炼化废水污泥混煤热解燃烧特性及动力学研究
发布时间：2020-07-18 20:30
【摘要】：炼化废水污泥是石油化工企业生产过程中产生的有机废水经处理后,沉淀分离出来的一种危险废弃物。如不加妥善处理,会对生态环境产生严重的危害,甚至威胁到人类生命健康。此外,炼化废水污泥中含有较高比例的有机物,具有一定的热值,对其进行再生资源化处理,可以回收宝贵的资源和能源。与传统处置技术相比,以热解和燃烧为代表的热化学转化法因能实现危险废弃物的无害化、减量化、稳定化和资源化处置而备受青睐。本文以含有高浓度有机物的炼化废水污泥为研究对象,通过各种热分析手段研究其热化学转化机理和反应动力学,以期为工业化应用打下坚实的理论基础。首先,利用TG/DSC-FTIR技术研究炼化废水污泥的热解特性、反应热效应、固相产物表面化学官能团演变规律和气相产物释放特性,并建立了多步独立的连续反应动力学模型。结果表明,随升温速率增大,炼化废水污泥热解曲线朝高温区偏移,除残留物质量以外,其他热解特征参数均有增大趋势；FTIR分析结果表明,固相产物中的O-H、C-H、C=O、C-O和C-C等官能团的吸收峰宽度和强度均随着热解温度的升高而显著减小；气相产物中出现H20、CH4、CO和CO2等物质的吸收峰；动力学分析结果表明,热解各个阶段的机理函数分别是f(a)=(1-α)2.3、f(α)=(1-α)2.7和f(α)=4/5(1-α)[-1n(1-α)]-1/4,与理想模型均有一定的偏差。Py-GC分析结果表明,随热解温度升高,气相产物中H2和CO的产率显著增大,而CH4和CO2则呈现增大放缓甚至减小的变化趋势。利用热重分析法研究炼化废水污泥在不同氧气浓度的O2/N2和O2/CO2气氛下的燃烧特性,并建立适用于不同氧气浓度、多步独立的连续反应动力学模型。结果表明,炼化废水污泥的燃烧路径包含两个部分,即挥发分析出+焦炭燃烧；引入用于描述炼化废水污泥燃烧的特征参数,发现氧气浓度、稀释气体、升温速率、初始质量等因素对其燃烧特性有一定的影响；动力学分析结果表明,02/N2气氛下第4阶段和02/C02气氛下的后3个阶段的反应活化能均随着氧气浓度的升高而增大,其他的则不受影响。利用热重分析法研究炼化废水污泥与褐煤的混合热解特性和动力学特性。结果表明,混合物的热解曲线介于两种原料单独热解时的曲线之间,且随着炼化废水污泥掺混比例的增大,TG曲线朝低温区偏移,失重程度加剧；混合热解过程中,炼化废水污泥与褐煤之间存在相互抑制作用：当温度较低时,褐煤阻碍污泥的热解,随着温度升高,污泥热解产生的焦炭阻碍褐煤的分解；动力学分析结果表明,挥发分含量和颗粒粒径会对试样热解反应活化能大小产生影响。在固定床反应器上进行炼化废水污泥与褐煤的混合热解实验,发现两者之间存在相互作用,有利于气体产物产量的升高；FTIR分析结果表明,热解产物中主要化学官能团的红外吸收峰宽度和强度受热解温度、掺混比例等因素影响；GC分析结果表明,H2和CO的产率随热解温度、掺混比例的升高而增大,而CH4和CO2的产率随热解温度、掺混比例的变化规律则相对比较复杂。最后,采用热重分析法对炼化废水污泥与褐煤的混合燃烧特性和动力学特性进行了系统研究。结果表明,随升温速率增大,燃烧特征温度、燃烧特征速率和燃烧特性指数均呈增大趋势；随炼化废水污泥掺混比例增大,混合物的燃烧特征温度降低,燃烧特征速率和燃烧特性指数则增大；混合燃烧过程中,炼化废水污泥与褐煤之间存在相互抑制作用：当温度较低时,褐煤阻碍污泥的分解,随着温度升高,污泥燃烧产生的焦炭、灰分等产物阻碍褐煤的燃烧；借助XRD和SEM等技术手段对燃烧后残留物的物相和微观形貌进行了分析,发现随着炼化废水污泥掺混比例的增加,燃烧后残留物的烧结、熔融现象逐渐增强；采用FWO法和KAS法得到混合物燃烧反应活化能的平均值范围分别为86.43～201.56 kJ·mol-1和79.17～202.09 kJ·mol-1,其中混合样品75HL/25PS的反应活化能最小。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6
【图文】：
工业废水污泥热解过程大致可分为Ｗ下四个阶段：污泥受热和样品内部温度逡逑升高；水分开始挥发，污泥干燥阶段；一次热分解，挥发分开始析出；挥发分的持续析逡逑出和一次热分解产物间的二次反应图１．１为工业废水污泥热解过程简图。逡逑半焦逡逑焦逡逑管￣＜矿和削■＾叄澹茫萵晕镥义瞎ひ捣纤勰啵掊义弦淮畏从﹀味畏从﹀义贤迹保惫ひ捣纤勰嗳冉夤体义希疲椋纾澹保卞澹校颍铮欤螅椋箦澹穑颍铮悖澹螅箦澹铮驽澹椋睿洌酰螅簦颍椋幔戾澹鳎幔螅簦澹鳎幔簦澹蝈澹螅欤酰洌纾邋澹郏矗玻蒎义希罚义
本文编号：2761390
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6
【图文】：
工业废水污泥热解过程大致可分为Ｗ下四个阶段：污泥受热和样品内部温度逡逑升高；水分开始挥发，污泥干燥阶段；一次热分解，挥发分开始析出；挥发分的持续析逡逑出和一次热分解产物间的二次反应图１．１为工业废水污泥热解过程简图。逡逑半焦逡逑焦逡逑管￣＜矿和削■＾叄澹茫萵晕镥义瞎ひ捣纤勰啵掊义弦淮畏从﹀味畏从﹀义贤迹保惫ひ捣纤勰嗳冉夤体义希疲椋纾澹保卞澹校颍铮欤螅椋箦澹穑颍铮悖澹螅箦澹铮驽澹椋睿洌酰螅簦颍椋幔戾澹鳎幔螅簦澹鳎幔簦澹蝈澹螅欤酰洌纾邋澹郏矗玻蒎义希罚义
本文编号：2761390
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