调理剂对深度脱水污泥热解特性的影响

采用Fenton试剂（Fe²⁺+H₂O₂）、CaO和煤调理污泥,然后进行深度脱水。用Plackett-Burman（P-B）进行实验设计,研究了这4种调理物质与温度、通气速率和水分共7个因子对污泥热解的影响权重。结果表明,除H₂O₂外,其余6个因子对污泥热解均有影响。其中温度影响最大,高温有利于热解可燃气体生成。而通气速率越快,热解产气越少。此外,CaO、煤和水的单独影响实验证明3种因子的存在都有利于CO和H₂的生成,且CaO和煤作为调理剂时增强效果好于其与污泥物理混合。污泥内残留水也优于外加水,但水分受温度的影响较大。由此可见,深度脱水湿污泥热解在制可燃气体方面具有一定的优势。     

污泥深度脱水调理剂对污泥干化过程中含硫气体释放的影响

采用5种复合调理剂改善污泥脱水性能,制得深度脱水泥饼。通过检测N2气氛下,不同干化温度(100℃、200℃),停留时间(30 min、60 min)时,不同调理脱水污泥含水率的变化情况,以及含硫气体的种类和释放量,探讨不同调理剂对干化过程中含硫气体释放特性的影响。结果表明,提高温度、延长时间都可以有效降低污泥的含水率;原污泥干化过程释放的主要含硫气体为H2S和SO2,其总量占含硫气体的82.4%;FeCl3+CaO和H2SO4+FeSO4+H2O2+CaO复合调理剂调理脱水泥饼在干化过程中SO2释放量占原污泥释放量的40.3%和40.6%,H2S则基本没有释放;H2SO4+FeSO4+H2O2+CaO调理脱水污泥在100℃和200℃干化过程中的总硫释放量分别占原污泥总释放量的75.0%和45.6%,该复合调理剂在有效提高污泥脱水性能的基础上,能最大限度地抑制含硫气体的释放。     

机械化学预处理污泥在不同温度下催化热解特性

为更好地实现污泥资源化以及无害化处理,得到较高品质燃气,采用机械化学预处理方式将CaO作为催化剂温和注入污泥样品,探究在催化热解中反应温度对产物的影响及机理分析。结果表明,在机械化学作用下,混合料中的CaO与羟基反应生成Ca(OH)_2,有助于热解气产率的提高。混合物料中有机成分随着温度升高发生分解,■、C—O和C—H官能团减弱,O—H官能团消失,热解气产量增高,900℃时达到最大,为32.10%,其中可燃气体(H_2,CO,CH_4)产量上升至17.22 mol/kg,增幅明显;随着热解反应的进行,混合料中Ca(OH)_2物质吸收CO_2生成大量方解石,方解石高温分解导致热解气中的CO和CO_2气体质量升高。热解半焦表面孔隙结构特性分析发现,高温有助于混合料分解产生更多的可燃气体。     

含油污泥混煤热解动力学及气体产物分析

采用热重分析法在不同掺混比例、不同升温速率和不同掺混煤种下对含油污泥混煤进行热解实验研究,并通过气相色谱仪分析热解产生的气体产物.结果表明,含油污泥混煤的热解失重过程可以分为水分及吸附气的挥发、轻烃的析出、重烃的裂解和煤小分子链脱除、重烃的二次裂解和煤大分子链脱除、半焦的缩聚反应以及无机矿物质的分解5个阶段.进行热解动力学分析,采用Coats-Redfern积分方法求解含油污泥混煤的热解动力学参数,并得到了掺混比例、升温速率、煤种对动力学参数的影响规律.利用气相色谱仪检测生成的气体产物有H2,N2,CO2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C3H8和C3H6等,并分析了主要气体产物H2,N2,CO2和CH4的生成规律.     

Fenton试剂对剩余污泥脱水性能的改善

研究了利用Fenton试剂调理城市污水处理厂剩余污泥,通过测定污泥毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)和泥饼含水率来表征污泥脱水性能的变化,分别考察了污泥初始pH、H2O2投加量、H2O2/Fe2+、反应温度和反应时间对污泥调理效果的影响。综合考虑,确定Fenton调理污泥的最佳条件为:pH=3、抽滤脱水和离心脱水H2O2最佳投加量分别为3 g/L和9 g/L、H2O2/Fe2(+质量比)最佳范围为8～12、反应温度50℃、反应时间60 min。对污泥离心上清液中胞外聚合物(EPS)含量的研究表明,Fenton调理后污泥上清液中蛋白质和多糖含量有大幅升高,说明Fenton试剂能有效氧化破解EPS,从而提高污泥的絮凝性,改善污泥的脱水性能。Fenton氧化后污泥颗粒粒径变小,比表面积增大。     

