市政污泥的高温热解处理及产物特性研究

针对我国市政污泥资源化处理处置的发展需求,本文针对市政污泥的高温热解处理及其热解产物特性开展实验研究。通过分析不同来源的市政污泥的水分、可燃分和灰分以及热失重特性,发现不同的预脱水工艺对市政污泥中有机组分含量影响较为明显。而通过污泥高温（600～900℃）热解实验,发现热解温度对于三相产物产率、热解气组分的影响显著,且产物中热解气富含高附加值的合成气（占比达到60.5%～81.5%）,表明市政污泥高温热解处理具有较好的资源化技术优势。     

市政污泥热解技术及其影响因素研究进展

我国市政污泥产量巨大,其处理处置与资源化关系着我国环境卫生的健康发展。市政污泥热解技术可以使污泥热解产物再利用从而实现资源化,已成为市政污泥处置的研究热点之一。本文主要介绍了微波热解、高温热解、低温热解等三种主要市政污泥热解技术,概括了热解温度、升温速率、停留时间、热解压力、催化剂、物料性质等对污泥热解产物特性的影响。对于填埋多年的存余污泥,对其热解规律及资源化可行性进行了分析。最后基于市政污泥热解技术的发展和存在的问题,对将来的研究趋势和方向提出了建议和总结。     

市政污泥热解技术及其影响因素研究进展

我国市政污泥产量巨大,其处理处置与资源化关系着我国环境卫生的健康发展。市政污泥热解技术可以使污泥热解产物再利用从而实现资源化,已成为市政污泥处置的研究热点之一。本文主要介绍了微波热解、高温热解、低温热解等三种主要市政污泥热解技术,概括了热解温度、升温速率、停留时间、热解压力、催化剂、物料性质等对污泥热解产物特性的影响。对于填埋多年的存余污泥,对其热解规律及资源化可行性进行了分析。最后基于市政污泥热解技术的发展和存在的问题,对将来的研究趋势和方向提出了建议和总结。     

医疗固体废弃物热解及其产物特性分析

目前关于医疗固体废弃物热解的研究主要集中在热解条件对产物分布的影响，在产物成分及应用方向少有报道。本试验将预处理后的医疗固体废弃物在450～550℃下进行热解处理，对热解后产生的气体、液体、固体三相产物，系统地分析了其成分及产物特性，并提出其进一步资源化利用方向。结果表明，所得气体产物中可燃组分占83.17%，热值为10995kcal/m³（1kcal=4.18kJ）；液体产物热值为8973kcal/kg，进一步分离提纯后所得产物中烃类组分占67.81%，热值可达10214kcal/kg；固体产物经过改质后，碳含量高达63.13%，热值为5455kcal/kg。研究表明，医疗固体废弃物热解得到的气、液、固三相产物在资源化利用方面都具有一定的价值，除了可以直接用作替代燃料外，三相产物中均含有多种应用广泛的化工原料。     

温度对水葫芦热解特性的影响

水葫芦是一种水体污染物,其蕴藏着大量的能量。为了使水葫芦变废为宝,解决环境污染的同时,提供一定的能源补给,在热重分析的基础上,采用固定床,借助GC、GC-MS、XRD和SEM等技术手段,研究不同热解温度段水葫芦热解后的气、液、固三相产物的特性。结果表明,低温热解温度段275～375 ℃生成的生物油不仅产率增加较大,而且生物油酸类较少、酯类较多,热值较高,品质明显优于高温热解温度段450～550 ℃生成的生物油;但高温热解温度段450～550 ℃下,明显有利于气体产物中高热值气体H2和CO的生成,生物质炭的结构孔径较大,晶体相态更加稳固,可见热解温度对三相产物的影响很大。     

