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煤与城市固体废弃物共热解资源化研究

刘波  
【摘要】:本文就城市固体废弃物(城市生活垃圾和城市污泥)处理处置技术发展现状进行了综述,重点对煤与城市固体废弃物共热解技术发展现状进行了详细地讨论,并以煤和城市固体废弃物(城市生活垃圾和城市污泥)为原料进行共热解资源化试验研究,具体工作如下: (1)以神华煤和城市生活垃圾为原料,研究了共热解原料配比、热解温度等因素对热解产物分布的影响。采用色质联检仪、气相色谱等现代分析手段考察了热解炭、焦油和热解气的性质,为煤与城市生活垃圾共热解资源化技术提供了基础工艺参数。 (2)以劣质煤和城市污泥为原料,采用炭化活化工艺制备污泥-煤基活性炭,从共热解原料配比、活化剂添加量、活化温度、活化时间等方面,考察了共热解制备污泥-煤基活性炭的较优工艺参数。为了降低生产成本,减少活化剂用量,初步探讨了复合活化剂对炭化活化反应的影响,并采用电子扫描电镜和比表面积测定仪观察了污泥-煤基活性炭的表面形貌。 结果表明: (1)神华煤与城市生活垃圾中主要有机可燃成分的热失重区间存在较大的重叠,这种失重温度区的重叠为共热解相互作用提供了可能。神华煤热解以热解炭为主,且热值达29.30MJ/kg;热解焦油以芳香烃和烷烃为主,含量分别为41.13%和30.79%,其中苯萘类油含量达23.00%;热解气成分主要为H2,含量达51.59%,而CO2含量极少,仅为4.82%。城市生活垃圾热解炭灰分含量较高,热值仅为4.78 MJ/kg;热解焦油以烯烃和烷烃为主,含量分别为25.70%和28.38%,其中醇类、酯类等含氧有机组分含量较高;热解气成分主要为CO2,含量达31.64%,而氢气含量极少,仅为7.32%。神华煤与生活垃圾共热解过程存在明显的“协同作用”,具体表现为:随着神华煤添加量的增加,热解炭产率和热值增大,焦油和热解气产率减小;共热解焦油中苯萘类油含量增加3.20%7.48%,链烃类油增加10.14%-12.69%,含氧官能团类油减少6.60%-14.64%,热解焦油热值得到提高,且呈现“链烃化”趋势。热解温度对神华煤与生活垃圾共热解产物分布及性质有较大影响,具体表现为:随着热解温度的升高,热解炭产率及挥发分含量不断减小、灰分和固定碳含量及热值有所增大;焦油中芳香烃、烯烃和烷烃含量先增大后减小,并在850℃时达到最大值,此时焦油中轻质油含量也达到最大值;热解气中CO2、CH4和CnHm的含量逐渐降低,CO和H2含量逐渐增大,热解气的热值逐渐减小 (2)将城市污泥与劣质煤在600℃下直接混合炭化,结果表明两种物料在炭化过程中存在相互作用,炭化后得到的碳结构体碘吸附值明显提高,初始孔隙数增加。以K2CO3为活化剂进行煤与污泥炭化活化实验,通过单因素实验和污泥-煤基活性炭碘吸附值的测定,确定了较优的活性炭制备工艺。当劣质煤、城市污泥和K2CO3的质量比为30:70:44,活化时间为90min,活化温度为900℃时,经酸洗烘干后的污泥-煤基活性炭碘吸附值可达1064mg/g。复合活化剂(K2CO3+钾盐A)对污泥-煤基活性炭吸附性能有较大影响,具体表现为:在保证污泥-煤基活性炭碘吸附性能的前提下,钾盐A的添加明显地减少了活化剂K2CO3的添加量。通过表征,当劣质煤、城市污泥、K2CO3和钾盐A的质量比为30:70:22:4.4时,复合活化得到的活性炭碘值为842 mg/g, BET比表面积为669.95 m2/g,中孔孔容为0.30ml/g,微孔孔容为0.19ml/g,总孔容为0.62ml/g平均孔径为5.54nm,且活性炭孔结构多呈平行壁夹缝状。


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