论文部分内容阅读
近年来,能源危机和环境问题的日益严重,固体废弃物资源化利用已成为国内外专家学者研究的热点问题。固体废弃物资源开发和利用,可以有效缓解我国的能源和环境压力,并可建立一个有效的可持续的能源资源化体系。其中,固体废弃物热解技术能将低品位的固体废弃物转化为高品质的液体燃料和高附加值的产品,吸引了广泛的关注。在固体废弃物热化学转化过程中,研究热解过程是最基本内容,热解过程的变化规律及其影响因素的研究可以有效地为固体废弃物资源化利用提供理论依据。 本研究采用真空热解实验装置,对生物质麦秸秆、自行车轮胎和汽车轮胎三种原料进行了真空热解液化和催化真空热解液化等实验研究,以探讨三种原料的真空热解特性行为和催化真空热解反应机理等,主要内容包括以下几个方面: (1)对三种原料进行了真空热解液化实验研究,主要探讨和比较了两种干燥方法(微波干燥和真空烘箱干燥)对热解产物的影响。结果表明,三种原料的真空热解液化较佳热解温度为500℃。微波干燥处理能够促进原料的热解,同时又能有效抑制裂解油蒸气的二次裂解,从而有助于提高液相产物的收率。三种原料的液相产物收率,相比真空烘箱干燥都有1~2%的提高。微波干燥法可获取附加值较高的裂解油,从而提高裂解油的应用价值; (2)为了进一步提高裂解油的附加值,在前人科研的基础上,用超声浸渍法制备了负载型ZnO-CaO/γ-Al2O3催化剂,超声法所制备的催化剂中ZnO和CaO负载量分别达到9.17wt%和6.44wt%。与普通浸渍法进行比较,具有更大的比表面积,催化性能更强; (3)本研究采用真空热重分析仪对三种原料进行了真空热重实验研究,探索不同原料的真空热解特性和动力学参数。在此基础上,加入负载型ZnO-CaO/γ-Al2O3催化剂到原料中,并进行了真空热重实验研究,探讨负载型催化剂对原料的动力学影响,获得催化真空热解的动力学参数; (4)本研究选择微波法预处理后的原料,与催化剂混合,并进行真空热解实验研究。重点讨论有无催化剂对三种原料的真空热解产物产率、裂解油化学组分及其相对含量的影响。主要采用FT-IR分析、GC-MS分析技术对裂解油进行了对比分析,通过对组分的分析,进而对催化真空热裂解反应机理进行初探。得出如下结论:添加负载型ZnO-CaO/γ-Al2O3催化剂能有效促进原料的热裂解。对于三种固体废弃物原料的真空裂解实验研究的结论是:在热解终温为500℃,升温速率为10℃/min,原料和催化剂比为8∶1的条件下发生催化裂解反应时,三种固体废弃物原料都能获得较高的液相产物;对于生物质麦秸秆而言,添加负载型催化剂能够把热解产生的羧基等“类CO2活性中间体”直接固定生成各种有机盐,有利于氧含量的降低,从而提高生物油的品质;对于轮胎而言,添加负载型催化剂起到脱硫作用,降低裂解油中的硫含量,使得裂解油作为燃料的可行性更强;还增加了裂解油中的D-柠檬烯和BTX(苯、甲苯和二甲苯)的含量,将其作为化工原料利用,经济价值更高。