锐钛型TiO2对尿素热解过程的影响

通过实验的方法收集了不同温度下纯尿素和尿素/TiO₂混合物热解后的固体残留物，使用红外光谱（IR）及气相色谱质谱联机（GC-MS）方法对这些热解残留物进行成分分析；使用热重-红外联机（TG-FTIR）技术研究尿素及三聚氰酸在有无催化剂TiO₂的情况下的热解特性及气体产物的生成规律；根据Coats-Renfern方法对尿素热解第一阶段的非等温热失重率曲线的数据进行动力学研究，建立动力学方程。结果表明，100~250℃的尿素热解残留物中主要为尿素和缩二脲，300~400℃的尿素热解残留物中主要为三聚氰酸等含氮杂环有机化合物；锐钛型TiO₂能促进尿素和三聚氰酸的热解反应，缩短其反应进程，HNCO与水蒸气在TiO₂表面易发生反应；尿素第一阶段热解的反应级数为2，单独热解时活化能为113.25kJ/mol，指前因子A为2.01×10¹¹min^-1，在催化剂TiO₂的作用下，活化能E为77.42kJ/mol，指前因子A为4.82×10⁷min^-1。     

东胜和Yallourn褐煤等温热解煤气的性质

以内蒙东胜褐煤和澳大利亚Yallourn褐煤为研究对象,应用红外光谱对其主要分子结构进行分析,并进行了等温热解实验.主要对比考察了等温热解温度对两种褐煤热解气组成、产量和热值的影响.结果表明,两种褐煤的脂肪烃类结构及含氧官能团比较多;随着等温热解温度的升高,CO和H2的含量(体积分数)增加,CO2的含量(体积分数)明显减少,热解气的产量和热值增加;东胜褐煤热解过程中获得的H2量较高,更适合作为热解制氢的原料.相同热解温度下,等温热解与程序升温相比,得到的煤气热值高,是一种比较有效的获得高热值的热解方法.     

剩余污泥微波热解技术研究进展

剩余污泥的产量大,处理处置费用高,已成为困扰污水处理厂的难题。在惰性条件下热解剩余污泥生成生物油、生物气以及污泥生物炭等产物,可实现能量和资源的同步回收,应用前景极为广阔。本文总结了目前对于污泥特性、热解温度、升温速率、微波吸收剂、化学添加剂、载气对剩余污泥微波热解的影响的研究,并探讨了污泥热解机制,为微波热解剩余污泥提供了关键技术的参数,利于提高污泥热解效率,优化热解产物品质,为促进污泥微波热解系统化、产业化提供技术支持。同时指出了污泥微波热解受限于微波热解设备,致使其处理投资成本高及处理量小,为污泥微波热解工业化提出了巨大的挑战。最后展望了污泥微波热解的发展趋势及应注重攻克的关键问题。     

成型压力对低变质粉煤微波催化共热解的影响

对不同成型压力下低变质粉煤与二硫化钼微粉冷压而成的型煤进行微波共热解实验.通过对热解产物收率分析、固体产物工业分析和元素分析、微观形貌(SEM)分析及红外光谱(FTIR)检测、液体产物气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测以及气体产物组分分析等方法,研究了成型压力对型煤微波催化共热解产物收率和产品质量的影响.结果表明:随着成型压力增大,液体产物收率呈先增大后基本不变的趋势.在成型压力为7 MPa时,微波共热解所得液体产物收率达到28.4%(质量分数,下同),固体产物收率为64.0%,煤气收率为7.6%;所得煤气中CH_4,CO和H_2的体积分数分别为25.34%,31.51%和22.19%,热值为15.14MJ/m~3;焦油中羟基、单核芳烃及脂肪族—CH_2和—CH_3结构含量较高,焦油呈轻质化态势.     

