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基于柴油介质的城市生活垃圾热解焦油乳化特性研究

张杰  
【摘要】:热解是实现城市生活垃圾资源化利用的重要技术,焦油作为垃圾热解的三相产物之一,其处理处置和资源化利用对该技术的推广应用具有重要意义,近年来受到愈来愈多的关注。然而,有关城市生活垃圾热解焦油的处理处置和资源化利用的研究仍然较少,在一定程度上影响热解技术的应用。论文以城市生活垃圾热解焦油为对象,研究了其理化特性和化学组成,并对其与柴油的乳化过程进行了研究,考察了乳化油作为燃料油的可行性,为焦油的处理处置与资源化利用提供参考。经试验研究,得出以下结论:(1)城市生活垃圾热解焦油的密度为1.247g/cm~3、运动粘度为11.81mm~2/s,均较一般燃料油大。pH为2.65,呈现出较强的酸性。试验收集到的焦油中水分很少。焦油的低位热值为28.95MJ/kg,作为燃料油具有很大的潜力。C元素是焦油的主要组成元素,焦油的O含量较高,达21.05%,在后续提质利用中应需注重焦油的脱氧;焦油中H元素的含量为6.34%,而N元素和S元素的含量较小。(2)焦油的化学成分主要包括烯烃、烷烃、醇、酸、醛、酯、酮、酚、腈、胺、单环芳烃、多环芳烃和其他一些杂环化合物等。焦油中含有大量的酸类和酯类物质,分别达到了27.86%和25.34%。苯酚类物质占含氧有机物的比例较大,而醇、醛、酮类物质相对较少。除此之外,还有蛋白质裂解所产生的腈类和胺类等含氮有机物。在烃类物质中,大分子的多环芳烃类物质占比较大,多环芳烃中萘、蒽、菲及其衍生物占有较大的比重。(3)焦油与柴油乳化的单因素试验结果表明,乳化油的稳定性和pH值均随亲水亲油平衡值(HLB值)的增大而先提高后下降,粘度则随HLB值增大而增大。随着乳化剂用量的增加,乳化油的稳定性逐渐提高、酸性逐渐减弱,但粘度逐渐增大。焦油添加量越大,乳化油的粘度越大而pH越小,其稳定性越差。当温度在40℃以下时,乳化液的稳定性随着温度的升高变化不明显,且40℃时乳化油粘度最小、酸性最弱。之后,随着温度的升高,乳化油的稳定性会逐渐变差。(4)通过正交试验,得到焦油与柴油乳化的最佳工艺操作条件为:复配乳化剂HLB=8,乳化剂用量为柴油体积的12.5%,焦油添加量为柴油体积的4%,乳化温度为40℃。(5)最佳乳化工艺条件下制得的乳化油,其透光度比为0.967,稳定性良好,密度和运动粘度均低于热解焦油而略高于柴油,热值为42.83MJ/kg,铜片腐蚀试验结果所表现出的腐蚀性较小。(6)对焦油、柴油和最佳乳化油进行热重分析发现,乳化油相较于热解焦油的失重特性有很大的改善,乳化油的整体质量损失率提高了,热解曲线向低温区间偏移。(7)最佳乳化工艺条件下乳化油的成本为7.95元/L,比市售0#柴油的价格高出21%左右,其经济性仍需进一步提升。


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