污泥与褐煤共水热碳化的协同特性研究

污泥的资源化利用一直是国内外学者研究的焦点,对其进行水热提质处理后作为燃料应用是一种潜在的利用手段。本研究主要探讨城市污泥（SS）、脱墨污泥（DS）分别与褐煤（LC）以不同混合比例（3∶7、5∶5、7∶3）共水热碳化时的协同作用,并分析其固相产物（水热炭）的燃料品质。结果表明,当LC/SS、LC/DS混合比例为5∶5时,水热炭产率分别为81.08%和86.00%,并获得了最大协同系数（水热炭产率：1.69%和0.18%;有机物保留率：11.90%和2.64%;碳保留率：4.08%和0.77%）。其中,LC/SS的协同作用总是比LC/DS显著。随着LC添加量的增大,水热炭的热值和煤化程度均随之提高,不仅改善了水热炭的燃料特性,还使得燃烧过程更为稳定且充分。由此说明,通过共水热碳化预处理的方式可以制得较高品质的燃料,从而实现污泥/褐煤的有效利用。     

城市污泥与秸秆共水热炭化产物的燃烧特性与动力学研究

采用热重分析法研究了城市污泥（SS）与小麦秸秆（WS）在220℃下共水热炭化（Co-HTC）产物水热炭（Hydrochar）的燃烧特性与反应动力学。对比分析水热炭从室温升至1 000℃的燃烧特性,采用KAS法计算燃烧过程中样品的活化能。结果表明,水热炭化后,污泥和秸秆的着火温度升高、失重率下降。随着混合物中WS质量分数从30%增加到70%,共炭化产物的综合燃烧特性指数从3.47增加到11.35,燃烧性能显著增强,且T_i和T_f之间的温度区间变窄。城市污泥与秸秆混合水热制备的生物质炭燃烧过程中存在协同作用,在320℃时协同作用最强。WS质量分数为50%时,水热炭燃烧的平均活化能达到最小值,为22.55 kJ/mol。     

污泥与褐煤共水热碳化的协同特性研究

污泥的资源化利用一直是国内外学者研究的焦点,对其进行水热提质处理后作为燃料应用是一种潜在的利用手段。本研究主要探讨城市污泥(SS)、脱墨污泥(DS)分别与褐煤(LC)以不同混合比例(3∶7、5∶5、7∶3)共水热碳化时的协同作用,并分析其固相产物(水热炭)的燃料品质。结果表明,当LC/SS、LC/DS混合比例为5∶5时,水热炭产率分别为81.08%和86.00%,并获得了最大协同系数(水热炭产率:1.69%和0.18%;有机物保留率:11.90%和2.64%;碳保留率:4.08%和0.77%)。其中,LC/SS的协同作用总是比LC/DS显著。随着LC添加量的增大,水热炭的热值和煤化程度均随之提高,不仅改善了水热炭的燃料特性,还使得燃烧过程更为稳定且充分。由此说明,通过共水热碳化预处理的方式可以制得较高品质的燃料,从而实现污泥/褐煤的有效利用。     

热解气氛对稻秆半焦组成及气化活性的影响

通过热解装置和热重仪分别研究了不同气氛（N₂、H₂和CO₂）对稻秆热解产物及半焦气化活性的影响。三种气氛中热解半焦产率为CO₂>N₂>H₂,焦油和气体产率为CO₂22;半焦中氧元素含量大小为CO₂>N₂>H₂,说明氢气中热解稻杆的脱氧效果最好;半焦中有机质相对百分含量随热解温度的升高而减小,并且CO₂>N₂>H₂,挥发分占总有机质的百分含量变化趋势与半焦中相反;K和Na析出率为CO₂22;半焦比表面积、孔容和孔径大小顺序为CO₂22;三种...     

煤油共炼残渣与榆林煤共热解特性及半焦性质

以煤油共炼残渣与榆林煤为原料,基于热重分析仪和格金干馏仪,开展共炼残渣与煤共热解过程的协同效应及半焦性质研究。实验结果表明：共炼残渣添加比例为0～40%时,煤与共炼残渣之间具有正的协同效应;添加量为20%时,焦油产率高出理论值6.2%,是煤单独热解焦油产率的139.7%,半焦产物为A型且黏结性增加;半焦性质分析结果显示,共炼残渣能够提高半焦在CO₂气化过程中的最大失重速率,有利于气化反应的进行,但会使半焦的燃烧性能变差且在添加量高于20%的情况下更为明显。     

