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随着经济的发展和人民生活水平的提高,固体废弃物的产生量与日俱增,其污染问题越来越严重,而处理现状却是不容乐观。利用可燃固体废弃物高挥发性的特点,提出利用两段化学链燃烧法处理可燃固体废弃物,即可然固体废弃物先热解再与载氧体进行反应,利用热解-化学链燃烧方式,可有效实现废弃物的减量化、资源化和无害化。
本论文采用机械混合法、浸渍法和共沉淀法等方法制备了一系列载氧体,综合载氧体的反应性、稳定性和经济性等因素,最终选用机械混合法制备的铜基载氧体Cu80Si950作为实验用载氧体。利用磁悬浮热重分析仪和管式炉分别研究了铜基载氧体与气体燃料模型物CH4和固体燃料模型物石墨的化学链燃烧特性。气体的化学链燃烧结果表明,机械混合法制备的Cu80Si950载氧体强度高,具有良好的转化率和循环稳定性,是化学链燃烧的一种比较理想的载氧体;其与石墨粉固体燃料进行化学链燃烧时氧转化率约为50%。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和颗粒强度测定仪对多循环反应中各个反应阶段载氧体进行分析。结果表明,Cu80Si950载氧体随着循环次数的增加,结构会发生重组,强度有较大衰减,随后结构变得整齐,强度趋于稳定。
本论文通过磁悬浮热重分析仪对17种典型的可燃固体废弃物热解特性进行了研究,根据热解特性,在两段式反应平台上进行热解-化学链燃烧实验,考察了载氧体在热解-化学链燃烧中的载氧能力和转化率,并以塑料燃料PS为例,对固体废弃物多循环热解-化学链燃烧过程中载氧体的形貌结构、组成以及强度变化情况进行了研究。实验结果表明:常见可燃固体废弃物的主要热解温度分布在250~550℃之间,热解失重率为60~70%,方便于采用热解-化学链燃烧方式处理。反应过程中,载氧体表现出较高的载氧能力,转化率可达100%。PVC的化学链燃烧中载氧体会出现失活,实验证明PVC的热解产物HCl会毒害铜基载氧体,采用预处理、调控升温程序和添加脱氯剂等方式可避免载氧体失活。多循环实验结果表明:在反应之初,载氧体内发生了物质转换和组分迁移,原始的结构发生较大改变,机械强度骤降,但此过程中也消除了不稳定因素;多次循环之后载氧体结构趋于规则,强度基本保持不变,使得载氧体的在循环反应过程中能够保持相对稳定的机械强度。载氧体Cu80Si950稳定的表现为更多循环更长时间的热解-化学链燃烧反应提供了保证。