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城市生活垃圾催化气化制取燃气的实验研究

刘建军  
【摘要】:随着社会经济的发展和城市化进程的加快,城市生活垃圾的增长速度及其数量也在不断的加快。传统的生活垃圾处理技术主要包括填埋、堆肥、焚烧等,但这些方法都存在一定的弊端和二次污染问题。而垃圾气化处理技术,由于具有污染物排放低、显著的减量减容性以及产生可燃气体等优点,被认为是焚烧处理最具有潜力的替代技术,逐渐成为新的研究热点。 本文采用均匀沉淀法制备镍铁氧体复合晶体,探讨了反应物配比、反应温度和时间、煅烧温度等因素对制备工艺的影响,确定复合晶体制备的最佳工艺条件;采用XRD、FTIR、SEM等表征手段对复合晶体进行分析表征。分析结果表明,所得产品为NiFe_2O_4、NiO复合纳米晶体,结晶完整,粒度均匀,属立方晶系尖晶石结构,平均粒径约为52nm。同时,探讨了沉淀和煅烧反应过程中各因素对产品产率及平均粒径的影响,实验得出制备复合晶体的最佳工艺条件为:反应物镍铁盐比例n(Ni)/n(Fe)为3:1,沉淀反应温度和时间分别为110℃和2.0h,煅烧温度600℃。 采用沉积沉淀法制备Ni-Fe/γ-Al_2O_3,Ni-Co/γ-Al_2O_3,Ni-Ce/γ-Al_2O_3等3种镍基催化剂,采用XRD、FTIR、SEM等表征手段对催化剂进行分析表征,并将催化剂用于城市生活垃圾催化气化产品气中焦油的裂解和重整,对催化剂的催化性能进行测试和比较。 在固定床反应装置上,采用自制的镍基催化剂,对城市生活垃圾裂解气化进行研究,探讨了催化剂、气化炉温度、水蒸气物料比(S/M)、原料粒径等因素对产气特性的影响,对生成气体的产率和成分进行分析,确定催化气化的最佳工艺条件。实验结果表明,生活垃圾催化气化所得产品气的主要成分为H_2、CO、CH_4和CO_2等,镍基催化剂能有效促进焦油的裂解、改善气体的品质,自制的3种镍基催化剂的催化效果为:Ni-Fe/γ-Al_2O_3﹥Ni-Ce/γ-Al_2O_3﹥Ni-Co/γ-Al_2O_3,其中Ni-Fe/γ-Al_2O_3催化剂在800℃时焦油的去除率达到99%,H_2产率最高可达到56%;温度是影响气体产率和品质的重要因素,温度越高,H_2含量和气体产率越高;水蒸气的引入能提高气体品质和产率,但是过多的水蒸气会降低气化温度,从而降低气体的品质,实验条件下水蒸气物料比(S/M)最佳比值是1.33;原料粒径同样是影响气体产率和组分的重要因素,粒径越小,产品气的品质和H_2含量越高。同时,对城市生活垃圾催化裂解和气化、水蒸气重整制取富氢燃气的反应机理进行了初步分析和研究。


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