垃圾衍生燃料热解气化过程中HCl与H2S释放特性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dfl_peng
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随着人民生活水平的不断提高,中国城市生活垃圾年产量不断增加,目前的垃圾处理能力和技术无法有效地处理所有垃圾,垃圾堆填不可避免地会引起恶臭、土壤和地下水污染等问题。城市生活垃圾因具有一定的热值,使其具备一定的资源化和能源化利用前景。随着环保要求的日益提高,垃圾气化处理技术逐渐成为了垃圾能源化利用方向的研究热点。而垃圾分类的制度、技术和垃圾衍生燃料技术的不断完善,可有效的实现垃圾的快速减容和便捷运输,更拓展了垃圾衍生燃料气化技术的市场前景。  由于垃圾本身组分特性原因,其热解气化后所产生的燃气中多含有一定量的HCl和H2S,其在高温还原性气氛环境中会导致设备接触面氧化膜加速退化,并通过协同效应加速设备腐蚀。本论文以常规生活垃圾衍生燃料(NRDF)、稻草秸秆(RS)、矿化垃圾衍生燃料(ARDF)和加钙常规生活垃圾衍生燃料(Ca-NRDF),以及NRDF热解半焦(NRC)、稻草秸秆热解半焦(RSC)、矿化垃圾衍生燃料热解半焦(ARC)和加钙常规生活垃圾衍生燃料半焦(Ca-NRC)为研究对象,通过热重分析仪-红外/质谱联用、水平石英管式炉反应器、化学吸收定量分析等实验方法,对比研究了不同物料热解气化过程中HCl和H2S的释放规律和影响因素,探索减少物料热解气化过程中HCl和H2S的释放量的方法。具体研究内容包括:1)不同原料成型过程中的最佳工艺条件;2)分别研究了慢速热解和快速热解过程HCl和H2S转化特性;3)以快速热解中的半焦产物为考察对象,研究样品种类、温度和气氛对半焦气化过程中HCl和H2S产率的影响规律。具体实验结论如下:  (1)通过实验摸索,确定130℃和6kN为最佳原料成型条件;通过对比实验,确定通过氧弹量热仪联合硫氰酸汞分光光度法可较为准确地分析样品RDF中的Cl含量。  (2)通过元素分析和工业分析对样品的基本特性进行表征,并通过慢速热解和快速热解的实验方法研究HCl和H2S的释放特性。可以发现,不同的物料组成,导致其在热解过程中表现出不同的HCl和H2S释放特性。相较于RS和NRDF样品,ARDF具有较高的灰分含量(41.68%)和较低的挥发分含量(40.75%),其无机Cl含量较高,所含S又多以无机S和稳定的芳香S化合物形式存在。因此,ARDF在慢速热解过程中表现出较低的HCl和H2S析出率。在慢速热解过程中,三种样品的HCl和H2S析出温度均分为两个区间,分别为200-400℃、420-500℃和270-370℃、380-670℃。快速热解过程中,三种样品的HCl析出率均随温度升高呈非线性关系,H2S析出率与温度呈正相关,且其析出率均在850℃达到最高。相比NRDF,样品RS和ARDF的腐蚀性元素不易释放进入气相,倾向于固相赋存。  (3)RSC、ARC和NRC碳转化率、HCl和H2S产率均随气化温度升高而升高,而其碳转化率、HCl和H2S产率会因气化气氛和气体流量的不同而有所不同。以CO2作为气化剂有利于样品的碳气化转化和抑制原料中的S转化为H2S,可在一定程度上降低装置运行过程中燃气对设备的腐蚀性。  (4)相较于NRDF样品,添加了5%CaO的成型燃料(Ca-NRDF)在慢速热解实验中减少了52%HCl和40%H2S的释放量;而在650℃的管式炉快速热解实验中,Ca-NRDF更是减少了66%HCl和71%H2S的释放量。Ca-NRDF热解半焦气化实验中,HCl的脱除效率随气化温度的升高而降低,而H2S的脱除效率随气化温度升高而升高,且CO2气氛下的HCl和H2S脱除效果优于H2O气氛。结合热解和气化的实验结果,Ca-NRDF在仿真气化条件下HCl和H2S的产率分别为49.7%和29.3%,相较于NRDF,分别减少了23%和36%。在垃圾气化过程中,CaO具有一定的脱硫脱氯效果,可有效的降低燃气腐蚀性。  在垃圾处理过程中,本文注重于垃圾成型为RDF之后的热转化过程,分别研究了热解和半焦气化过程HCl和H2S的转化特性、添加剂脱除效果以及影响因素,并结合两个过程的结果计算出实际情况中腐蚀性气体的产率与浓度,以期为实际工况防腐提供一定的理论依据。
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