污泥與褐煤水熱脫水提質(zhì)及共成漿特性研究.pdf

1、將污泥與低階褐煤水熱脫水提質(zhì)制備低黏高濃度漿體燃料，不僅可以將污泥內(nèi)部的結(jié)合水轉(zhuǎn)化為有利于成漿的自由水，還可以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化和資源化。但是對(duì)于污泥與褐煤水熱提質(zhì)過(guò)程中的煤化作用機(jī)理以及提質(zhì)之后的成漿特性有待深入研究。本文考察了水熱處理溫度和污泥添加量對(duì)提質(zhì)產(chǎn)物理化特性和漿體燃料的成漿性、流變特性、穩(wěn)定性的影響。采用元素分析、工業(yè)分析、FTIR、13C-NMR、GC-MS等儀器設(shè)備對(duì)提質(zhì)產(chǎn)物的理化特性進(jìn)行了分析表征，獲得了原料中

2、的碳分布到氣液固三相產(chǎn)物中的規(guī)律，深入探究了污泥褐煤在水熱過(guò)程中發(fā)生的煤化作用機(jī)理。
　　通過(guò)元素和工業(yè)分析發(fā)現(xiàn)，隨著水熱溫度升高，污泥與褐煤提質(zhì)固產(chǎn)物水分和氧含量顯著降低，固定碳含量升高，熱值大幅度提高，疏水性增強(qiáng)，重吸水能力減弱，煤化程度加深。隨著污泥添加量的增加，提質(zhì)固產(chǎn)物平衡水含量和重吸水率逐漸降低，O/C原子個(gè)數(shù)比顯著下降。GC-MS分析表明，提質(zhì)廢液中有機(jī)組分主要為酚類(lèi)、酮類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)、胺類(lèi)、酯類(lèi)、烷烴類(lèi)。隨著水熱溫度升

3、高，廢液中雜環(huán)類(lèi)和胺類(lèi)的含量呈增加的趨勢(shì)，酮類(lèi)的含量在水熱溫度為200℃～250℃時(shí)相對(duì)較高;胺類(lèi)主要來(lái)自污泥中蛋白質(zhì)的水解，酚類(lèi)主要來(lái)自木質(zhì)素的部分水解或褐煤大分子側(cè)鏈中較弱鍵的斷裂。水熱處理過(guò)程中，由于脫羧、脫甲烷以及分解反應(yīng)的發(fā)生會(huì)有一定量的氣體產(chǎn)生，其主要組分為CO2、CO、H2和CH4。原料中的氧主要以CO2的形式釋放出來(lái)。
　　FTIR分析表明，污泥與褐煤在提質(zhì)過(guò)程中發(fā)生了顯著的脫水和脫羧反應(yīng)，使得固產(chǎn)物羥基或羧基官能

4、團(tuán)中-OH和酰胺或羧基官能團(tuán)中-C=O的相對(duì)光譜吸收強(qiáng)度顯著降低。通過(guò)13C NMR分析發(fā)現(xiàn)，城市污泥中脂肪碳和烷氧基碳的含量分別占總有機(jī)碳的43.35％和30.53％。隨著水熱溫度升高，烷氧基碳減少的速率最快，其相對(duì)含量至少減少40.97％，羧基和羰基的相對(duì)含量分別至少減少12.5％和15.63％，說(shuō)明固產(chǎn)物中氧元素的減少不僅與脫水作用有關(guān)，與羰基和羧基的轉(zhuǎn)化以及甲氧基的變化也密切相關(guān)。
　　污泥摻混褐煤水熱提質(zhì)之后仍然有90％

5、以上的碳保留在漿體中，對(duì)于漿體在氣化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)碳的最大轉(zhuǎn)化非常重要。水熱脫水提質(zhì)顯著地脫除原料內(nèi)部的結(jié)合水，改變?cè)系挠H水特性，提高漿體的定粘濃度，并且提質(zhì)廢液中含有大量的酚、苯并芘、低環(huán)苯系物等具備水煤漿分散劑基本分子結(jié)構(gòu)特征的有機(jī)物，在制漿過(guò)程起到分散穩(wěn)定作用，使得漿體在定粘濃度增加的同時(shí)，仍然保持較好的假塑性流變特性和較高的穩(wěn)定性。當(dāng)污泥摻混量為50％時(shí)，內(nèi)蒙古褐煤和云南褐煤兩種廢液污泥煤漿的定粘濃度分別達(dá)到58.13％和64.7