论文部分内容阅读
石化污泥是指石油化工加工产生污水经处理后产生的污泥,包括隔油池底泥、浮选池浮渣和剩余活性污泥,通常含油大量的有机物、烃类、油类以及K、Na、Mg、Al、Ca、Fe等金属元素,含水率高,一般占石化企业固废总量的70-85%,处理难度大。按照《国家危险废物名录》属于危险废物,石化污泥无害化、资源化处置成为国内外污泥处理研究热点。石化污泥干燥炭化处理具有二次污染小、烟气处理简便、温室气体排放远低于焚烧法、原料中有机物转化为可用能源,以及炭化产物无害化的特点,被认为是一种清洁处理方式。因此,对石化污泥干燥炭化产物的分析和能量的回收利用实验研究,特别是干燥炭化系统的能量平衡实验研究,具有重要的工程应用价值。本文在石化污泥脱水性能研究的基础上,针对不同含水率的石化污泥与煤或稻秆按不同掺比,利用热重法研究了共炭化吸热量、失重率和失重速率、挥发分析出特性和固体产率。同时在管式炉上进行炭化小试实验,收集分析不同含水率的石化污泥与煤或稻秆按不同掺比共炭化残渣、炭化产油以及在线分析炭化产气,得到炭化产物产率和热值。建立了石化污泥干燥炭化需热量与炭化产气、油热值之间的关系,以及石化污泥干燥炭化系统的能差。石化污泥与煤或稻秆共炭化与单独炭化相似均可分为三个阶段:水分析出阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段,污泥、煤和稻秆炭化挥发分分解段的活化能分别为25.11KJ/mol、31.08KJ/mol和72.39KJ/mol;污泥炭化有利于污泥中重金属的稳定化,石化污泥在新型管翅式炭化器上炭化,炭化产挥发分立即燃烧,烟气中SO2和NOx均满足GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准。论文通过TG/DTG实验,拟合了共炭化中挥发分析出段动力学方程与污泥含水率及污泥掺比的关系式,建立了污泥与煤或稻秆共炭化活化能与污泥含水率及污泥掺比的关系式。通过管式实验,建立了石化污泥与煤或稻秆共炭化产气、油热值与绝干污泥比和污泥含水率、污泥掺比的关联式,利用DSC测试及管式炉实验数据,建立了炭化反应热Ed与污泥含水率和污泥掺比关联式。水分对炭化产气液固能的影响分析表明,污泥与煤共炭化气液热能与污泥含水率呈负相关,与固体产物热能呈正相关;污泥与稻秆共炭化气体热能与污泥含水率呈正相关,与固液体产物热能呈负相关。石化污泥干燥炭化系统能差为-9.9-10.76MJ/（kg干污泥）,均小于零,石化污泥单独炭化不能满足干燥炭化能量平衡要求,需要外热源提供能量或者添加煤和稻秆增加自身热值;中试实验石化污泥干燥炭化系统需要热量10.4087MJ/（kg干污泥）,与干燥炭化系统盈亏公式计算值10.76MJ/（kg干污泥）一致。与煤共炭化相比,在相同条件下石化污泥与稻秆共炭化挥发分产率高、炭化固体产物与绝干污泥质量比低,为减少炭化固体量,增加炭化挥发分燃烧取得热量,石化污泥与稻秆掺混共炭化为优选方案;另一方面,满足干燥炭化系统能量平衡条件时,石化污泥与稻秆共炭化,污泥掺比更高,单位质量稻秆处理石化污泥量更多,石化污泥与稻秆掺混共炭化更优。通过建立的系统能差ΔQ与污泥炭化含水率w与污泥掺比p的关联式得到满足系统能量平衡条件式,实际干燥炭化运行最佳工况为:污泥与稻秆混合,污泥含水率及比重分别为39.21%和0.26。