芦苇-生活垃圾共热解特性研究

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芦苇、生活垃圾在我国农村地区大量存在,一方面造成河道污染严重,同时也是一种资源浪费,通过共热解技术可以实现芦苇、生活垃圾的能源化利用。本文重点针对芦苇、生活垃圾的单独热解和共热解过程开展实验和理论研究,运用等转化方法分析芦苇、生活垃圾及其混合物的热解动力学参数和反应机理,探究混合比对热分解过程及其产物的影响,分析共热解过程中的协同作用规律。本文以芦苇根、茎、叶和塑料、鸡骨、白菜、柚子皮等典型生活垃圾为研究对象,利用热重分析仪对芦苇、生活垃圾热解、共热解过程的热失重特性进行研究。芦苇茎的挥发分含量高,热解温度适中,适用于共热解研究。芦苇、鸡骨头、白菜、柚子皮等生物质样品的热解可分为脱水、挥发分析出、炭化三个过程;与生物质样品不同,塑料样品的热解不包含水分蒸发过程。根据样品单独热解特性,将芦苇与生活垃圾分为3:1、1:1、1:3三种混合比进行共热解,混合样品失重率的实验值高于理论计算值,随着芦苇混合比例的提高,芦苇-塑料、芦苇-白菜、芦苇-柚子皮混合样品的共热解协同作用逐渐增强,而芦苇与鸡骨头混合样品共热解的协同作用减弱。采用无模型方法对芦苇、生活垃圾单独热解和混合热解的动力学特性进行了研究。鸡骨头单独热解的表观活化能为236-462 k J/mol,远高于其他样品单独热解的活化能。当芦苇-塑料、芦苇-白菜、芦苇-柚子皮的混合比例分别为1:1、3:1、3:1时,共热解表观活化能显著降低,存在明显的协同作用。芦苇-鸡骨头的混合比例为1:3时,共热解表观活化能低于芦苇、鸡骨头单独热解的表观活化能。芦苇、生活垃圾单独热解和共热解的反应机理主要包括化学反应Fn、扩散反应Dn、相边界反应Rn。利用管式炉、气相色谱仪、扫描电镜等仪器,研究了混合比例对芦苇、生活垃圾共热解气相、固相产物的影响。随芦苇混合比例增加,芦苇与塑料混合样品的H2和CH4产量增加。芦苇与鸡骨头、白菜、柚子皮混合样品的CO产量与芦苇添加量呈线性递增关系,进一步证明了芦苇与生活垃圾共热解过程中存在相互作用。此外,芦苇的混合比例提高会造成混合样品生物炭的孔隙数量和片层状结构增加。本文研究结果加深了对生物质垃圾共热解过程与机理的理解,为芦苇、生活垃圾共热解技术的实施积累了基础数据。
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