关键词：机械化学预处理;;参数优化;;干化污泥;;快速热解;;CaO/焦炭催化体系
摘 要：在污泥热解过程中,不同工艺条件对热解产物的影响已有大量研究。为了在污泥热解过程中获得更多高品质的富氢气体,本研究引入“机械化学球磨技术”。选用CaO作为催化剂,通过实验对磨球配比、球磨时间、剂料比(催化剂与污泥的质量比)、球料比(磨球与污泥质量之比)、转速五个方面进行优化,以期达到提高产气率和CH_4、H_2、CO气体组分比例之和的目的。实验通过引入CaO/焦炭催化体系,研究催化剂对快速热解制取燃气效果的影响以及焦炭对CaO的替代效用。采用元素分析仪、红外光谱仪、XRD射线分析仪对机械化学球磨后混合物料的成分和结构进行测定,分析污泥热解影响机制。主要研究内容和结论如下:(1)当采用CaO为催化剂,以小球作为磨球,在剂料比为1:1,球料比为18:1的条件下,将转速设置为425r/min,球磨3h后,污泥热解产气效果最佳,产气率为32.10%,其中CH_4、H_2、CO的组分比例之和可达87.42%。(2)引入CaO、焦炭和CaO-焦炭联合催化体系,发现CaO可以提高污泥热解产气率,且有助于H_2和CH_4的生成,同时能够吸收CO_2;采用焦炭作为催化剂对污泥热解焦油产率贡献更为明显,焦油在污泥热解过程中可以二次裂解产生小分子气体,因此采用焦炭代替CaO作为催化剂促进热解产气具有潜在可能性。(3)球磨后的污泥与催化剂混合物中H/C(元素比)和H元素含量高,对于H_2和CH_4产量有积极的影响,O/C(元素比)和O元素含量高,有助于提高CO产量,但由于污泥成分复杂,元素含量与产气结果并非有正相关,污泥中其他物质的含量也可能对产气结果产生影响。(4)球磨后的污泥与催化剂混合物中主要含有O-H、C=O、C-H、C-O-(H)等化学键,预处理条件不同能够引起污泥中有机化学键含量的变化。有机化学键的含量增多对污泥热解产气率及各组分气体产量在一定程度上有积极作用,这些化学键能否在热解过程中断裂并生成目标产物还与污泥中的其他物质的含量也有关系。(5)球磨后的污泥与CaO混合物中的矿物结构主要是SiO_2和Ca(OH)_2,破坏SiO_2的晶体结构、提高Ca(OH)_2结晶度更加有助于污泥热解产气。
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