水洗-烘焙联合预处理对稻壳微波热解产品特性的影响

预处理技术能提高生物质热解产物的品质。本文研究了水洗-烘焙联合预处理技术对稻壳微波热解的产物特性的影响,结果表明:水洗-烘焙联合预处理技术增加了固体产率,而减少了液体和气体的产率;联合预处理技术提高了稻壳微波热解气体产物的品质,气体产物中CO₂含量减少,CH₄和H₂的含量增加,气体产物的热值提高到13MJ/m³;联合预处理技术提高了稻壳微波热解液体产物的品质,增大了液体产物中苯酚类和糖类的含量,减少了液体产物中酸的含量,简化了液体产物的成分。     

50 MW循环流化床煤炭分级转化多联产技术开发

为了进一步推进煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用,实现煤炭清洁高效资源化利用,通过试验研究和理论分析相结合的方法,利用1 MW流化床热解分级转化工业示范装置对煤炭热解分级转化产物的释放及其组分分布特性进行研究,分析了温度、煤种特性对挥发产物煤气产率、焦油产率、煤气组分、煤气热值等的影响,并对煤炭热解-燃烧双流化床协同耦合运行调控特性进行研究,最后以获得的1 MW流化床热解分级转化过程的相关产物转化特性参数及运行特性参数为基础,进行了50 MW循环流化床煤热解燃烧多联产工艺装置设计开发。结果表明,该装置煤气主要成分CH_4与H_2含量分别高达41.97%、28.32%,设计煤种条件下焦油产量3.16 t/h,煤气产量35 262 Nm~3/h,煤气热值达到26.7 MJ/Nm~3,焦油提取率达到90%以上,实现了较高的煤气热值与焦油回收率,为煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用提供借鉴。     

含油污泥低温热解处理与资源化回收利用

采用密封式热解反应系统对陕北某油田沉降罐罐底含油污泥进行了热解实验,分别考察了热解温度、时间及催化剂投加量对油回收率的影响,并对热解产物性质进行分析。结果表明,含油污泥样品在350℃、2%催化剂加量条件下热解3h后油回收率达到58.38%,热解油的品质得到改善,产生的不凝气可复用于热解系统加热,热解残渣具有较高热值,也可作为燃料重复利用。     

某些固体燃料在其热解和氧化过程中硫和磷行为的研究

研究了某些固体燃料中有机物低温氧化和高温热解时硫的含量和硫的行为。也研究了热解和氧化时硫在固体产物和气体产物之间分配的规律性。确定了肯斯料-     

基于移动床的印染污泥微波热解及固相产物的表征与分析

采用微波热解技术,通过改变微波功率、热解温度、气体和固体停留时间、添加催化剂,探究印染污泥热解的特性。采用元素分析、扫描电镜(SEM)、BET比表面积仪、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对印染污泥和泥炭进行了分析。实验结果表明,随着温度的升高,泥炭产率逐渐降低,750℃时降到63.87%(质量);气体产率随温度逐渐增加。添加Ca O和Fe,泥炭产率增加,不可凝气体中CO2含量减少,H_2、CO和CH_4含量增加,最大H_2含量达64.17%。随着热解温度的升高,泥炭中C、H、N元素含量逐渐降低,S含量有所升高。热解温度在550℃时,泥炭的比表面积达到最大值91.9 m~2·g~(-1)。经微波热解后,污泥中的重金属符合农业排放标准的要求。     

污泥和聚氯乙烯共热解三相产物特性

伴随着社会发展和城市扩张，生活污泥和废塑料的处置压力越来越大，同时热解作为一种资源化处置有机固体废弃物的手段受到普遍关注。本文通过开展生活污泥(SS)和废聚氯乙烯塑料(PVC)在500～900℃共热解实验，探究了温度和PVC掺混比对热解三相产物分布及其性质的影响。结果表明：伴随温度的升高，热解的固相产率下降，气相产率上升，液相产率先上升后下降；与此同时，热解气中的CH₄和CO含量上升，CO₂的含量下降；热解油中有机物含碳数减小，烃类和芳香类有机物比例增大；热解炭表面孔隙结构变得不规则，官能团减少。与污泥单独热解相比，PVC的加入会在降低产炭率的同时提高产气率，且高温下将抑制液相产物的产生。除此之外，PVC有利于提升热解气品质，提高高温热解油中重质组分的含量，并在增大热解炭表面不规则程度的同时使其含氧官能团更为丰富。     

