城市固体垃圾热解设备与特性研究

针对无筛分城市垃圾热解的实用技术进行了研究,开发出内热源和外热源联合使用的垃圾热解设备.同时对设备的温度变化、垃圾热解特性、产气规律以及影响热解气热值的主要因素等进行了详细的分析.结果表明:实用热解设备的产气率高,理想热解温度在700℃以下.垃圾热解气中H2的体积分数达15.2%,C2H4,C2H6,C3H6和CH4的体积分数总和是10%,热解气的平均热值为7546.4 kJ/m3.设备运行稳定且温度特性满足设计要求.     

热解温度对东胜褐煤等温热解的影响

对东胜褐煤进行等温热解试验,分析热解温度对褐煤热解气的组成、产量和热值的影响,并利用FTIR对褐煤及其热解产物半焦的主要分子结构进行分析。结果表明,随着等温热解温度的升高,褐煤热解产物半焦中脂肪烃类结构及含氧官能团减少;热解气中CO和H2的含量逐渐增加,CO2的含量明显降低,CH4和CnHm的含量先增加后减少,热解气的产量和热值明显增加;当热解温度为700℃时可得到较高热值的热解气,此时φ(H2)高达39.5%。     

块状长焰煤高温蒸气热解的试验研究

应用太原理工大学高温蒸气热解试验系统,以高温过热水蒸气为热源介质对块状长焰煤进行加热,针对热解的产气规律、产气性质等热解特性做了实验研究.得出了块状长焰煤在受热过程中的产气量具有温度阶段性,450℃到500℃是热解气体产气的最佳温度段;对于产气性质而言,CO2的体积分数相对比较高,且随着温度的升高体积分数变化不大;CH4,CO的体积分数随着温度升高而下降;H2的体积分数随着温度升高持续增加,它对热解气体的热值贡献最大;两个碳原子以上的烃类气体体积分数很少;从4个取样点所取样品计算出的热值看,525℃的气样热值可达到水煤气的热值水平,425℃时气样热值可达到焦炉煤气的热值水平.     

碱金属浸渍对垃圾衍生燃料与褐煤共热解催化特性

为探究碱金属对垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel,RDF)与褐煤共热解特性的影响,对样品灰进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)分析,并对酸洗及酸洗后碱金属K和Na溶液浸渍样品进行热重红外联用(TG-FTIR)分析。结果表明:RDF与褐煤之间元素组成含量具有较大差异,但主要元素种类没有发生大的波动,主要含有Al,Si,P,S,K,Ca,Ti,Fe等元素。RDF与褐煤质量比为3∶7时的元素组成与褐煤相似。酸洗能去除样品中的无机碳酸盐,酸洗以及碱金属浸渍后将热解过程分为两个阶段:生物质组分热解(173~433℃)和塑料类物质热解(402~566℃)。RDF与褐煤共热解产物主要为轻质气体(CO,CO2,CH4,H2O)及半挥发性有机物(C=O和C—O—C)。碱金属K和Na的催化作用是RDF与褐煤产生协同反应的原因。气体产物FTIR析出曲线中原样气体峰值浓度最高,碱金属K和Na浸渍样气体峰值浓度次之,酸洗样气体峰值浓度最低。     

垃圾衍生燃料流化床焚烧污染物排放特性

为解决直接焚烧生活垃圾产生二次污染问题,将城市生活垃圾源头提质后制成RDF燃料,在流化床内焚烧以研究气态污染物排放特性。研究结果表明:RDF中随塑料比例增加,CO质量浓度减少,SO2质量浓度缓慢增加,当RDS燃料质量分数为35%时,SO2质量浓度趋于平缓,NO质量浓度先急剧升高,当RDF燃料质量分数为35%时,NO质量浓度趋于平缓;随床温升高,CO质量浓度明显降低而NO质量浓度增加,SO2质量浓度缓慢增长至850℃时基本不变;CO质量浓度随炉膛出口氧质量分数增大逐渐减少;SO2和NO质量浓度逐渐升高;随废石灰添加量增加,SO2的脱除效果较好,CO排放质量浓度呈略微减小的趋势,NO质量浓度增加显著。NOx,SO2和CO的质量浓度均远低于国家标准。最佳污染控制工况为:含25%~35%塑料RDF,床温为850℃,炉膛出口氧质量分数为11%,Ca O质量分数为5%。     

