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《浙江大学》 2002年
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固体废物热解制取洁净燃料和化学原料的基础研究

李水清  
【摘要】: 依托于国家自然科学基金项目(No.50076037),本文开展了固体废物回转式热解制取洁净燃料(气、油和炭)和化学原料(芳香油、活性炭或炭黑)的基础研究。内容主要包括三部分:回转窑内固体传输和传热过程特征的研究;微型规模(TGA)和小型实验室规模固体废物热解的机理和基础研究;基于废轮胎为目标的连续性中试规模回转窑热解工艺初步试验评估和热解产物的应用前景研究。 (1)反应器传输和传热特征研究:首先,采用DPIV技术定性地分析了回转窑滚落运动模式(Rolling Regime)的机理特征;并在该模式下开展了混合固体废物(MSW)在回转窑内输运和扩散过程试验研究,详细探讨了物料性质、操作条件(转速和倾角)、结构条件(挡板和内构件)等因素对物料停留时间(MRT)和体积流率(MVF)的影响;在Saeman和Gupta单颗粒轨道模型(PTM)基础上,采用了矢量分析方法重新求解了单历程内颗粒运动的轨迹方程,进而结合颗粒分离特征参数σ_(?)发展了随机颗粒轨道模型,并对MSW在窑内停留时间分布实现了数值计算,模型计算值和试验结果取得了良好一致;在低料床填充率假没条件下,从颗粒轨道模型中导出了MRT和MVF的简化计算公式,该公式完全优于现有的传统计算公式,从而构成了回转窑热解炉或焚烧炉优化设计或放大的基础。 其次,在国际研究综述的基础上分析了回转窑内传热途径或机理特征,着重考虑了筒体回转对各项传热系数的影响,尤其是创见性地将流化床和固定床中广泛存在“热渗透”模型加以发展,巧妙解决了窑内转动壁面和覆盖料床之间传热系数的计算;建立了内热式回转窑轴向一维传热模型,并采用该模型对卑诗大学Barr et al.试验数据进行了仿真,无论是窑内温度场还是热量场,试验值和仿真值均取得了十分理想的吻合,随后将轴向传热模型扩展到了外热式,并应用其对I.D.0.3×1.8m外热式热解炉进行了传热校核。 传输和传热特征研究表明:回转窑是一个慢加热速率的反应装置,但具有广泛进料适应性、良好物料混合特性以及灵活物料输运特性等诸多优点。因此,回转窑作为热解反应器比较适用于两种情况:对加热速率依赖性较低的废轮胎的热解;以生物质为基体的各种粒径和形态混合废物的热解。 (2)微型和小型规模热解机理研究:以废轮胎为主要目标(生物质混合废物作为比较),从微型热天平和小型实验室规模角度系统地研究了其热解机理。首先,TG-DTG特性表明,与煤和生物质等进化燃料不同,废轮胎热解实质上是250℃~520℃之间各具体化学配方成分(NR、BR、SBR和添加油)独立热解的线性叠加,而且热解反应对加热速率依赖性不大;进而在国外一些学者平行研究基础上提出了多胶体模型(Multi-Elastomer-Model),成功地实现了废轮胎热解反应动力学的模拟。其后,在1kg小型批量热解炉上全面研究了废轮胎热解的气体、液体和固体产物的平衡、成分和性质,不仅探讨了温度和转速等参数的影响、完善了热解产物的分析方法,而且结合试验研究首创性地提出了热解过程的“3R(初热解反应、挥发相二次反应以及炭气化反应)+2T(温度和气相停留时间)”准则。该准则不仅能够成 摘要(^bs traet) 功地解释废轮胎热解过程中各种现象,而且也为回转窑热解工艺的优化设计和中试研究提 供了坚实的基础。 (3)中试热解系统的初步试验评估研究二以回转窑为基础炉型成功地完成了20kglh中 试规模废轮胎热解的工艺发展装置(POU)设计,并在450℃一650℃内范围内开展了该户OU 工艺的初步评估试验。热解目标产物是固体炭和液体油,前者收率约为38.8·43.9%,而 后者则为42.7、45.1%,热解产物平衡可由“3R+2T’’准则合理解释。热解油具有粘度低 (1 .6一3.7cs)、热值高(4O一42 MJlkg)的优点,可直接或掺混作为重质燃料油使用;此外, 通过对热解高温热解油蒸汽合理切割成不同馏份使用,既可以从中提取出高价值的粗苯、 兰烯和道路沥青等化学原料,又能够将提取后的剩余物作为燃料使用。尽管和商业炭黑相 比,热解炭中灰分高达,2训5%,但在一些基本指标如日E丁面积、OSp吸油值和吸碘值 方面热解炭指标并未发生太大变化,因此适当炭化、酸洗后的热解炭可以用作中等补强作 用低品质炭黑使用;孔隙分布研究表明,热解炭主要由中孔或大孔组成,微孔结构没有商 业活性炭发达,活化后热解炭随着烧失率的提高BE丁面积也可提高到3oomZlg,比之原始 炭提高了约200%,因而对苯酚和碘的吸附性能也有较大提高,尤其是亚甲基兰的吸附性 能已基本接近商业活性炭,因此适度活化后热解炭可以考虑作为废水或烟气处理中一些大 分子污染物(如重金属或二恶英)的吸附剂。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:X705

【引证文献】
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4 徐长忠,袁长友;医疗垃圾处理新工艺——高温热解[J];中国环保产业;2004年S1期
5 丛晓民;冯涛;盖国胜;解强;;废轮胎热解技术的现状及发展趋势[J];轮胎工业;2008年01期
6 李公义;李效东;王浩;方庆玲;;聚合物先驱体热解制备超长SiC纳米线[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期