添加木质素对污泥热解过程氮转化的影响

利用热重-质谱联用仪（TG-MS（在线检测添加不同比例木质素的污泥热解和主要含氮气体释放特性，并利用傅里叶红外光谱仪（FTIR（在线检测热解过程固体残焦表面官能团的变化规律，分析木质素对污泥热解过程氮转化的影响，从而揭示氮的迁移机理。结果表明：污泥热解过程NH₃的生成主要来自蛋白质的脱氨作用，加入木质素后热解过程中产生了大量羰基，抑制了氨基酸的分子内环化和分子间缩聚反应，而促进了直链酰胺的生成，最终在OH自由基攻击下转化成HNCO和HCN；NH₃的增加并非来自HCN和OH的反应，而是由未缩合的氨基脱除生成；另外，添加40%左右的木质素对于减少污泥热解过程中NO_x前驱物的排放有积极意义。     

灰分在印染污泥热解气化中的协同催化机理

印染污泥中含有大量的金属基组分。选取其中的主要金属氧化物组分,分别进行单组分与多组分添加开展催化热解实验,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、热解-气质联用、热质联用分析手段,研究金属基组分对印染污泥的催化热解效应,探索了各金属基组分在热解过程中的协同催化作用机理。结果表明,不同金属基化合物在热解过程中显示了不同的催化热解温度区间和催化性能,对热解的催化协同效应是Fe₂O₃、ZnO、CaO和Na₂CO₃四种组分共同作用的效果。协同作用可以分为两个阶段：250~500℃为主热解区,各金属基组分都发挥着催化剂的作用,促进大分子化合物的裂解;在600℃之后的高温热解区间,Fe₂O₃等组分可与原料中的碳成分发生还原反应,造成热重曲线明显失重峰,进一步提升残渣的裂解特性。     

基于移动床的印染污泥微波热解及固相产物的表征与分析

采用微波热解技术,通过改变微波功率、热解温度、气体和固体停留时间、添加催化剂,探究印染污泥热解的特性。采用元素分析、扫描电镜（SEM）、BET比表面积仪、X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对印染污泥和泥炭进行了分析。实验结果表明,随着温度的升高,泥炭产率逐渐降低,750℃时降到63.87%（质量）;气体产率随温度逐渐增加。添加CaO和Fe,泥炭产率增加,不可凝气体中CO₂含量减少,H₂、CO和CH₄含量增加,最大H₂含量达64.17%。随着热解温度的升高,泥炭中C、H、N元素含量逐渐降低,S含量有所升高。热解温度在550℃时,泥炭的比表面积达到最大值91.9 m²·g^-1。经微波热解后,污泥中的重金属符合农业排放标准的要求。     

不同热解因素对污泥热解生成气相产物的影响

采用外热式反应釜加热装置,以CH3COOK为催化剂对污泥进行了热解实验,研究了不同热解终温、催化剂的质量分数、反应时间、升温速率对热解气相产物的产率及气相产物组成的影响。结果表明:随着热解温度升高,气相产率不断增大,H2的体积分数在增大,气体的热值先增大后减小,500℃时气体热值达到最大值,为26.05 MJ/m~3;随着催化剂质量分数和升温速率的增大,气产率先增大后减小,催化剂质量分数为6%时达到最大值,而热值变化呈减小趋势;随着反应时间增大,气产率不断增大,H_2体积分数在增大,而热值先增大后减小,在90 min时达到最大值,为30.19 MJ/m~3。     

制备高纯氧化镁的工艺研究

以轻烧镁为原料，经消化、碳化、除杂、热解及煅烧制备出高纯氧化镁，并确定了适宜的工艺条件：活性炭用量为20g/L，时间60min；活性炭吸附除杂温度20℃，时间80min；热解温度100℃，时间20min，升温速率均匀缓慢；煅烧温度950℃。氧化镁产品中氧化镁质量分数可达99．5％，氧化钙质量分数小于0．09％，铁的质量分数小于0．05％，产品中粒度小于5μm的粒子质量分数达到72．3％。SEM分析表明，低温热解氧化镁为针状，高温热解氧化镁为球状。