市政污泥直接超临界热解液化实验与机理研究

发布时间：2020-07-05 14:19

【摘要】：市政污泥直接超临界热解液化技术，是在现有的市政污泥低温热解制油和直接热化学液化的基础上提出的，以污水处理厂的出厂污泥为原料，无需干燥脱水，创新性地利用污泥中的水，在超临界状态下，直接对湿污泥进行热解转化。反应过程中，将反应系统中的水加热至超临界状态，利用超临界水的特殊性质，以最终实现污泥的热解制油。此技术避开了污泥处置中的难点问题—高能耗干燥脱水，利于减少反应工序，降低能耗，提高经济效益。本研究设计并构建了一套超临界热解液化实验系统，对市政污泥进行超临界热解液化实验研究，通过改变实验参数，分析不同参数对反应产物尤其是产油率的影响，从而确定市政污泥直接超临界热解制油的最佳工艺条件，分析产品油理化特性，评价其应用价值和市场潜力，进一步提升市政污泥直接超临界热解液化技术的经济性和工业推广性。首先，在分析市政污泥理化与燃料特性的基础上，对样品污泥进行热重实验，对污泥热解过程进行分析，确定污泥热解动力学参数及动力学方程，解释污泥直接超临界热解液化机理，为污泥直接超临界热解液化制油技术提供模型依据。依据不同阶段的失重量及失重速率变化情况，将污泥热解过程分为三个阶段，即水分干燥阶段、有机物裂解和挥发分析出阶段以及炭化阶段。联立傅立叶红外光谱分析，推测不同阶段下典型反应类型及特征，得出污泥整个热解过程中析出的主要气体产物为H2O、CO2、CO及烃类物质中的CH4和C2H4。设计实验流程、构建超临界热解制油实验系统，以超临界水为反应介质，对样品污泥进行直接热解液化，通过改变热解终温、反应停留时间、物料填充比、催化剂浓度四项实验参数，进行正交试验，从而确定了反应停留时间和热解终温是影响污泥热解液化的最显著的两个因素。细化实验参数条件，确定污泥直接超临界热解液化制油的最佳工艺条件；同时发现，从经济可行性和减量化原则来看，在超临界区域的反应，较低的热解终温，即375°C，反应无停留时(或者很短的停留时间)，既利于增进目标产物热解油产量，又利于提高污泥直接超临界热解制油的经济性。在分析理化与燃料特性的基础上，采用傅里叶红外光谱和气质联用技术，分别对产品油和热解残渣的成分及化合物组成进行定性与定量分析，推测反应类型，计算能耗平衡，模拟工艺过程；结合超临界水中化学反应的原理与特性，阐明市政污泥直接超临界热解反应机理；同时，对比产品油和常规能源，判断产品油的应用价值和市场潜力。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【图文】：

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来源及特点试样取自天津市纪庄子污水处理厂，该污水处6 年 4 月建成投产，是天津市第一座大型城市后，成为我国运行规模较大的污水处理厂之一方米/日。污水处理采用活性污泥法 A/O(脱氮水质达到《污水综合排放标准》(GB8978--19理厂污泥处理采用污泥中温二级消化工艺。首自二级沉淀池的剩余污泥混合，经污泥泵房清液回流，随后浓缩污泥进入污泥消化池，经水车间，经机械压滤脱水，含水率在 80%--8样品取自污泥脱水机房经机械压滤后的污泥泥体，有明显臭味，且混有少量固体杂质，如

曲线,加热速率,污泥,对比曲线

图 2-3 污泥不同加热速率下的 DTG 对比曲线热解过程中 T 温度下污泥的失重率为 α，以式(2-3)表示，即 1 减去 T 温度下所对应 TG 曲线中点的纵坐标值。而污泥的则对应 DTG 曲线中各点的纵坐标值。泥热失重行为分析热速率下的 TG 与 DTG 曲线分别列于图 2-4 中，如下所示。00100% w w 5 ℃ / min0.000.0510010

【参考文献】