7 郭建军,朱忠云,陈践发,刘明;热解技术在江汉盆地储层评价中的应用[J];特种油气藏;2005年04期
8 ;密切关注煤炭热解技术 促进资源合理开发利用[J];中国高新技术企业;2007年14期
9 杨磊;夏禄华;张衷华;祖元刚;;植物提取生产中固形废弃物生态化利用的现状及发展趋势[J];现代化工;2008年04期
10 江继纲,张青;应用热解技术识别油层[J];石油勘探与开发;1996年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡炳良;辛玲玲;;污泥热解技术[A];上海(第二届)水业热点论坛论文集[C];2010年
2 彭银霞;周阳;张德华;;废电路板热解渣资源化利用的研究进展[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
3 王培义;周连泉;董志强;;低能耗高净化率医疗废物焚烧处理系统[A];四川省医疗废物处理工艺与设备开发[C];2005年
4 曾国勇;张巍巍;陈雪莉;于遵宏;;载气对生物质热解半焦性能的影响[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年
5 汪建光;;燃煤电站SCR脱硝技术中尿素热解和水解制氨技术对比[A];节能减排论坛——福建省科协第八届学术年会卫星会议论文专刊[C];2008年
6 王政;吴丽华;武超;张文昌;韩俊淑;崔向东;徐长忠;;乡镇卫生院医疗垃圾热解处理新技术及设备的开发应用研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
7 刘树炜;吴创之;林黑着;;海藻热解特性及其动力学研究[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年
8 张霞;张晓丹;魏长春;孙建;杨瑞霞;赵颖;;超声喷雾热解技术制备ZnO纳米片的研究[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
9 甘学英;张振涛;;“疑难”放射性废物流处理处置的新进展[A];放射性废物处理处置学术交流会论文集[C];2007年
10 张宝;包建平;;三塘湖盆地侏罗系煤系源岩的倾油倾气性探讨[A];第十届全国有机地球化学学术会议论文摘要汇编[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 成吉昌;垃圾中有机资源如何利用?[N];中国环境报;2011年
2 呼跃军;褐煤利用急需热解新技术[N];中国化工报;2007年
3 ;有机固体废弃物热解技术[N];科技日报;2006年
4 实习生 王延斌 本报记者  孙明河;“垃圾”怎样炼成资源[N];科技日报;2007年
5 董筱宇;发改委:适时发展年轻煤种加工产业[N];中国工业报;2007年
6 何振红;福建丰泉公司推出垃圾焚烧新技术[N];经济日报;2007年
7 杨宏辉;褐煤提质加工技术迎来发展良机[N];中国化工报;2008年
8 呼跃军;褐煤发展煤化工占据三大优势[N];中国化工报;2008年
9 刘方斌;镁盐企业绝地突围之路在哪里[N];中国化工报;2008年
10 谢德体;生物质能源前途无限[N];人民政协报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴正胜;废旧线缆和电机绕组热解技术与设备的研发[D];天津大学;2012年
2 孙静;微波诱导热解废旧印刷电路板(WPCB)的实验和机理研究[D];山东大学;2012年
3 王爽;海藻生物质热解与燃烧的试验与机理研究[D];上海交通大学;2010年
4 李钢;市政污泥热解减排技术的研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
5 熊思江;污水污泥热解制取富氢燃气实验及机理研究[D];华中科技大学;2010年
6 吕高金;玉米秆及其主要组分的热解规律与生物油特征组分的定量分析[D];华南理工大学;2012年
7 刘军利;木质纤维类生物质定向热解行为研究[D];中国林业科学研究院;2011年
8 韩斌;聚氯乙烯等塑料废弃物热解特性及动力学研究[D];天津大学;2012年
9 马洪亭;医疗废物热解特性实验研究[D];天津大学;2007年
10 赵希强;农作物秸秆微波热解实验及机理研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李开志;竹材热解多联产产物特性的实验研究[D];华中科技大学;2013年
2 陈鑫力;废旧电线热解处理技术与中试试验研究[D];天津大学;2012年
3 张辰宇;基于常见农林废弃生物质原料的热解技术及机理研究[D];北京化工大学;2013年
4 王德龙;油页岩原位热解的地表生态环境影响对策研究[D];吉林大学;2013年
5 张冠瑛;热解油田污泥制备吸附材料的研究[D];中国海洋大学;2010年
6 苗安然;神木烟煤CO气氛下热解及其荒煤气中水蒸气消除[D];大连理工大学;2013年
7 靳其龙;煤与油页岩热解提质工艺的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 何益得;污水污泥中重金属在热解过程中行为研究[D];湖南大学;2010年
9 钟林;新疆五彩湾不粘煤气力分级及其热解制备兰炭初步研究[D];新疆大学;2011年
10 贡丽鹏;土霉素菌渣热解技术的研究[D];河北科技大学;2012年
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