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《深圳大学》 2018年
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微波热解模拟污泥产生物燃料及有机元素迁移规律研究

黄晓菲  
【摘要】:污泥是城市污水处理厂的副产物,如何以较低能耗处置污泥并高效回收有用物质及能源,已成为目前领域内研究的热点。近年来国内外学者将微波引入污泥热解技术,获得污泥高效减容、资源利用、重金属有效固定等效果。本文在优化工艺参数的基础上,分别考察了生物气和生物油两种能源产物的组成、生成规律及机理,探讨了碳、氢等有机元素迁移转化规律,并对污泥微波热解工艺的能量回收效率进行了评价。通过对微波热解污泥工艺参数进行优化,确定微波功率为关键影响因素,考察功率对热解产物分布、生物燃料的组成及生成规律的影响,结果表明:功率增大,升温速率加快,所达热解终温也更高。1400W时模拟污泥可在10min内迅速升温至901℃,热解终温高达1142℃,产气率高达48.53 wt.%,较原污泥(19.80wt.%)提高1.45倍,此时合成气含量高达61.96 vol.%。模拟污泥产生物油碳数分布为5~12的汽油组分含量提升,可降低其密度和粘度。生物油和生物气热值分别为28.66~35.03MJ/kg、4.81-12.89MJ/Nm~3,具有较高的能源价值。模拟污泥微波热解在1400W功率条件下的能量回收率高达14.7%,较原污泥提高了97.2%。研究热解温度对产生物燃料的影响,结果发现随温度升高,残炭和热解水产率均降低,生物气产率显著提升,模拟污泥产气率在1000℃高达52.93%,其中合成气含量为54.56 vol.%,说明高温段可以促进H_2和CO的生成。CO含量随着温度升高持续增加,H_2、CH_4含量及H_2/CO均在800℃达最高分别为26.22 vol.%、14.81vol.%和0.93,因此800℃更有利于得到更高品质的富氢燃气。产油率随温度升高先上升后降低,600℃产率最高,原因在于高温下少量油类产物发生二次裂解。随温度升高,含氧化合物和杂环化合物含量降低,单环芳烃类和PAHs含量随之增加。与原始污泥相比,模拟污泥产生物油中脂肪烃、含氧化合物含量下降,而单环芳烃类、PAHs、杂环化合物含量却提升,提高了生物油中可利用组分在化工方面的应用,降低了其密度、粘度、酸性、安全性及稳定性。污泥中碳、氢元素随温度升高呈现出不同的迁移规律。其中,生物炭中C、H的迁移量均逐渐减小,生物油中C、H在600℃均达最大值分别为6.79%、4.73%。随温度升高,生物气中ɑ(H,H_2)和ɑ(C,CO)均增大,CH_4中C、H的迁移量均先增大后减小,800℃碳、氢迁移量达最大分别为11.39%和24.95%。从而深入揭示了微波热解污泥制备生物燃料的形成规律,为后续微波热解污泥制取生物燃料的工艺奠定一定的理论基础。
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703;TK6

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【参考文献】
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