陕北低阶烟煤回转热解反应特性

针对陕北低阶烟煤在回转式反应器中的中低温热解过程,考察热解温度、粒径等级、回转速率对粉煤热解反应规律的影响。结果表明:相比于粒径和回转速率,热解温度对热解规律的影响最为显著;随着热解温度升高,半焦产率降低,半焦中挥发分明显减少;焦油产率先增大后减小;热解气中H_2体积分数增加,CH_4体积分数减少;煤样粒径为3～4 mm时,热解焦油产率达8.48%;粒径变化在一定程度上影响半焦和热解气的产物分布与性质;提高回转速率有利于挥发分的析出,焦油和热解气产率有所增加;煤粒热解粉化程度随着热解温度升高、煤样粒径增大、回转速率提高而加剧;过高的回转速率会导致热解焦油中机械杂质含量增大,恶化产物性质。     

塑料在高频等离子体中的热解气化研究

采用高频电容耦合等离子体对塑料聚乙烯进行热解处理,重点考察热解气体产物的分布及组成,结果表明,热解产物中包括可燃气和热解碳黑,几乎没有发现焦油产生.高频N2等离子体热解时,热解气体中主要成分为H2、CH4以及其它有机小分子;进入气体中的C转化率低,而H转化率高.当采用水蒸汽等离子体热解时,热解除产生大量H2、CH4外,还有CO以及其它有机小分子气体产生,同时进入气体中的C转化率提高.     

加压流化床中影响生物质气化气组成因素的研究

以加压流化床为反应器,锯末为原料,通过测定生物质空气气化产物的组成及其随反应条件变化的规律,确定了生物质结构与生物质气化气组成的关系。在700~850℃的温度范围内,以50℃为增量,考察了温度对气化产品气的影响。结果表明:CO是生物质气化的主要产物,在700~850℃的范围内,CO含量迅速升高,同时H2、CH4和烃类气体(包括CH4、C2H4、C2H2、C2H6、C3H6、C3H8)的含量也有升高,CO2的含量先升高后降低。生物质加压空气气化的实验中,压力从0.5 MPa变化到1.7 MPa,随着压力升高,CO2的体积分数上升,而CO和H2的体积分数下降,CH4和烃类气体的体积分数随压力的升高有上升趋势。生物质空气-水蒸气气化的实验中,水蒸气与生物质质量比mS/mB从1.1变化到2.6,随着mS/mB的升高,CO2,H2的体积分数均有所上升。反应结果表明,升高温度有助于生物质转化为气体;而压力越高越有利于CH4等烃类气体的生成,且随着压力的升高,反应器的处理量增大,反应程度加深;水蒸气的加入,减少了空气的消耗量,并生成了更多的H2及碳氢化合物,改善了产品气的质量。     

CaO基催化剂在生物质热解中原位脱碳作用研究

研究了CaO基复合催化剂在生物质热解过程中的原位脱碳作用,通过气相色谱仪分析热解气体产物组分及含量。结果表明,CaO基复合催化剂可以原位吸附生物质热解过程中产生的CO₂,达到生物质定向催化转化的目的。使用Fe-CaO、Ni-CaO复合催化剂可使生物质热解液相产物产率降低至20%以下,而气体产率提高,最高可达67.1%。Ni-CaO催化热解条件下气体产物中H₂含量最高可达52.9%,同时φ(H2)/φ(CO)达到2.6,改善了热解气品质。     

城市固体废弃物热解气化处理气化段模型

采用热解气化方法处理城市固体废弃物，为研究气化段产气情况，建立了物理和数学模型．实验设备采用上吸式固定床反应器，过程不需外来能源供应，热解得到的垃圾碳部分燃烧用于提供整个过程所需的能量，最终通过热解和气化产生以CO、H2、CH4和N2为主要成分的可燃气，热值接近城市煤气．通过气化层3个典型反应和物料平衡及能量平衡，在垃圾质量不变时，得到不同垃圾成分、不同热解温度与生成的燃气各成分体积、总体积覆所需进风量及所需水蒸气量的合理匹配．并得出将垃圾热解气化炉的反应温度控制在800—900℃，能得到最佳产气量的结果．     

