城市生活垃圾与园林废弃物的共热解特性

发布时间：2019-09-27 21:10

【摘要】：为实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化,采用热重分析天平和实验室固定床热解反应器进行城市生活垃圾(MSW)与园林废弃物共热解实验,研究了不同热解终温、松树枝和柳树枝添加比例对热解产物产率影响,并利用气质联用色谱分析仪(GC-MS)对热解油进行表征分析。实验结果表明:MSW、松树枝和柳树枝的热解过程均可以分为3个阶段,主要包括脱水、热解、炭化;MSW、松树枝和柳树枝单独热解时最大失重速率分别出现在321.48、358.23和377.83℃;MSW与松树枝共热解DTG曲线在热解反应第2阶段有2个析出峰,分别在342.32℃和471.48℃,比MSW单独热解时,失重率增加了7.29%。当城市生活垃圾与松树枝、柳树枝的添加量分别为3∶1时,热解液体产物产率明显升高,热解油中醇类、羧酸类、醛类等含氧有机物的含量降低,热值增加,热解油中氧含量降低,且松树枝对共热解焦油的脱氧效果更为显著,热解油品质得到提升。
【图文】：

isofMSW组分厨余塑料废纸张织物木材金属玻璃其他质量分数/%44.0817.888.215.071.104.582.2916.79表2城市生活垃圾的工业分析和元素分析Table2ProximateandultimateanalysisofMSW原料工业分析/%元素分析/%原子比MadAadVadFcadCdafHdafOdafNdafSdafH/CO/CMSW4.1923.7868.893.1447.415.1245.721.180.571.300.72松树9.631.5984.314.4747.865.9544.890.850.451.490.70柳树6.462.1684.147.2446.575.5746.460.950.451.440.75注:工业分析和元素分析均为质量分数。1.3固定床热解实验图1固定床热解炉流程图Fig．1Schematicdiagramoffixed-bedreactor实验中采用管式固定床热解炉(见图1)，，进行MSW单独热解以及和松树枝、柳树枝的共热解产物分布规律研究。实验样品添加总量为20g·次－1，并以20℃·min－1升温速率进行加热，达到设定温度后保温20min。本次实验热解终温设为400、450、500、550、600、650和700℃。实验过程中，热解产物进入由三级冰水混合物组成的冷凝装置，液体产物得以冷却。在200～700℃用集气袋收集经CaCl2干燥后热解气相产物，每升100℃更换一次气袋，并采用北京东西分析仪器有限公司生产的GC-4000A型气相色谱仪分析热解气中H2、CH4、CO和CO2的含量。热解完成后，分别对热解液和热解焦进行准确称量，确定其热解产物产率。液体产物中的焦油和水的分离方法是:实验所得的热解液用一定量的乙酸乙酯进行溶解、过滤，将滤纸放入105℃的干燥箱中干燥2h，待干燥完成后称取滤纸上残留固体的质量;然后继续用乙酸乙酯对热解液进行3次萃取，以除去热解液中的水分，将萃取后的热解液进行低温蒸馏，以除去乙酸乙酯，得到热解油。以MSW、松树枝、柳树枝单独热解过程的产物

2P的气质色谱(GC-MS)，气相色谱柱为TＲ-WAXMS毛细管(30m×0.25mm×0.25μm)极性柱，分流比为115∶1，GC色谱柱程序升温:初温40℃保持3min，然后升温至100℃后并保持1min，进而升温至180℃并保持2min，然后升温至240℃保持5min，最后升温至280℃后保持1min，各阶段所采用的升温速率为6℃·min－1。离子源温度为250℃，色谱与质谱之间传输线温度280℃，EI源电压70eV，荷质比范围2～500。GC-MS热解谱峰通过与NIST谱库所含化合物标准谱峰比对来确定热解产物的化学组成。2结果与分析2.1MSW与松树枝、柳树枝共热解的热重分析图2MSW与松树枝、柳树枝共热解(3∶1)的热重分析Fig．2Thermogravimetricanalysisofco-pyrolysisofMSWandpineandwillow(3∶1)由图2中的TG和DTG曲线分析可知，松树枝和柳树枝的热解过程可以分为3个阶段:第1个阶段为室温～200℃，主要为2树枝脱水，松树枝和柳树枝的失重率为4.12%和2.37%;第2个阶段为200～600℃，该热解过程是2树枝的主要失重阶段，挥发分大量析出，这主要是由于2树枝中的纤维素、半纤维素和木质素在此阶段发生裂解［11-12］，松树枝和柳树枝的失重率分别为67.62%和58.37%，松树枝和柳树枝的最大失重速率分别出现在358.23℃和377.83℃;第3个阶段为600～900℃，此阶段2树枝的热解失重率均较缓慢，失重率分别为6.39%和7.74%。由以上可以得出，当热解温度为600℃时，2树枝中的挥发分可析出绝大部分，当热解温度继续升高时，失重率整体变化不大。MSW与松树枝、柳树枝的混合物共热解也可分为3个阶段:第1个阶段也为室温～200℃，主要为混合物的脱水，失重率分别为3.71%和3.22%;第2个阶段为200～560℃，此阶段为热解失重的主要阶段，挥发分主要在此阶段析出，共热解的失重率分别为69.27%和69.41%
【作者单位】： 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院;河北建筑工程学院土木工程学院;北京科技大学土木与资源工程学院;内蒙古工业大学能源与动力工程学院;
【基金】：陕西省工业科技攻关计划(2016GY-147) 新疆维吾尔族自治区科技攻关计划(201532108) 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室开放研究课题(KF2015-3)
【分类号】：X71;X799.3

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