污泥与酒糟催化共气化制备富氢合成气

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固体废物(简称固废)的大量堆积造成的环境问题,已引发社会的广泛关注,固废的资源化利用成为当前研究的热点之一。利用有机固废气化制取富氢合成气,可以将其资源化利用,生产出需求量日益增加的清洁能源,实现燃料替代。本研究以贵州当地典型的两种废弃生物质:污水污泥[简称污泥(SS)],白酒酒糟[简称酒糟(SDG)]为原料,以水蒸气作为气化剂,利用固定床反应装置开展了一系列实验,以产气速率及产气量等评价指标,探究了SS、SDG气化的特性,在此基础上,为提高它们的气化特性,引入另一种固废赤泥(RM)作为催化剂,考察了RM对SS和SDG共气化产物分布和气化活性的影响,探究了共气化时三者的协同催化机理。研究的主要内容及其结论如下:(1)研究了SS和SDG在不同温度下的气化反应特性,对比了二者的H2释放速率以及气体产量。SS的催化指数、活性官能团强度均高于SDG,在相同的温度下,SS的气化反应活性高于SDG。SDG的H2产量高于SS。SS和SDG在气化活性和产气量之间存在着互补。(2)研究了SS和SDG共气化的特性,探讨了气体组成以及H2/CO,H2/CO2、CO/CO2的变化规律。结果表明,H2、CH4随着SDG掺混比的增加而增加,CO、CO2随之增加而减小;H2、CO、CH4的实际占比高于理论计算值,CO2的实际占比低于理论计算值,并且H2/CO,H2/CO2,CO/CO2三者均呈现非线性变化,SS与SDG共气化存在协同作用。在SS:SDG=1:1,温度为800℃时,协同效应最强,协同因子达到最大值1.36。掺混比和反应温度对气化反应活性的影响,表现为随着SS掺混比或者温度的增加,气化反应活性逐渐增加。(3)考察了RM作为催化剂与SS和SDG共气化特性。结果表明,随着RM添加量从0逐渐提高到37.5%,H2释放速率最大值逐渐提高,H2、CO2产量提高,CO产量下降;当RM添加量从37.5%提升到50%时,H2释放速率最大值以及H2产量下降。RM中含有大量的Fe盐促进了WGSR;当RM过量时,惰性成分也随之增加,抑制作用增大,对气化反应不利。协同催化作用在RM添加量为37.5%时最强。(4)考察了反应温度对SS、SDG、RM共气化产物中H2/CO、碳转化率以及协同作用的影响。结果表明,随着温度的升高,H2/CO的比例逐渐下降,添加RM后H2/CO高于未添加RM。碳转化率达到0.9的时间逐渐缩短,表明温度升高促进了气化反应活性。随着温度从700℃升高到800℃时,协同因子升高,当温度从800℃升高到900℃时,协同因子下降,在温度为800℃时,协同因子达到最大值1.92。(5)考察了SS、SDG掺混比对气体组成、碳转化率和协同因子的影响。结果表明,添加RM后,H2比例、碳转化效率、协同因子均明显高于未添加。在SS:SDG=1:1,RM添加量为37.5%,温度为800℃时协同因子最大值1.92。
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