水分对神东煤热解产物分布的影响

为考察原料煤中水分对神东煤热解产物分布的影响,通过格金试验和固体热载体小试试验研究了神东煤中水分对热解特性的影响,得到神东煤在不同水分下热解产物的分布规律。格金试验表明,水分对神东煤热解产物中焦油和热解气收率有显著影响。随着水分降低,神东煤热解产物中焦油收率从9.98%降至4.92%,热解气收率从8.47%上升至11.07%,热解水收率从2.74%上升到5.94%。小试试验结果与格金试验趋势基本相同。随着原料煤中水分的降低,焦油收率下降,热解气收率上升;未经干燥的原煤在不同温度下热解的焦油收率比干燥后煤样平均高2.17%,热解气收率平均低1.58%。热解温度对H2和CO比例影响较大,对其他气体比例影响较小。研究结果表明,水分对神东煤的热解过程及其热解产物分布有显著影响,热解原料煤中水分的增加有利于抑制神东煤热解水和热解气的生成,提高焦油收率,因此有望通过控制原料煤中的水分来调节热解产物的分布。     

污泥深度脱水调理剂对污泥干化过程中含硫气体释放的影响

采用5种复合调理剂改善污泥脱水性能,制得深度脱水泥饼。通过检测N₂气氛下,不同干化温度（100℃、200℃）,停留时间（30 min、60 min）时,不同调理脱水污泥含水率的变化情况,以及含硫气体的种类和释放量,探讨不同调理剂对干化过程中含硫气体释放特性的影响。结果表明,提高温度、延长时间都可以有效降低污泥的含水率;原污泥干化过程释放的主要含硫气体为H₂S和SO₂,其总量占含硫气体的82.4%;FeCl₃+CaO和H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO复合调理剂调理脱水泥饼在干化过程中SO₂释放量占原污泥释放量的40.3%和40.6%,H₂S则基本没有释放;H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO调理脱水污泥在100℃和200℃干化过程中的总硫释放量分别占原污泥总释放量的75.0%和45.6%,该复合调理剂在有效提高污泥脱水性能的基础上,能最大限度地抑制含硫气体的释放。     

城市生活垃圾中有机质产气及焦化特性研究

生物质气化过程中最大的不利因素是反应过程中焦油的生成。实验以混合蔬菜为原料,在高温炉中模拟研究城市生活垃圾中有机质的热解特性,并分别以CaO和水泥生产用主要原料--石灰石为催化剂,研究焦油产物深度裂解的催化效果。实验结果表明,CaO在400～900℃的温度范围内,对焦油裂解具有明显的催化效果;石灰石在700℃以上才能起到催化作用,说明真正起催化作用的是石灰石高温分解后产生的CaO。水泥回转窑内的温度高达1000℃以上,超细的石灰石原料粉末对热解产气可起到良好的催化效果,同时还能吸附残余焦油,防止其进入后续系统,腐蚀或影响收尘器等常温设备的正常运转。热解产气分析结果表明,高温下经过石灰石催化,尽管存在CO2气体生成的不利因素,热解产气中H2、CO、CH4等可燃气体总含量平均高达60%以上,具有相当高的热利用空间。     

深度脱水污泥的热干化特性

深度脱水污泥中调理剂对其干化特性有着重要影响。实验采用4种典型复合调理剂对污泥进行预处理,制得脱水污泥,在N_2气氛、473 K条件下,探究调理剂对污泥干化过程中水分和污染物释放以及干化气、液、固产物特性的影响。结果表明,所用复合调理剂均可以有效降低脱水污泥含水率,加快干化阶段水分释放速率;调理过程中的酸碱及强氧化环境能破坏污泥中的有机结构,使污泥中的芳香族或噻吩S转化为更加稳定的磺酸或砜类S,且调理后的碱性环境让溶解的酸性含硫气体固定,从而使得干化时含硫气体释放量减少,但会加速氨气的释放。干化时复杂的气相产物溶解于冷凝液使其具有较高的pH以及COD并伴有恶臭,需进行进一步处理;污泥热干化后样品热值降低量在3.63%以内,不影响其能源化利用。     

煤热解过程中气态产物分布的研究

利用固定床热解装置对3种不同煤种进行了热解研究,考察了温度和煤的性质对热解气态产物以及硫元素逸出规律的影响,结果表明:除了煤的性质外,温度是影响热解产物分布的重要影响因素;同时CO和CO2的逸出量与煤中氧元素的含量有关,而生成CH4和气态烃的量与H/O原子比有很大关系;热解过程中含硫物质以H2S和少量COS的方式逸出到气相,而逸出的气态硫也与煤的含硫量有直接关系.     

