦产率有所降低;在本试验研究的整个温度范围内,焦油产率被抑制,而热解水产率则有所增加,CO含量下降,CO_2含量增加;在较高温时煤气中H_2含量有所降低,这些影响归因于淮南烟煤煤灰所含矿物组分Fe_2O_3和CaSO_4参与了某些化学反应以及Fe_2O_3的催化作用     

Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化裂解生物质制氢研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行了稻壳连续热解和二次催化裂解制氢试验研究,所用Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂采用浸渍法制备。考察了Fe/Al催化剂焙烧温度及二次催化裂解温度对裂解气中H_2含量和裂解液体组分的影响。试验结果表明:Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂对H_2有较大的选择性,当Fe/Al=0.7、催化剂焙烧温度为550℃、二次裂解温度为700℃时,H_2产率达到34.8%;稻壳直接二次裂解液体产物中主要为醋酸,含量达49.44%,催化裂解后主要为丙酮,含量达到50.56%。     

热解温度对污泥热解半焦产率与特性影响的研究

利用固定床反应器对3种不同来源的污泥进行热解,研究了热解终温对污泥热解半焦产率、热值和比表面积的影响。研究结果表明：随着热解终温的提高,污泥热解半焦的产率逐渐降低;随着半焦中挥发分的减少和灰分含量的增加,半焦的热值降低;半焦的比表面积呈现先增加后降低的趋势,3种污泥在热解终温分别为900,800,700℃时获得的半焦比表面积达到最大值,分别为64．88,44．26,23．75m^2／g。     

二次热解对污泥热解产物影响的研究

针对上海市污水污泥,以提高热解气体、抑制热解焦油为目标,利用两段固定床反应器,研究二次热解温度对污泥一次热解挥发分的热解特性的影响。利用气相色谱定量研究不同二次热解温度下热解气中H2、CO、CO2、CH4的含量变化。利用全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪(GC×GC-TOFMS)定性研究不同二次热解温度下热解油化学组分。结果表明:二次热解温度高于600℃时,热解气体产率明显增加,液体产率明显减少。这表明,在仅改变上段固定床二次热解温度的条件下,一部分污泥热解油通过高温二次热解转化为气体。其中CH4是受二次热解影响最大的气体,相比于一次热解,当二次热解温度高达700℃时,CH4的累计释放量增加了7.0倍,这表明热效应明显促进了污泥热解挥发分的脱甲烷反应。为了更好地揭示污泥热解油转化成热解气的机理,运用GC×GC-TOFMS分析污泥热解油中上千种化合物。我们猜测长链脂肪含氮化合物主要通过脱甲烷反应产生CH4。酮类通过脱羧反应生成CO。     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

Fenton法预活化污泥制备磁性活性炭的实验研究

利用Fenton法预活化二沉池剩余污泥能够有效改善污泥活性炭的性质,制备性能良好的污泥磁性活性炭.通过考察H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)投加质量比、活化pH、预活化时间对污泥前驱体和污泥磁性活性炭的影响,探索Fenton法预活化污泥的作用机理.结果表明:Fenton试剂在酸性pH条件下产生羟基自由基,具有强氧化性的·OH破坏污泥胞外聚合物,同时将大分子有机物氧化成中间体和小分子有机物,少量孔隙随着CO_2和H_2O的逸出而形成;Fenton试剂的使用引入了铁,而铁盐是污泥热解的催化剂,能够促进焦油的裂解,加快有机物大分子键的断裂,从而促使更多孔隙的生成.     

