污泥微波高溫熱解條件下富氫氣體生成特性研究.pdf

1、能源與環(huán)境問題，已成為21世紀制約人類社會進步和發(fā)展的關(guān)鍵問題，開發(fā)清潔、高效的新能源已成為世界各國的研究熱點。生物質(zhì)能源由于儲量豐富、可再生、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛研究。與此同時，污泥作為一種生物質(zhì)資源，其有機物含量和熱值的日漸增高也使其具備很高的能源利用價值。而氫能是非常重要的二次能源，是航空、化工的領(lǐng)域不可缺少的能源及原料。利用污泥制取氫氣，勢必成為對社會、經(jīng)濟和技術(shù)非常有價值的研究工作。熱解法作為最具前景的污泥資源化技

2、術(shù)之一，因其經(jīng)濟性好、二次污染小及能量回收率高等優(yōu)點在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。其中，污泥微波熱解技術(shù)作為熱解技術(shù)的前沿技術(shù)，以其快速、高效節(jié)能、成本低、資源化利用率高等技術(shù)特點，是污泥資源化回收利用技術(shù)的發(fā)展方向。
　　 本文采用微波對上海市某污水處理廠的污泥進行熱解研究。首先研究了干、濕污泥在微波輻照條件下的升溫特性以及石墨、活性炭和SiC幾種物質(zhì)吸收微波的性能;然后采用單模微波爐和電加熱管式爐對污泥熱解過程進行了實驗研究，

3、分析了污泥粒徑、含水率、熱解溫度和微波吸收劑形態(tài)等參數(shù)對熱解產(chǎn)物分布特性和氣體組分濃度的影響規(guī)律和影響機理;最后對污泥微波熱解產(chǎn)物水蒸氣氣化及CaO、ZnCl2的催化作用進行了探索研究，考察了污泥熱解產(chǎn)物的分布特性和氣體的組分濃度。通過研究，得到了以下主要結(jié)論:
　　 (1)粉末態(tài)的碳化硅、石墨、活性炭在微波場中均表現(xiàn)出良好的吸波特性，是良好的微波能吸收物質(zhì);固定形態(tài)的活性炭（微波吸收器）在微波場中升溫效果良好，1056W微波場

4、中加熱時終溫升至862℃;微波直接輻照污泥僅達到對其干燥的效果，在污泥中加入吸波介質(zhì)，可實現(xiàn)污泥高溫熱解的目的。
　　 (2)在0～5.0mm粒徑范圍內(nèi)，污泥粒徑大小對污泥微波熱解產(chǎn)物分布無明顯影響，但粒徑減小可以提高H2和CO濃度，當粒徑從2.5～5mm減小至粒徑小于0.45mm，H2和CO濃度分別從31vol.％和17vol.％上升至34vol.％和22vol.％;污泥含水率和微波熱解溫度對熱解產(chǎn)物分布和熱解氣組分濃度分布都

5、有顯著影響，提高污泥含水率或提高微波熱解溫度都可以顯著提高H2和CO濃度，當污泥含水率從0上升至83wt.％，H2和CO濃度分別從32vol.％和20vol.％上升至42vol.％和31vol.％;相比粉末態(tài)吸波劑，固定形態(tài)的微波吸收器可以提高揮發(fā)分向熱解氣的轉(zhuǎn)化，提高熱解氣產(chǎn)量，同時還能略微提高H2和CO，但效果并不十分明顯。
　　 (3)水蒸氣在大分子有機化合物的裂解過程中起著至關(guān)重要的作用，水分的參與促進了有機質(zhì)蒸汽重整反

6、應(yīng)的發(fā)生，有利于CO和H2等氣體的生成，提高了富氫氣體的產(chǎn)量;水蒸氣還促進了揮發(fā)份的析出，使殘?zhí)恐械挠袡C質(zhì)含量大幅減少，熱解更加完全;另外，較高的反應(yīng)溫度和加入適量的水蒸氣有利于氫氣的產(chǎn)生，但隨著反應(yīng)溫度的升高和水蒸氣流量的增加會使富氫氣體的熱值降低。
　　 (4)CaO和ZnCl2能顯著的降低反應(yīng)的活化能，導(dǎo)致污泥熱解發(fā)生在更低的溫度。同時CaO和ZnCl2對污泥熱解有一定的催化作用，能提高氣體成分中H2、CO的含量。此外，C