污泥水热碳化中磷的形态变化及金属浸出行为

在不同温度下进行污泥水热碳化实验,利用Hedley顺序提取法探究水热炭中磷的形态变化,并结合钙、铁、铝的浸出行为进一步解释含磷物质的形态分布。结果表明,磷主要富集在水热炭中,水热碳化促进有机磷（P_o）向无机磷（P_i）转化,NaOH溶解态磷（NaOH-P）转化为HCl溶解态磷（HCl-P）和残渣态（Res-P）。污泥和水热炭中Ca、Fe主要以HCl溶解态为主;Al则由NaOH溶解态转化为 HCl溶解态。并且水热碳化过程促使污泥中磷形态从磷酸铝盐（Al-P）、磷酸铁盐（Fe-P）向磷酸钙盐（Ca-P）、磷酸镁盐（Mg-P）转化。通过理论分析,水热炭中Al-P可能以Al₂PO₄³⁺和AlHPO₄⁺络合物为主;羟基磷灰石是Ca-P的主要存在形态;部分磷酸盐可能被铁氧化物或氢氧化物固定。为后续水热炭的回收利用提供理论基础。     

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。     

褐煤与大豆荚共热解的产物特性分析

利用自制的低温热解装置研究褐煤与大豆荚共热解的产物特性,考察大豆荚掺混比和催化剂Fe₂O₃对热解产物特性的影响。通过FT-IR、GC-MS、SEM-EDX和UV-vis分析共热解产物的性质,并将半焦用于亚甲基蓝吸附实验。研究结果表明：掺混比30%时,共热解焦油的产率达到最大值11.98%,比煤焦油产率增加44.86%,与计算值的正偏差最大（0.8%）,同时,大豆荚的添加有促进焦油生成的协同作用。大豆荚的添加有利于共热解焦油中含氧杂环的断裂,使共热解焦油中直链烷烃增多,芳香族化合物减少,使重质组分转化为轻质组分,从而提高焦油品质;同时,大豆荚的添加使共热解半焦的含氧基团增加,微观形貌变粗糙。而Fe₂O₃的加入使共热解焦油中酚、醇类物质增加;加Fe₂O₃共热解半焦的褶皱更加明显。共热解半焦对亚甲基蓝的吸附率为33.62%,比煤半焦的吸附率提高8.84%,加Fe₂O₃共热解半焦的吸附率为55.57%,比共热解半焦提高65.29%。     

NTP-DBD气化城市污泥及其模型化合物： 气氛对产物分布及特性的影响

城市污泥制备高品质合成燃气,是减小环境污染、提高废弃物附加值、实现能源化利用的有效方法之一。本文采用介质阻挡放电低温等离子体（NTP-DBD）技术,利用热重-质谱联用（GT-MS）对城市污泥及其模型化合物亮氨酸、葡萄糖的气化特性进行了研究。重点考察了反应气氛、放电频率对合成气体分布情况的影响,并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）对固体产物结构进行了表征。结果表明,在Ar气氛下,较热重热解污泥,NTP-DBD气化污泥产生合成气的浓度提升了1.84%。放电频率由10.5kHz调至9.2kHz时,输出电压提高了36%,并且污泥气化效率提高了5倍;当工作气氛为CO₂时,气化效率占污泥挥发分含量的74.86%。相较于葡萄糖而言,模型化合物亮氨酸气化产生的H₂、CO、CO₂、CH₄较多,说明污泥中蛋白质对污泥气化的气体产物贡献较大。与传统热解气化结果相比,NTP-DBD气化技术能够有效提高合成气产量、降低高温操作难度且避免污泥气化过程中二英等剧毒类物质产生。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

CO2气氛下煤与蓝藻共气化的行为演变特性

煤与蓝藻共气化是兼顾煤炭高效利用与蓝藻资源化利用的重要途径。采用TG-FTIR联用技术,探究不同掺混比混合物在CO₂气氛下的共气化特性,为其应用化学链燃烧技术提供理论基础。实验表明,蓝藻多糖解聚温度低,于100℃便可析出气相产物。在热解阶段中,DTG曲线有两个失重峰,其中峰值大、温度低的由蓝藻热解产生,主要气相产物为羟基和芳香族化合物;温度较高的失重峰对应煤炭的热解,气相产物以CO、CO₂和烃类为主。均相模型适用于热解、炭化阶段,且对蓝藻的拟合度高于煤炭,而缩核模型对气化阶段和高煤炭比例样品的拟合效果好。共气化的协同作用起始于热解阶段,主要作用区间为气化阶段,掺混蓝藻可有效提高煤焦的气化活性。     

