《1.2.2.2可燃固体废弃物热解制油研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.2.2.2可燃固体废弃物热解制油研究（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.2.2.2可燃固体废弃物热解制油研究（1）文献查阅国外研究者对MSW和以RDF等形式的混合组分进行了较多的热解特性和机理研究。Mohammad Farhat Ali等研究了PVC混合塑料的热解行为，表明在催化剂的条件下PVC具有两个反应过程。石油残留物和聚苯乙烯（PS）90以上转化为液态和气态产品，而低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）获得了较低的转换产品，聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）在温和的温度下具有高转换产品。研究表明，PVC的蜡油催化是一个可行的过程，热解油可以转换成运输燃料。John E. White等研究了农业废弃物的热解动力学。他们建立了热解模型，并通过实验
2、和数值计算进行热解研究，同时揭示了非均相反应系统实验和建模的困难之处。W.K. Buah等在固定床反应器中对RDF进行热解实验，表明热解温度由400-700时炭的百分比下降，用Ftir分析得到的油，发现其化学成分较复杂具有高氧化性，可作为石油化工原料或具有液体燃料的潜力。Adisak Pattiya在500下，利用Py-GC/MS(裂解-气相/质谱联用)技术研究了不同的裂解催化剂对裂解产物的影响，这些催化剂包括沸石、ZSM-5、Al-MCM-41和Al-MSU-F、金属氧化物（氧化锌，氧化锆，氧化铈和铜铬氧化物）、专用的商业催化剂、天然催化剂（来源于生物质的灰分和焦炭）。研究发现沸石、商业催化
3、剂和来源于生物质的灰分有助于降低含氧衍生物的含量，ZSM-5、Al-MSU-F、标准-534促进了芳烃和酚类物质的形成。沸石、铜铬氧化物和商业催化剂的存在可以减少羰基（含羟基）化合物的产生。国内研究者在此方面也进行了较多的研究。李爱民等在回转窑中对城市垃圾的热解特性及产物特性进行了详细的研究，认为加热方式、含水率及热解终温对热解特性有很大影响。张力等在研究城市垃圾热解特性时指出：温度、物料尺寸以及停留时间对热解特性有重要影响，并通过实验得到停留时间、热解温度和气化率之间的关系式。赵巍等利用TG-MS对塑料和橡胶垃圾进行热解实验研究，探讨热解机理，并定量分析了垃圾的热解动力学。金保昇等利用热重分
4、析仪对8种典型的MSW进行了热重试验，由实验数据及反应动力学得出8种典型MSW的动力学参数。吴旺明等通过热重分析仪对垃圾典型组分的混合热解特性进行了研究，并采用最小二乘法建立了热解反应动力学模型，为进一步建立MSW综合热解神经网络模型奠定了基础。张楚等对MSW中的8种典型的组分进行了热重实验，提出热解指数来表征热解特性，热解指数越高，垃圾越容易热解。同时指出：提高加热速率有助于增大热解指数;相同加热速率和粒度条件下,8种垃圾组分的热解能力依次为:废塑料、废纸张、废皮革、瓜皮类、化纤、落叶、植物类厨余和废橡胶,其中废塑料的热解指数远远大于其它7种组分。温俊明的博士论文主要进行了城市生活垃圾热解特
5、性实验研究及建立了预测模型。选取城市垃圾中六种典型的有机组分（纸屑、木屑、厨余、织物、塑料和橡胶）从三个角度对单组份和多组份热解特性进行了全面系统的研究。在此基础上利用BP神经网络建立了预测模型。易仁金硕士论文进行了城市生活垃圾催化热解的实验研究，主要研究了温度、加热方式、物料组分、催化剂及水蒸气对热解的影响。Maoyun He等研究了经过煅烧后的白云石作为催化剂来热解MSW，煅烧后白云石对产品的产量和热解过程中的气体成分有较大的影响，催化性能显著。国外研究者对热解油特性及其品质提升方面的研究主要集中于生物油方面。Nattaporn Lohitharn等研究了在酯化过程中轻醛类物质，如乙醛和丙
6、醛对酯化过程（乙酸和乙醇）中乙酸转化率的影响。研究通过在不同的温度下，添加乙醛和不添加乙醛为对照测试乙酸的转化率，研究结果表明：在100时，添加乙醛与否对乙酸的转化率的影响不大可以忽略不计，在反应中乙醇是过量的；而在50和70时，添加乙醛之后乙酸的转化率明显低于没有添加乙醛时的值，其转化率分别低了28%和6%。通过实验发现在低温下，轻醛类物质的加入会影响酯化反应的效果，其原因归结于在低温情况下，乙醛和乙醇发生缩醛反应的反应速率高于乙酸和乙醇的酯化反应速率，因此在这种情况下乙醛和乙酸会竞争反应资源，只是酯化反应的初始反应物浓度不足，反应速率下降。Rocha J.等利用生物油热解获得的油蒸气直接进
