生活垃圾固定床熱解氣化特性的實驗研究及其過程模擬.pdf

1、我國經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市化進程的加快以及人口的增長帶來了生活垃圾急劇增長的問題。衛(wèi)生填埋作為我國目前的主要垃圾處理方式,面臨無地可用及浪費資源的問題。新型的焚燒技術(shù)作為垃圾的熱處理方式之一不僅處理量大,而且具有能源回收利用和污染少的特點。因此,垃圾的熱處理方式得到了國家的重視。相比于垃圾焚燒的處理方式,垃圾的熱解氣化技術(shù)在污染物的排放上更具優(yōu)勢,在實現(xiàn)污染物近零排放的前提下,還能實現(xiàn)渣熔融以及凈氣化氣的產(chǎn)生。氣化氣與焚燒一樣可以用于發(fā)電

2、產(chǎn)熱行業(yè),此外還可以廣泛地應(yīng)用于化工行業(yè),而且利于運輸和儲存,被認為是未來最有發(fā)展前途的能源之一。深入研究垃圾的熱解氣化特性,了解完善垃圾熱解氣化技術(shù),不管在能源利用還是環(huán)境保護方面都是很有意義的。
　　本文首先介紹了全文的研究背景,通過各種垃圾處理技術(shù)的比較,得出了垃圾熱解氣化的重要性,以及針對垃圾產(chǎn)量較小的小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)鎮(zhèn),適宜于使用固定床進行熱解氣化。然后通過Aspen Plus對垃圾在固定床中的熱解氣化特性進行了模擬,討論了過

3、量空氣系數(shù)、氣化溫度等操作條件對垃圾在固定床中熱解氣化的氣化氣組成、氣化氣熱值以及碳轉(zhuǎn)化率等的影響,為實驗和實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　為了研究垃圾在固定床中的熱解氣化機理,本文選取了垃圾中的三種主要組分竹子、干紙漿和聚乙烯PE,主要研究了它們在不同升溫速率下熱解氣化的產(chǎn)氣和產(chǎn)焦油特性,而CaO對產(chǎn)氣和焦油具有重整作用,因此還研究了CaO在不同條件下對典型垃圾組分熱解特性的影響。首先,通過TG-FTIR研究了典型垃圾組分在低升溫速

4、率10k/min-40k/min下的失重和產(chǎn)氣特性,并研究得到了CaO的不同添加比例對典型垃圾組分的失重過程和產(chǎn)氣組成變化的影響規(guī)律。然后,通過Py-GC-MS對典型垃圾組分在高升溫速率800k/min-10k/ms下的熱解特性做了進一步分析,主要針對產(chǎn)氣中大分子有機物如焦油的組成進行了定性和定量分析,包括CaO對典型垃圾組分熱解產(chǎn)氣中各種有機物分布的影響。
　　在垃圾的熱解氣化機理研究的基礎(chǔ)上,通過在兩種不同類型的固定床即批量給

5、料的管式爐固定床和自行搭建的5kg/h的連續(xù)給料的小型固定床反應(yīng)裝置上進行了垃圾的熱解氣化特性研究。首先，在管式爐中針對三種不同的垃圾組分,研究得到了不同的垃圾組分的氣化氣組成和熱值等隨水分含量以及CaO的添加比例的變化規(guī)律。利用GC-MS對不同工況下的焦油進行了組分分析,得到了不同工況下焦油中有機物分布的變化規(guī)律。然后,在小型固定床反應(yīng)裝置上進行了垃圾組分連續(xù)給料情況下的空氣氣化和水蒸汽氣化實驗。研究了兩種不同垃圾組分在不同氣化介質(zhì)下