微波热解工业固体废弃物及其气液产物研究

发布时间：2020-05-25 15:41

【摘要】：随着工业的进步和发展,工业固体废弃物的产量也在逐年增多,如何妥善处置这些固废是近年来亟待解决的问题之一。新兴的微波热解技术获得了许多研究者的青睐,其可以高效、快速地对工业固废进行无害化处置与资源化利用。但是微波热解技术还需一定的改善和放大,才能实现规模化应用。本文采用自主设计的螺杆移动床微波热解设备,以糠醛渣、印染污泥两种工业固体废弃物为原料进行微波热解实验,考察了不同温度、螺杆转速、催化剂对热解产物的影响,并且采用气相色谱(GC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等检测方法重点分析了气相、液相产物的组成与结构,总结了微波热解过程印染污泥中氮的迁移转化规律。最后根据实验数据对两种物料的微波热解过程进行了质量衡算、能量衡算和电耗计算。结果表明:(1)印染污泥的冷凝液在650℃时达到最大产率,为12.86wt%。糠醛渣的冷凝液的产率在550℃达到最大,为21.49wt%。热解气的主要成分为CO2、CO、CH4和H2。印染污泥和糠醛渣的热解气产率均随着热解温度的升高而增加,两者在750℃下获得最高产率,分别为14.00wt%和40.73wt%。且H2含量也达到最大值,分别为33.77vol%和28.09vol%。(2)CaO催化剂的使用可以使两种物料的冷凝液和热解气的产率降低,同时热解气中CO2含量也大幅度降低,提高了 H2含量。在印染污泥中添加Fe使不可凝气体的产率比无催化剂时增加了 5.7wt%,而且优化了气体组成,H2含量增大。向糠醛渣中添加高岭土、碳酸钾可以降低冷凝液的产率,增加热解气的产率。尤其是添加碳酸钾可以促进二次热解,获得最低的冷凝液产率(8.14wt%)和最高的热解气产率(51.51wt%)。(3)印染污泥的热解油中包含芳香族化合物、含氧类化合物、脂肪族化合物和一些含有N、P、S原子的化合物等。热解油中芳香族化合物含量最高,其中大部分是含氮芳杂环化合物,如吡啶及其衍生物,含量约为30%-50%。温度对热解油成分的影响体现在低温时含氧化合物居多,高温时芳香族化合物含量占主体地位。而糠醛渣热解后得到的生物油中含有:(1)酚类化合物,如苯酚等;(2)呋喃类化合物,如2-呋喃甲醇等;(3)酯类化合物,如4-羰基戊酸甲酯等(4)酮类化合物,如1-(乙酰氧基)2-丙酮等。(4)HCN和NH3是热解过程中释放的两种典型的含氮气体,NH3主要来自低温段的无机盐与蛋白质类化合物的分解,最大产率为0.65%(650℃);而HCN主要来自高温段腈类化合物和杂环含氮化合物的二次裂解,最大产率为12.30%(850℃)。微波热解过程中印染污泥的氮回收率为72-91℃%,且污泥中至少有1/3的氮还保留在固体中。(5)能量衡算结果显示,糠醛渣的三相产品能量回收率要比印染污泥的高。在相同实验条件下(650 ℃,1rpm),糠醛渣气、液、固三相产品能量回收率分别为45.69%、0.95%、15.7%。而印染污泥的分别为17%、0.59%、7.64%。当实验条件为450-750℃,1-9rpm,印染污泥微波热解的耗电量处于0.64-5.26 kWh/kg干物料。而糠醛渣在450-750 ℃,1 rpm的操作条件下进行微波热解,其电耗范围处于1.26-5.13kWh/kg干物料。较高的螺杆转速和较低的温度可以减小微波热解过程的耗电量。
【图文】：

热解产物,热解

１．２．３热解逡逑热解［２４］是一种热分解过程，在缺氧的情况下，，将物料转化为富含碳的有机固体和逡逑液体，并且产生Ｃ0２、ＣＯ、ＣＨ４、Ｈ２等气体［２５］。热解产物如图１－１所示。热解根据热逡逑解温度、升温速率、以及停留时间的不同可以分为慢速热解［２６］、快速热解［２７］以及闪速逡逑热解［２８］。热解技术的分类及特点如表１－１所示。逡逑？逦；逦ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ邋ｒｅｓｉｄｕｅｓ邋ｓｕｃｈ逡逑－［Ｓｏｌ—邋逦邋ａＳ邋ｃｈａｒ，邋ｂｉｏｃｈａｒ，邋ｅｔｃ．逡逑Ｂｉｏｍａｓｓ逦Ｌｉｑｕｉｄ邋ｆｒａｃｔｉｏｎ邋逦邋Ｌｉｑｕｉｄ邋ｆｕｅｌｓ邋ｓｕｃｈ邋ａｓ邋ｂｉｏ－ｏｉｌ．逡逑逦邋Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ逡逑—Ｇａｓ邋ｆｒａｃｔｉｏｎ邋逦邋ｇａｓｅｓ邋ｓｕｃｈ邋ａｓ邋Ｈ２，邋ＣＯ，邋Ｃ２Ｈ２，逡逑逦１逦ＣＨ４，邋ｅｔｃ．逡逑图１－１热解产物逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ逡逑４逡逑

电磁谱

的微波频率为２．４５邋ＧＨｚ，其对应的波长为１２．２５邋ｃｍ。为了避免干扰移动电话通信信号，逡逑美国联邦通信委员会（ＦＣＣ）规定了工业、科研、医疗上所使用的微波频率为９１５邋ＭＨｚ逡逑和２４５０邋ＭＨｚ两种。微波的电磁谱图如图１－２所示。从图１－３中我们可以看出微波的逡逑波长区间介于远红外和ＦＭ广播之间ｔ３１］。逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，邋Ｈｚ逡逑３ｘＪ０５逦３邋＾邋１０６逦３邋ｘｉ0７逦３邋ＭＯ８邋３邋ｘ邋１０９邋３邋ｘ邋１０ＩＣ３邋ｘ邋ｉ0ｎ邋３邋ｘ邋ｉ0１２邋３邋ｘ邋ｌ0１３邋３邋ｘｌ0！４逡逑￣Ｉ逦Ｉ邋ＦＩ逦Ｉ￣Ｉ￣Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ￣Ｉ￣逡逑0邋Ｉ邋Ｉ邋。邋Ｉ邋１邋ｌ；｜ｌ邋Ｉ逦Ｉ逦ＩＩＩ逡逑１邋１１邋ｉ逦１逦＇逦Ｕ邋＇Ｉ＇逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦，逦ｉｆ逡逑＞邋ｉ邋Ｉ邋ｉ邋ｌ邋＇邋ｉｊｉ邋ｉ邋Ｍｋｒｏｗａｖｅｓ邋ｉ邋｜邋ｉ邋Ｉ邋１５１逡逑＾邋Ｉ邋１邋Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ邋Ｋ邋Ｉｆ！逦Ｉ逦Ｉ逦■：逦Ｉ逦■￡逦ＨＩ逡逑ｆ邋Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦＾逦ｉｌｌ逦Ｉ逦Ｉ逦》Ｉ逦￣逦ｉｌｌ逡逑Ｊ邋Ｉ逦｜逦Ｉ逦Ｍ逦Ｉ逦Ｉ逦ｉｌｌ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ＩＩ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ邋Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ＩＩ逡逑１０３逦１０２逦１０逦１逦！0？＇逦１０—２逦１０＇５逦１０Ｊ逦丨０—５逦Ｉ０－＂逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，邋ｍ逡逑图１－２电磁谱图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑６逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705

【参考文献】