污泥微波热解过程中CaO,ZnCl_2和水蒸气对富氢气体生成特性的影响

在单模微波反应炉中进行了污泥高温微波裂解试验,考察了CaO,ZnCl2和水蒸气对H2,CH4,CO2和CO污泥热解气组分的影响规律及影响机理.研究结果表明,在800~950℃高温条件下,引入CaO或者ZnCl2均能促进热解气中H2体积分数的提升.当CaO和DS(干基污泥)质量比从0增至1∶4时,H2的体积分数从34%提升至39.5%,然而,进一步提高CaO和DS的质量比对H2体积分数的影响并不显著.ZnCl2的效果较CaO更为显著,当ZnCl2和DS质量比从0增至1∶2时,H2的体积分数从34%提升至47.5%.高温微波热解过程中引入水蒸气有利于富氢气体的生成,在800~950℃条件下,引入0.69g/min的水蒸气时,H2体积分数达到50%,提高了49.2%.研究还表明,CaO或ZnCl2与水蒸气进行联合催化气化时,在促进富氢气体生成方面优于催化剂或水蒸气单独作用下的效果.     

城市污水污泥热解实验及产物特性

采用外热式固定床热解装置，在250～700℃温度范围内对污水污泥进行了常压热解实验．研究了不同热解终温时固、液、气产物的燃料特性．结果表明，随着热解温度的提高，固体产物挥发分减少，固定碳和灰分增加，在250～450℃挥发分随热解温度变化较快，450～700℃时变化趋缓；固体产物热值在低温段较高，350℃时达到32475．6lkJ／kg，而后随热解温度的升高而降低．通过对热解油状产物性能评价，除N、S含量超标外，其他性能都可满足燃料油的要求（SH0536-95）．根据气相色谱的分析结果，温度在250～450℃时，热解气主要为CO2；在450～700℃时，气体中H2、CH4和CO等可燃气体含量逐渐增加，600℃时气体的热值最高，达到15530kJ／m^3．实际应用中在450～600℃下热解为宜．     

层状双金属氢氧化物催化生物质热解制高品质合成气应用前景展望

合成气是制备生物质基液体燃料和高附加值化学品的重要原料,热解是实现生物质在低温下向高品质合成气转化的有效途径之一.在热解过程中,催化剂能够促进生物质热解挥发分中焦油大分子的裂解、重整转化,降低CO2和CH4等气体组分体积分数,同时通过水汽变换反应调整气体组分,最终实现合成气的净化和调变,而高活性、热稳定和抗积碳催化剂的...     

赤铁矿对2种低阶煤热解特性影响

为研究赤铁矿对新疆哈密(HMR)和陕西子长(ZCR)2种低阶煤热解特性影响,在热重分析仪和固定床实验基础上,采用气相色谱仪对热解气相产物组成分析。实验结果表明:外加赤铁矿使HMR和ZCR失重率增大,600℃时,添加20%赤铁矿的HMR和ZCR热解失重率分别增加3.84%和3.23%;当固定床热解温度为600℃时,HMR和ZCR热解焦油产率达到最大,分别为8.91%和10.23%.当赤铁矿添加量为20%时,HMR和ZCR热解转化率分别提高1.97%,0.49%.随着赤铁矿添加量的增加,HMR和ZCR热解气相产物中H2,CH4,CO和CO2产率明显提高,当赤铁矿添加量为25%时,CH4产率分别提高12.56和6.78 m L/g;赤铁矿与煤内在矿物质脱除均对HMR和ZCR热解活化能降低起到促进作用,对活化能的降低顺序为HMR内在矿物质ZCR内在矿物质赤铁矿。     

二甲醚掺氢低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外光电离结合分子束取样质谱技术,研究了当量比为1.5,燃料掺氢体积分数为0%、40%和80%的二甲醚/氢气/氧气/氩气低压层流预混火焰。测量了火焰温度曲线和火焰物种的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰温度、燃烧主要产物CO和CO2以及主要燃烧中间物CH2O、CH3、C2H2和C2H4的影响。研究结果表明:在低压预混二甲醚/氢气/氧气/氩气火焰中,随着掺氢比的增大,火焰温度逐渐降低,火焰中CO、CO2、CH2O、CH3、C2H2和C2H4的摩尔分数逐渐减小;在后火焰区,CO与CO2的摩尔分数比随着掺氢比的增大而减小,说明掺氢有利于CO氧化成CO2,促进二甲醚完全燃烧。     