生活垃圾与花生壳水热炭化物的燃烧特性研究

以生活垃圾（MSW）与花生壳（PS）共水热炭化产物的理化性质研究为切入点,采用热重分析法探究炭化物的燃烧特性及反应动力学,结果表明：炭化物在燃烧过程中出现3个失重峰,第二个失重峰的损失程度最大,超过了燃烧总失重的50%。同一炭化温度条件下,随着PS掺混占比的增加,燃烧越彻底,热重曲线逐渐偏向高温区。随着升温速率的提高,炭化物的着火温度、燃尽温度、燃烧特性指数均提高。MSW与PS混合共水热炭化的炭化物在燃烧过程中存在协同作用。生活垃圾掺混花生壳,随着炭化温度的升高（180~260℃）,固定碳含量与燃烧特性指数S均先增后减,最小着火能量（E_αi）先减后增。MSW与PS按质量比5∶5掺混,在220℃的条件下共炭化,升温速率为40℃/min时,其产物220MSW5PS5的燃烧特性指数最高（5.727×10^-6 min^-2·℃^-3）,最小着火能量最低（89.55 kJ/mol）。     

基于3kW塔式串行流化床差异燃料的化学链燃烧解析

化学链燃烧反应器具有广泛的燃料适应性，可同时兼顾气、液、固多类型燃料的运行。本文依托耦合内构件的3kW塔式串行流化床反应器，分别开展异丙醇、污泥以及煤炭的化学链燃烧实验，探究燃料物化属性对化学链燃烧过程与反应器运行的影响，揭示面向目标燃料的反应器针对性设计、载氧体性能选择与流化操作策略，助力形成指向性强、碳捕集效率高与操作灵活的化学链燃烧技术。面对碳化程度低、有机质含量高的固体燃料，焦炭气化速率已非强化重点，如污泥在3kW塔式反应器910℃与150s停留时间内，可实现大于99%的CO₂捕集效率，化学链燃烧反应器应侧重改善可燃气体转化与旋风分离器对轻质焦炭颗粒的捕捉。当采用异丙醇等高CH₄含量的燃料时，Fe基矿石载氧体的反应性能不足，3kW反应器的额外耗氧率高达10%～19%，其中未燃尽CH₄对额外耗氧率的贡献占比超80%。化学链燃烧反应器需依据热解反应气的物化特性，选择或掺混功能性载氧体，以针对性改善气固转化。在煤等高碳化燃料的化学链燃烧过程中，焦炭气化是反应的限制性步骤，简化循环结构的3kW塔式反应器停留时间不足，仅可...     

低阶煤低温干馏炉中低温燃烧室温度场分布模拟及结构优化

用CFD Fluent 6.3软件对自主研发的与增收低温焦油炭化室相配套的褐煤热解旋流式低温燃烧室（1500 mm×200 mm×1500 mm）内温度场分布进行了模拟研究和结构优化,结果表明：在燃烧室内坐标为（?25,550,0）和（25,?550,0）处设计两个关于燃烧室中央轴对称半径为100 mm的130°圆弧形挡板,燃烧室内平均温度（755 ℃）满足褐煤低温热解需求（500～650 ℃）;Realizable k-ε湍流模型、P-1辐射模型和非预混燃烧模型适用于计算焦炉煤气和空气低温燃烧室内温度场分布,模拟计算结果与实验结果基本吻合,误差波动幅度为50～70 ℃,满足工业要求。     

褐煤及其热解产品利用现状

为了提高褐煤利用率,介绍了国内褐煤资源的储量形态、分布。分析了目前褐煤的利用途径,包括共伴生资源的利用、直接燃烧、干燥脱水与成型、气化、液化、制水煤浆与热解。并进一步分析了褐煤热解气、液、固产品的利用方向。提出了褐煤半焦利用的新方法,即利用半焦干法气化,或将半焦和热解废水等制成水煤浆,通过湿法气化制得合成气,再通过甲烷化催化剂将合成气制成甲烷,或将合成气通过费托合成制成汽油柴油。     

基于双级燃料反应器的污泥化学链燃烧特性

化学链燃烧技术是一种可以实现CO₂内分离的新型燃烧技术。本文利用基于双级燃料反应器的新型化学链燃烧反应系统,以赤铁矿为载氧体,对污泥的化学链燃烧进行实验研究,系统连续稳定运行8h,考察燃料反应器温度（800～900℃）、污泥进料量（300～600g/h）对污泥化学链燃烧性能的影响。结果表明,稳定运行过程中,床料大部分位于一级燃料反应器,下降管高度保持稳定;双级燃料反应器的设计极大提高了污泥碳转化率,随温度的增加,碳转化率和碳捕集效率逐渐升高,且额外耗氧量始终低于10%;随着污泥进料量增加,碳转化率和CO₂体积分数逐渐降低。对两级燃料反应器内载氧体进行XRD分析,结果显示,还原后的载氧体在空气反应器再生后进入二级燃料反应器,和一级燃料反应器相比,具有更多的Fe₂O₃成分,保证其具有更高的反应活性。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。