污泥与木屑共热解特性研究

文章采用污泥、木屑为原料,在氮气气氛下进行热重实验,研究了升温速率和木屑添加量对污泥与木屑共热解特性的影响规律,并进行动力学分析。研究结果表明:随着升温速率的增加,样品挥发分析出阶段向高温方向移动,最大失重速率增加;随着木屑添加量的增加,样品总失重量及最大失重速率均显著增加。动力学分析认为:污泥热解的反应机理为三维扩散,机理函数为Z-L-T函数;污泥与木屑共热解的反应机理为成核和生长,机理函数为Avrami-Erofeev函数。污泥热解活化能为287.29～390.57 kJ/mol,污泥与木屑共热解活化能为170.16～277.05 kJ/mol,木屑的加入降低了污泥的热解活化能。     

TG-MS联用分析海藻和稻壳的协同耦合热解机制

采用TG-MS分析技术,对条浒苔、稻壳及条浒苔与稻壳质量比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)混合物的热解过程进行研究。条浒苔和稻壳热解特性存在很大差异:前者在主要挥发分析出阶段表现为放热,后者主要表现为吸热。而条浒苔与稻壳任意比例混合热解时均表现为放热,说明两者混合热解可实现能量的耦合、减少外部供给热量。两者混合后在主要热解阶段热失重速率试验值高于理论值,且在混合质量比为1∶2时提高最明显。通过热重-质谱分析可知,由于稻壳的加入,条浒苔和稻壳混合热解生成NO、NO_2和SO_2气体的反应受到抑制,且在混合质量比为1∶3时抑制效果最强。故条浒苔与稻壳的混合热解,并非各组分热解特性的简单叠加,而是发生协同耦合效应。     

Fe2O3添加对松木屑热解的影响特性分析

为了探究松木屑粉末在不同比例的Fe_2O_3添加下的焦油产率、残炭产率、气体产率和气体组分的变化规律,采用热重和管式加热炉热解的方法对松木屑粉末进行实验研究。实验在N_2气氛保护下,以50℃/min的速率升温,终温分别为350、450、550、650和750℃时研究松木屑粉末的热解变化规律。实验结果表明:随着温度的升高,在无添加下松木屑粉末的焦油产率和气体产率逐渐升高,而残炭产率有所下降。分析气体组分变化可知,随着温度的升高CO_2下降趋势较为明显,CO与C_nH_m基本保持不变,CH_4与H_2出现明显上升。添加Fe_2O_3可以有效降低松木屑粉末的焦油产率、残炭产率,提升气体产率,原料中Fe_2O_3比例越高效果越明显。添加15%Fe_2O_3在750℃时的焦油产率相比于纯松木屑热解降低4.25%,气体产率提升8.57%,此时的H_2产率为44.42 L/kg,表明Fe_2O_3具有良好的催化效果。     

城市污泥热解特性及热解过程中Pb、Cd迁移特性

以城市污泥为研究对象,考察了其在不同升温速率下的热解特性、热解反应动力学特征以及重金属Pb和Cd在热解过程中的迁移规律。通过热解失重曲线图得出,污泥的热解过程可分为水分析出阶段、挥发分析出阶段和半焦分解阶段。提高升温速率会导致污泥的失重量减少,挥发分最大失重速率增加。根据Coats-Redfern积分法计算结果得到,挥发分析出的第1阶段和第2阶段的反应级数分别为1和2,且不同升温速率下挥发分析出的第1阶段和第2阶段下的活化能总体上变化不大。通过管式炉热解实验可知,在热解温度为400、500、600和700℃范围内,重金属Pb和Cd的残留率随热解温度的升高均表现为先上升后下降的规律。Cd的残留率在热解温度为500和700℃时分别达到最高(41.64%)和最低(2.92%),而Pb的残留率随温度变化不大,均为93%以上。热解温度为400~500℃,Cd和Pb挥发较少。     

煤灰氧化物与钠盐的固相反应过程分析

采用热综合分析、高温煅烧试验及XRD表征分析,考察了NaCl、Na_2SO_4、Na_2CO_3的高温挥发特性,同时探讨了4种煤灰氧化物CaO、SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3与3种钠盐的固相反应机理.结果表明:3种钠盐的挥发能力依次为NaCl、Na_2CO_3、Na_2SO_4,挥发急变的温度区间分别为:800~1,000,℃、850~1,120,℃、1,100~1,400,℃;4种煤灰氧化物与3种钠盐的反应过程明显不同,CaO与3种钠盐均不发生反应;Al_2O_3可以与NaCl和Na_2SO_4在高温下发生反应形成NaAl_(11)O_(17);3种钠盐中,Na_2CO_3与煤灰氧化物的反应能力最强,可与SiO_2、Al_2O_3以及Fe_2O_3分别发生固相反应,形成钠硅酸盐(Na_2SiO_3、Na2Si2O_5)、钠铝酸盐(NaAlO_2)和钠铁酸盐(NaFeO_2).     

