淀粉廚余烘焙-氣化過(guò)程及鈉的影響.pdf

1、淀粉廚余是我國(guó)城市生活垃圾中的一種重要組分，類似于木質(zhì)纖維素類的生物質(zhì)，其具有含水率高、能量密度低、破碎性能差等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)對(duì)于收集運(yùn)輸以及熱處理都極為不利。烘焙-氣化技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)具有前景的針對(duì)這類低能量密度固體廢棄物的資源化處理技術(shù)，但是目前還缺乏烘焙-氣化工況對(duì)淀粉廚余產(chǎn)物及能量分布特性的研究。
　　鈉作為食品添加劑殘留在廚余垃圾中，對(duì)廚余垃圾的烘焙-氣化特性具有重要的催化作用。同時(shí)鈉的催化特性與其化學(xué)形態(tài)密切相關(guān)，已有

2、的相關(guān)研究主要關(guān)注于中高溫?zé)峤鈿饣瘲l件下鈉的遷移規(guī)律，缺乏烘焙（低溫?zé)峤猓┻^(guò)程中鈉的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究。本文主要研究了淀粉廚余烘焙-氣化過(guò)程中鈉的轉(zhuǎn)化及影響。
　　論文首先研究了烘焙過(guò)程的兩個(gè)重要參數(shù)-烘焙溫度和停留時(shí)間對(duì)淀粉廚余烘焙過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，淀粉廚余的主要失重溫度范圍為200-400℃，總體而言，在等溫?zé)嶂貤l件下，烘焙過(guò)程的失重階段主要在前900 s；烘焙溫度的提高和停留時(shí)間的延長(zhǎng)，能降低樣品的固態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率，提高

3、液態(tài)產(chǎn)物和氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率，提高固態(tài)產(chǎn)物中的 C元素的含量，降低 O元素含量，提高固定碳含量，降低揮發(fā)分含量，提高熱值，降低液態(tài)產(chǎn)物中糖類、醇類和醛類的比例，提高氣態(tài)產(chǎn)物中CO產(chǎn)量。例如與淀粉廚余原樣相比，300℃停留15 min的烘焙焦樣中C元素含量升高18.6％，O元素含量降低19.4%，固定碳含量升高19.9%，揮發(fā)分含量降低20.8%，熱值增加24%。
　　論文研究了兩種方式下烘焙過(guò)程對(duì)氣化產(chǎn)物特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，若只比

4、較未烘焙原樣和烘焙焦樣的氣化過(guò)程，則烘焙焦樣的冷煤氣效率高于未烘焙原樣的，表明在不考慮烘焙過(guò)程的產(chǎn)物及能量分布的前提下，烘焙能夠提高氣化的效率；對(duì)比直接氣化和烘焙-氣化過(guò)程，由于烘焙階段產(chǎn)生的揮發(fā)分（液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物）未進(jìn)入氣化反應(yīng)器被利用，在整體的烘焙-氣化過(guò)程中，直接氣化樣品的冷煤氣效率高于烘焙-氣化樣品的。
　　基于烘焙工況對(duì)淀粉廚余的影響，論文隨后研究了不同化學(xué)形態(tài)的鈉在淀粉廚余烘焙-氣化過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

5、淀粉廚余中的少部分鈉（＜10%）會(huì)在烘焙過(guò)程中釋放，絕大部分鈉（＞70%）會(huì)在氣化階段釋放；不同化學(xué)形態(tài)鈉的釋放量具有以下順序：Na-exchanged（離子交換態(tài)鈉樣品）＞NaB-loaded（苯甲酸鈉添加樣品）＞Na2CO3-loaded（碳酸鈉添加樣品）＞NaCl-loaded（氯化鈉添加樣品）；烘焙階段，部分水溶態(tài)的鈉（Na2CO3）和醋酸銨溶態(tài)的鈉之間會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，例如在300℃的 Na2CO3-loaded焦樣中有37.3

6、%的醋酸銨溶態(tài)鈉生成，而在300℃的Na-exchanged焦樣中有18.3%的水溶態(tài)鈉生成。同時(shí)，少量的水溶態(tài)和醋酸銨溶態(tài)的鈉會(huì)轉(zhuǎn)化為酸溶態(tài)和穩(wěn)定態(tài)的鈉。
　　在掌握了淀粉廚余烘焙-氣化過(guò)程中鈉的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步研究了不同化學(xué)形態(tài)的鈉對(duì)淀粉廚余烘焙-氣化過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈉能促進(jìn)烘焙過(guò)程氣態(tài)產(chǎn)物的生成以及抑制液態(tài)產(chǎn)物的生成；鈉能提高烘焙固態(tài)產(chǎn)物中碳元素的含量，降低氧元素的含量，促進(jìn)液態(tài)產(chǎn)物中糖類的分解，提

7、高氣態(tài)產(chǎn)物中CO的產(chǎn)量，促進(jìn)氣態(tài)產(chǎn)物熱值的增加；鈉能促進(jìn)氣化過(guò)程液態(tài)產(chǎn)物的減少和氣態(tài)產(chǎn)物的增加，例如在1000℃的氣化過(guò)程中，與AW-C（酸洗樣品的烘焙焦樣）樣品相比，NaE-C（離子交換態(tài)鈉樣品的烘焙焦樣）樣品的液態(tài)產(chǎn)物減少7.9%，氣態(tài)產(chǎn)物增加15.7%；鈉能降低液態(tài)產(chǎn)物中多環(huán)物質(zhì)的比例，提高氣態(tài)產(chǎn)物中CO的產(chǎn)量，提高氣化過(guò)程的碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率，例如在1000℃的氣化過(guò)程中，與AW-C樣品相比，NaE-C樣品的CO產(chǎn)量升高50%