深度脱水污泥的热干化特性

深度脱水污泥中调理剂对其干化特性有着重要影响。实验采用4种典型复合调理剂对污泥进行预处理,制得脱水污泥,在N₂气氛、473 K条件下,探究调理剂对污泥干化过程中水分和污染物释放以及干化气、液、固产物特性的影响。结果表明,所用复合调理剂均可以有效降低脱水污泥含水率,加快干化阶段水分释放速率;调理过程中的酸碱及强氧化环境能破坏污泥中的有机结构,使污泥中的芳香族或噻吩S转化为更加稳定的磺酸或砜类S,且调理后的碱性环境让溶解的酸性含硫气体固定,从而使得干化时含硫气体释放量减少,但会加速氨气的释放。干化时复杂的气相产物溶解于冷凝液使其具有较高的pH以及COD并伴有恶臭,需进行进一步处理;污泥热干化后样品热值降低量在3.63%以内,不影响其能源化利用。     

钾对纤维素-煤共热解过程焦炭结构和热解特性的影响

在纤维素上负载K_2SO_4和K_2CO_3,采用热重-红外联用(TG-FTIR)对负载钾盐的纤维素与煤共热解特性进行了研究,并采用红外光谱表征了热解前后样品的化学结构.结果表明:在900℃热解后,焦样中含C,H,O有机官能团和高岭石的峰消失,其中有机官能团的消失与气体产物释放有关,高岭石的消失是由于热转化生成偏高岭石和石英.纤维素与煤共热解过程中发生了协同反应.钾盐的添加对共热解反应中焦炭产率、最大反应速率、反应温度区间和活化能等都有较大影响,还促进了CO和CO_2的产量增加,并且使它们产生的温度区间移向低温区,其中K_2CO_3的作用更明显.K_2SO_4对酸类和酮醛类等含C≡O官能团的产物生成具有促进作用,而K_2CO_3具有抑制作用.钾盐对共热解CH_4气体的生成有不同程度的抑制作用.     

不同温度区间内污泥热解气固相产物特征

对城市污水污泥(简称污泥)进行工业分析和热重分析,考察污泥的基本组成和热重特性;采用气相色谱(GC)检测了不同热解温度区间内污泥热解生成的气体产物成分,并利用SEM和BET分别分析了不同热解终温下裂解炭的形貌特征和比表面积。结果表明:污泥热解可以分为水分析出阶段、挥发分析出阶段和焦炭化阶段;不同热解温度区间内污泥热解气体产物的组成有很大差别,热解温度350℃后H2在热解气中的含量快速增加,CH4含量在350~450℃时达到最大值,而CO主要在热解温度为350~750℃时生成,CO2含量随着热解温度的增加迅速下降;随着热解终温的不断升高,裂解炭结构变得越来越疏松,比表面积也随之增大,750℃达到最大值55 m2·g-1。     

生物质热解气在高温煤焦层中裂解特性研究

在小型两段式固定床反应器中,对生物质热解气在高温煤焦层中的裂解反应特性进行了研究,重点考察了两段式热解中裂解温度、停留时间及煤焦特性对焦油裂解率、气体产率及成分的影响.结果表明,增加气体停留时间及裂解温度,都有利于促进生物质气中焦油裂解和气体产率提高.裂解温度对气体产率、组分及焦油裂解率影响更明显,高温促进H2和CO的生成,1000℃时H2和CO的含量达到94.51%.当生物质热解气在煤焦中停留时间达到1.41s后,气体中各组分变化趋于缓慢;不同热解条件所制得的煤焦对生物质气中焦油裂解效果不同,较低制焦温度和较短热解时间都有利于增加煤焦的反应活性,促进焦油分解为可燃气体.     

