垃圾填埋场渗滤液催化超临界水气化制氢技术研究

发布时间：2020-10-26 17:29

　　 随着传统能源的日益枯竭和环境污染越发严重,清洁能源越来越受到人们的重视。氢气作为新型能源的代表,是一种无污染的二次能源。以往的制氢方式存在严重的资源浪费和环境污染。超临界水气化制氢是利用超临界水作为反应介质,进行蒸汽重整、有机物裂解等一系列反应产生氢气的方法。超临界气化制氢过程不仅产生了氢气,而且对垃圾渗滤液中的有机物进行了降解,是一种环境友好型的新能源产生方式。基于目前国际上对超临界水气化制氢的研究,为垃圾渗滤液作为反应原料进行超临界水气化制氢提供了可能性。垃圾渗滤液含有高盐、高氮和大量难降解有毒有害有机物,是难处理的废水之一,以这种方式既能得到新能源也能实现该废水的处理。本文主要对影响氢气产量的因素进行讨论和研究。影响因素有垃圾渗滤液进料浓度、催化剂、催化剂添加量、温度、压力和停留时间。随着垃圾渗滤液COD浓度从1.66×10~3升至4.02×10~4mg/L时氢气的产率从57.22%下降至36.63%。虽然氢气产率发生了下降,但是产气量的升高使氢气的产量也有明显的上升,从277.4ml升至563.0ml。经过研究表明,以垃圾渗滤液为原料,比较NaOH,KOH,Na_2CO_3和K_2CO_3四种碱类催化剂,NaOH催化制氢的效果最好,当NaOH添加量为5.05 wt%时产率达到最高的56.40%,也最有利于有机物的去除。催化剂的添加量对氢气产生影响较大,但对有机物的降解率影响不大。随着温度从380℃增加至480℃,加入催化剂后单位有机物产生的气体产量从132.98mL升至810.91mL,氢气产量从99.71mL升至333.85mL。压力升高的过程中,加入催化剂后单位有机物产生的氢气产量先升高后降低,从189.83mL升至342.12mL,继续升高压力氢气产量降至232.20mL。COD去除率从81.66%降至56.78%,压力的升高并不利于氢气的产生和有机物的降解。停留时间从5min延长至20min时氢气产率变化不大,在45±5%左右,有机物降解率有小幅度的升高,但也只从51.42%升高至62.11%,这说明停留时间对反应结果影响不大。通过正交试验极差分析发现,对反应结果的影响程度为:温度催化剂添加量压力,并且发现温度越高,压力越小,产氢效果越好。通过GC-MS对反应前后的液体进行测试进行反应机理的研究,发现四种催化剂都有一定的催化效果,但以NaOH最为出色,两分钟的出峰面积达到69.67%,之后是碳酸钾和碳酸钠,两分钟的出峰面积分别达到64.98%和46.02%,氢氧化钾虽然促进作用最小,但六分钟也能达到62.94%的出峰面积。本文最后通过四种催化剂的催化效果,对反应结果进行动力学研究,建立了动力学模型。
【学位单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ116.2;O643.36
【部分图文】：

中原工学院硕士学位论文 2 实验系统 15 图 2.2 超临界水气化反应设备图2.2 实验流程超临界水气化制氢反应实验流程（1）试验开始前，向反应器内通水，打开排气阀门，当排气口出水，反应器中满水，关闭排气阀门，然后用手摇进样泵继续进样加压，升高压力至 30MPa，检查反应釜各阀门、连接处的漏水情况，若密封情况良好，则打开氮气钢瓶并打开排液阀门，将水排出，反应釜内充满氮气，关闭排液阀门。（2）将催化剂溶解于垃圾渗滤液中，用手摇压力泵将一定体积的垃圾渗滤液压入反应釜中，压入量根据反应温度和反应压力综合考虑。根据经验和以往实验数据来确定渗滤液添加量。（3）打开温度控制器，设定反应温度，加热反应。在加热过程中，间隔十分钟观察反应釜是否有漏气现象，压力表是否正常。因为本实验属于高温高压实验，实验过程需严格控制反应温度和压力，严禁超压。（4）反应结束后关闭加热装置，打开冷却水降温冷却。（5）温度降至 40-50℃时，将反应后的气体和液体进行收集待测，液体中有机物浓度测试如不能当天测试，应放入冰箱冷藏待测，停放时间时间不宜过久。

图 2.3 红外气体分析仪（DLT-3005P）体成分测试流程）打开便携式红外气体分析仪，预热 5-10min，待各项数各项零点漂移数值。）将纯氮气通入气体分析仪中，使气体分析仪中没有空气对二氧化碳的测定，通入气体流量为 0.5L/min。）通入收集的气体，保持气体流量稳定，待气体含量数值数值，用该数值减去零点漂移的数值计算气体中各组分含）再次将氮气通入设备，将分析仪中剩余的生成气排出，检测器的长时间接触。）关闭设备，并注意仪器的维护。产物分析

圾渗滤液催化超临界水气化制氢影响因素渗滤液超临界水气化制氢的影响因素有很多，其中包化剂的种类和添加量、垃圾渗滤液中有机物浓度等。一进行讨论。最后对温度、压力、催化剂添加量为三气体产物中含有氢气，一氧化碳，二氧化碳和甲烷，件，本文不对甲烷产率进行分析。度的影响同浓度的垃圾渗滤液成分相同，将原液进行不同比例行试验，试验温度 500℃，试验压力为 29MPa，反应停留产生气体，测其有机物浓度、气体组分和含量。
【参考文献】

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本文编号：2857293