湿污泥热解影响因素与产氢途径的研究

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随着城市现代化进展的加快,城市污水污泥也是呈现逐年递增的趋势,如何有效处理处置污泥还有待解决。传统的污泥处置方法已不能满足社会需求,热解以其在产生最小的危害副产物前提下获取最大的能源回收的优势,越来越得到科研工作者的重视。湿污泥中的水分可以促进高品质可燃气体的生成,本文从经济性出发,总结前人经验,继续探讨湿污泥热解产氢的最优条件,湿污泥直接热解的优势以及热解过程H2生成途径及趋势,主要内容及结论如下:采用管式高温电热炉和水蒸气发生器及其他附件构成实验系统,总结了单批进料量、反应停留时间、升温方式和热解方式对热解产物及气态组分的影响规律。实验结果表明,反应终温为1000℃条件下,对于本实验装置,单批进料量为250g湿污泥时,可以在较短的时间内得到较高品质的富氢燃气;反应时间进行到45min时,反应已基本完成,大多数富氢燃气在此之前已经大量生成。采用初次设定温度即为终温的升温方式,提高了升温速率,更多的中间产物参与到高温重整反应和二次裂解反应中,导致CH4和CO2含量有较小程度的减少,而H2和CO含量得到大幅增长。同等条件下湿污泥直接热解实验可以得到更多的H2和CO高品质气体。分析三相产物成分及元素含量,探讨产氢途径,预测产氢趋势。干污泥中可能含有的物质为:醇、胺、酯、醚、酸、烷、烯烃、脂肪烃和芳香化合物等,经过超过600℃的热解反应后,各成分均出现相应的减少;收集到的焦油主要有环芳烃、杂环化合物和少量的含氮、含氧化合物。随着温度的升高,C、H、O、N、S含量均有不同程度的降低,另外,参与反应的水分质量出现剧烈增长,说明水分的参与在很大程度上促进了气态产物的生成。随着热解的进行,可以得到更高的H2和CO含量,是因为在温度达到1000℃高温时,热解反应可以获得最大的能量供应,有利于中间产物的水蒸气重整反应、二次裂解反应及缩聚、环化反应的进行。H2的生成途径主要为大分子的脱氢反应、中间产物的裂解、缩合、环化反应及由水蒸气参加的重整反应。采用Excel拟合建立湿污泥热解过程产物变化的经验方程,预测继续扩大温度范围,气体产率会继续上升,H2、CO总含量和H2/CO值也会有相应提高。
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