催化剂对混合煤在快速热解过程中的影响

热解对燃烧过程有很重要的影响,助燃催化剂KMnO4,Fe2O3,MnO2和CaO对煤粉在快速加热条件下的燃烧过程具有催化作用。采用H2/Ar等离子体热解试验装置和快速升温热解红外连用试验装置,对混合煤粉的快速热解过程进行了研究,得到了助燃催化剂有利于煤的快速热解产生挥发分。KMnO4,Fe2O3,MnO2的催化作用机理与其空价层原子轨道有关,CaO的催化作用机理与其本身的碱性特征有关。     

氧化钙调理污泥气化过程中重金属的迁移转化规律

以CaO为主要成分的石灰常用于污泥的调理和稳定。为探究其对污泥气化过程中重金属迁移转化规律的影响,在沉降炉-固定床反应器和固定床上于600、800、1000℃进行了污泥的热解及气化实验,并分析了不同污泥样品、热解焦和气化灰中典型重金属（Mn、Zn、Cu、Cr、Ni）的含量及形态分布。结果表明,CaO的加入将稀释调理污泥中的重金属,并使Mn、Zn、Cr向稳定态转化;CaO会使重金属离子与OH-结合生成沉淀,继而在气化反应中分解成氧化物。在气化过程中,CaO会提高重金属的残留率,也会吸收其氯化物、硫酸盐等在高温下分解生成的HCl、SO₂等酸性气体,促使氧化物的生成和抑制重金属的释放。     

典型宁东煤热解阶段硫迁移路径的分子动力学模拟

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和¹³C固体核磁共振(¹³C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,考察了热解温度和升温速率对典型宁东煤热解产物的影响,结果表明:热解温度低于1500 K时,热解产物中气体组分较少,重质焦油较多;随着热解温度升高(1500 K~2500 K),大分子化合物和活性自由基均会发生二次反应产生小分子碎片,气体产物快速增加;增大升温速率会减少C1~C4有机气体的生成,促进重质焦油的产生;16 K/ps和2500 K分别是合适的模拟升温速率和热解温度。污染性元素S的迁移路径分析结果表明:宁东煤热解过程中S原子容易迁移到相对分子质量小的有机碎片中,最终将以硫氢根的形式与H自由基结合生成H₂S参与后续燃烧反应。     

煤热解动力学模型的建立

通过对煤热解反应动力学分析,基于分布活化能模型DAEM,建立了集总反应动力学模型表示煤炭热解过程。确定了可以预测热解产物组成、分布与热解终温和升温速率关系的动力学方程。结果表明：随热解温度升高,各种挥发分产物析出率越来越接近最大产率;半焦C含量增加,但产率下降,H,O,N和S等元素降低。升温有利于提高半焦脱硫率、脱氮率。温度为600℃左右时,除H2外的大部分挥发分基本析出,半焦元素变化幅度减小。热解终温较低且一定时,较慢的升温速率有利于各热解挥发分最大限度析出。秦丽娜     

氧化钙调理污泥气化过程中重金属的迁移转化规律

以CaO为主要成分的石灰常用于污泥的调理和稳定。为探究其对污泥气化过程中重金属迁移转化规律的影响,在沉降炉-固定床反应器和固定床上于600、800、1000℃进行了污泥的热解及气化实验,并分析了不同污泥样品、热解焦和气化灰中典型重金属(Mn、Zn、Cu、Cr、Ni)的含量及形态分布。结果表明,CaO的加入将稀释调理污泥中的重金属,并使Mn、Zn、Cr向稳定态转化;CaO会使重金属离子与OH-结合生成沉淀,继而在气化反应中分解成氧化物。在气化过程中,CaO会提高重金属的残留率,也会吸收其氯化物、硫酸盐等在高温下分解生成的HCl、SO_2等酸性气体,促使氧化物的生成和抑制重金属的释放。     

污泥干燥及气体释放特性研究

采用污泥薄片模拟分散态污泥干化过程,研究了干化风速、温度对污泥干燥速率的影响,并分析了污泥干燥过程中的形貌变化,采用热红联用分析污泥在(35～700℃)干化过程中气体的释放情况.结果表明:污泥干燥过程中的自由水、空隙水和吸附水干燥速率不同,提高干燥温度和热风风速,污泥干燥速率增大;污泥体积的收缩主要由于自由水的蒸发,粘滞区的存在是由于自由水蒸发完毕而引起干燥速率发生突变;污泥升温过程中释放的气体主要有C02、H2O、NH3、VFA及庚烷,273.75～333.76℃的温度区间为失重速率最大区域;VFA在273.75℃释放量最大,庚烷在333.76℃释放量最大.