城市污泥热解及能量平衡分析

为了研究污泥热解特性,利用铝甑反应器对城市污泥进行了热解实验。实验结果表明:随着温度逐渐升高,热解程度逐渐加深,高温时热解液体的收率略有降低;热解过程可分为3个阶段,即水分析出阶段、挥发分析出阶段和残留有机物继续分解碳化阶段。在热解实验基础上进行能量平衡分析,结果发现,采用热解油气循环供热,既可以完全满足污泥热解过程的能量需求,还可为干燥过程节约51.43%的能量。     

污水污泥在流化床中快速热解制油

采用流化床污泥热解制油系统,在300～600℃进行污泥快速热解试验,研究了污泥在不同热解温度下的热解特性.结果表明,随着反应温度的提高,残炭的产率减少,不凝结气体产率增加,热解油产率在300～500℃以下随着反应温度的升高逐渐增加,在500℃时达到最大值46.31%,随后逐渐减少;不凝结气体主要由CO_2、CO、H_2、CH_4、C2H_4、C2H_6、C_3H_6和C_3H_8等组成,各成分随反应温度的升高呈规律性变化;通过GC-MS联用分析技术,对热解油中的29种含量(峰面积百分比)大于1%的成分进行了定性分析,400℃时热解油中酯类的含量(峰面积百分比)占绝对优势,而在600℃时,烯烃的含量(峰面积百分比)最多,各种组分的分布较400℃时均匀.     

石化污泥与烟煤混合共热解特性实验研究

选取石化污泥和烟煤,将两者按不同比例混合。采用热重分析法,在相同升温速率下,对各混合样品进行热解实验,探讨石化污泥与烟煤热解特性的差异及其共热解时石化污泥对烟煤热解过程的影响。结果表明:石化污泥与烟煤的热解过程和反应特征参数差异很大,主要表现在样品的挥发分析出温度区间、总失重率及失重速率上。同时,石化污泥的挥发分综合释放特性指数D远优于烟煤;在石化污泥和烟煤的共热解过程中,石化污泥的添加对烟煤的热解起到一定促进作用,当石化污泥掺入比例为10%时,混合物的热解特性最好。     

高活性Fe_2O_3脱硫剂的合成及性能研究

以硫酸亚铁、三乙胺为主要原料,采用新沉淀合成法制备了高活性Fe_2O_3脱硫剂,用于解决沼气干法脱硫效率低的问题,并探索了不同的反应温度、原料浓度、反应时间、原料配比对Fe_2O_3脱硫剂活性的影响。实验结果表明:在反应温度为35℃、硫酸亚铁浓度为0.6 mol/L、三乙胺浓度为0.9 mol/L、反应时间为2 h、三乙胺与硫酸亚铁的质量比为3.5:1时,得到的高活性Fe_2O_3脱硫剂具有最高的穿透硫容,为33.6%。经SEM显示,高活性Fe_2O_3脱硫剂为不规则颗粒结构,其比表面积为268.1 m~2/g。     

废橡胶和废纸热解过程NOx前驱体的生成

在固定床反应器中热解废橡胶和废纸,考察在不同热解终温和加热方式下NOx前驱体(HCN和NH3)的生成特性.研究结果表明,随着热解终温的升高,原料中的N转化为HCN和NH3的比例不断增加.以废橡胶为例,HCN和NH3的产率从400℃的0.5%分别增加到1000℃的7%和9%;加热方式对HCN和NH3的产率有明显的影响.实验条件下,非等温热解时,废橡胶在所有热解温度下HCN和NH3的产率均高于等温热解时的产率.