垃圾低温热解特性的模拟研究以及全生命周期分析

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近年来,中国的经济持续保持着快速增长,同时人民的生活水平也不断提高,但也因此导致城市生活垃圾的产量出现了大幅的上升,造成严重的环境问题与社会问题,严重影响了自然环境与人们的正常生活。而传统的卫生填埋、堆肥与焚烧处理方式都存在种种的弊端,难以满足垃圾减量化、资源化、无害化处理的原则,因此对垃圾处理进行技术革新是迫在眉睫的行动。利用热解进行垃圾处理是符合国家政策、经济发展趋势的技术方向,因此本文将对垃圾热解进行流程模拟研究与生命周期评价,探究垃圾低温热解流程的影响因素与环境影响。本文基于Aspen Plus软件,选取城市生活垃圾中的典型组分塑料和橡胶,对其低温热解过程进行建模与流程模拟。其后分别调整热解温度、设置不同热解气氛以及混合不同组分比例等反应条件,对生产过程各环节进行模拟,并分析各种参数变化对热解产物分布及其产量的影响,特别是对半焦收率、碳排放以及污染气体排放变化的影响。之后利用eBalance软件建立生命周期评价模型。具体将流程分为垃圾收集运输、干燥、热解、产物分离四个环节,对整个流程的投入产出(即资源消耗和污染物排放)分环节进行统计,列出清单,量化分析,进而选取全球变暖潜值(GWP)、初级能源消耗(PED)、中国不可再生资源消耗(CADP)、可吸入无机物(RI)、酸化效应(AP)、富营养化(EP)这六个环境影响指标对系统进行影响评价。最后根据量化数据指出应优先实现改善的环节,为系统的优化提供依据。研究结果表明,低温热解过程在温度400℃时所得产物在污染物排放及能源转化等方面效果较好。在该温度下,N2与可燃气体的混合存在最优热解过程,当可燃气体比例达到6070%时固体产物结果最为良好。在该模拟条件下,热解所得固体产物半焦的热值为24.96MJ/kg,高于一般褐煤的热值,可直接用作工业原料和燃料。系统造成的环境影响中全球变暖潜值处于第一位,是应当优先优化的影响类型,可以针对尾气排放中的CH4进行回收利用以此降低GWP值。而系统环节中热解环节的环境影响值占比极大,需重点进行环节优化,可以通过热解设备的优化选型、节能处理与效率提升来解决。
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