科技期刊亮点

生物质热解气再燃可脱除燃煤流化床N2O生物质资源具有可再生性和CO2零排放特性,通过热解气化可以转化为以H2、CO和CH4为主的可燃气体,生物质热解气再燃是降低N2O排放的一种方式     

气氛对煤热解过程中气相产物释放的影响

利用固定床热解装置对西部弱还原性宁夏灵武煤(LW煤)及对比煤样山西平朔煤(PS煤)进行研究,考察了以N2、N2(80%)/CO2(20%)以及N2(98%)/O2(2%)(体积分数)为热解气氛时,热解气相产物的生成规律。实验结果表明,相同气氛下,LW煤受热分解生成的H2、CO和CO2的累积产率均比PS煤高,而CH4的累积产率比PS煤低。相对于N2气氛,在200~600℃范围内,CO2气氛中LW煤的H2累积产率降低,CH4的累积产率增加,PS煤CH4的累积产率显著下降;O2气氛降低了两种煤的初始热解温度,改变了气相产物的组成,从而使气相产物累积产率均大幅度增加。气氛对煤热解活性的影响与其还原程度有关,CO2对PS煤的影响作用明显,对LW煤的影响较小;而O2对弱还原性LW煤具有更强的影响作用。为我国西部弱还原性煤炭资源的综合利用提供基础理论依据。     

源头提质的可燃固体废物流化床气化实验

采用流化床对源头提质的可燃固体废物进行气化实验研究,研究反应温度和空气当量比(ER)对燃气组分变化和气化反应特性的影响。研究结果表明:随着气化温度升高,H2和CO体积分数也随之升高,而CO2和CH4体积分数随着气化温度升高而降低;随着空气当量比增大,CO2体积分数也随之增加,而H2和CH4体积分数随着空气当量比增大而减少;气化气可燃成分中的CO体积分数最高,H2和CH4体积分数次之;气化气低位热值随着气化温度升高和空气当量比增大而降低,而气化效率随着气化温度升高和空气当量比增大而降低;气化气产率随着温度升高而增大,随着空气当量比增大而增大。典型组分气化的最优工况如下:空气当量比为0.4,温度为700℃。     

含Cd油菜秆热解实验研究

以含Cd油菜秆(Cd-RS)为研究对象,通过热解实验研究重金属Cd对油菜秆(RS)热解产物的影响规律以及Cd在油菜秆热解过程中的迁移转化机制。研究结果表明:Cd-RS生物油产率随热解温度升高呈先升高后降低趋势,并在500℃达到最大值,为50.95%;适量Cd可有效提高生物油和生物炭产率,同时大幅降低生物气产率。Cd导致气体产物中的H2体积分数升高,CO2,CO和CH4体积分数降低,同时气体热值大幅降低。相比于RS,Cd-RS热解炭中的固定组分的质量分数降低,挥发分和灰分质量分数升高,C和H质量分数降低,O质量分数升高,热值大幅下降。随着热解温度从400升至600℃,Cd的保留率从84.97%快速降至4.29%,适当降低热解温度可有效防止油菜秆中Cd的挥发,油菜秆中的Cd经热解后以单质Cd,CdO和CdS形式存在于热解残炭中,其对环境的危害性大大降低。     

热解温度对淮南煤热解与CO_2气化特性的影响

采用STA409热综合分析仪研究了不同热解温度(950℃,1200℃和1400℃)下淮南煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜和X射线衍射仪等对不同热解温度下煤焦的物化特性进行了分析.发现随着热解终温的升高,煤焦表面孔隙增大,总孔体积和孔面积也明显增大;煤焦的碳微晶结构逐渐向有序化方向发展,并最终导致石墨化,化学稳定性增强;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,且煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的活化能随碳转化率的增大和热解终温的升高而增大,说明煤焦的CO2气化活性随温度升高而降低.