7、行催化加氢，然后再冷凝获得低含氧量的生物油产品。Zhang等用硫化的Co-Mo-P/-Al2O3研究了锯屑热解油有机相的催化加氢，有机相和水相的相分离通过向生物油里添加水实现，加氢采用固定床，以四氢化萘为供氢溶剂。研究表明：在较低温度下，转化率和油产率都很低，随温度升高迅速提高，但当反应温度达到一定值时，无进一步提高。精制后热解油有机相品质得到大幅提高，含氧量由41.8%降为3.0%，同时热值由21.3MJ/kg增加到41.4MJ/kg。Mahfud采用均相催化剂，验证了其在生物油催化加氢中的可行性。利用二氯甲烷萃取生物油，并利用水溶性钌催化剂Ru-TPPTS配制水相溶液，对萃取相进行催化加氢
8、。反应温度在4570之间，冷H2压力4.5MPa，反应时间3h。精制产物碳含量和氢含量均有所升高，氧含量则有所降低，醛类组分得到了转化。随后，用大量水萃取出生物油中水溶性部分，使用油溶性催化剂以甲苯配成溶液进行催化加氢，反应温度90，压力4MPa，反应时间5h。同样，该催化剂也能在低反应温度和压力下，将醛和酮转化为相应的醇。熊万明等用乙醇和乙酸作为模型化合物，以磺酸型离子交换树脂作为催化剂，研究了该催化剂在稻壳裂解油及其轻质馏分的催化酯化改质过程中的活性和效果。通过催化酯化改质后，两种生物油的理化特性均得到了有效改善，热值分别由16.80和12.76MJ/kg提高到20.08和18.33MJ/
9、kg，相应提高了19.5%和43.6%；黏度分别由11.83和1.42mm2/s，下降到3.77和1.12mm2/s；水分分别为23.7%和28.4%。阮仁祥等通过向生物油中添加甘油并辅助蒸馏的方法将生物油分离成轻组分（110-160馏分）和重组分，然后对轻组分进行了改性研究。利用干法浸渍法制备了双功能催化剂Pd/HZSM，在180条件下，向反应中加入乙醇和集中还原物质（氢气、甲酸、甲酸钠以及氢气和甲酸钠）。精制处理后，生物油中的有机酸大幅减少普遍转化为酯类物质，糠醛被消除，大量共轭烯烃被还原。其中甲酸与甲酸钠引发的水煤气反应能够提供大量H2，可以取代H2作为还原介质。姚燕等用不含硫的负载型钌
10、基催化剂Ru/-Al2O3对生物油经分子蒸馏得到的轻质馏分进行了加氢试验。生物油来源于樟子松木屑热解油，采用固定床加氢微反应装置，通过GC-MS将轻质馏分分为醇、醛、酮和酚类，比较加氢前后此四类组分的分布规律。研究表明：生物油轻质馏分中不饱和化合物在大于120的反应条件下得到完全转化，醇类化合物种类有所增多。中科院兰州化物所研究了生物油减压蒸馏得到的重质组分的催化加氢，从氢气转化率等方面考察加氢效果，并对催化剂的改进方面作出了不少研究。（2）试验方案设计本阶段研究的目的在于探索可燃固体废弃物热解动力学特性，了解产物的生成特点，研究热解过程中一些关键因素的影响，初步掌握典型固体废弃物静态热解制油
11、特征，分析热解油产物的主要成分，为后期进一步的中试试验打好基础。所以，本研究的内容及目的为：对比研究典型可燃固体废弃物单组分的热解特性和热解产物组成特征；研究多组分混合可燃固体废弃物各组分之间对热解特性和热解产物组成特性的相互影响；研究单组分可燃固体废弃物在不同温度下的非催化和特定温度下的催化热解气体、液体和固体产物产量和特性；对比研究多组分混合可燃固体废弃物的催化热解和非催化热解的气体、液体和固体产物特性。具体研究方案如下：1）固体废弃物的静态热解实验研究拟采用热重分析方法，对可燃固体废弃物的热解特性进行研究，包括单组分的热解和多组分之间的混合热解的研究。使用热重分析仪对热解特性进行实验研究
12、，并结合适当的动力学研究手段对热解动力学参数进行研究。针对不同可燃固体废弃物之间相互混合的热解特性，采用热重研究技术进行研究，具体为多组分混合热解特性实验结果与按照单组分平行反应理论进行模拟的热解特性结果比较研究。2）固体废弃物热解制油的初步实验研究MSW热解主要产物是气体产物、液体产物和残留碳，不同的热解工况和催化剂对热解产物的产量和特性将产生较大的影响。影响固体废弃物热解效果的主要因素有热分解温度、垃圾的水分和空气量等。在本研究中，在实验前对原料进行干燥处理，消除其中的外部水分，而实验中将采用纯氮作为保护气体，不涉及与空气的反应。因此，控制的热解工况主要是热分解温度，即研究不同热解温度对各
13、单组分和混合组分热解产物产量与特性的影响。具体研究思路为：研究单组分在不同热分解温度下的产物产量和特性；研究多组分混合物料在特定温度下的热解产物产量和特性；研究单组分和多组分混合在有催化剂和无催化剂下的产物产量和特性。（3）典型固体废弃物（MSW）的静态热解实验研究固体废弃物的静态热解实验研究主要是采用热重分析仪、差热分析仪、红外分析仪（或与热重、差热联用）等手段，研究影响固体废弃物热解特性和产物特性的各种因素，包括颗粒粒径、热解温度、气体停留时间、升温速率、混合状态、催化剂等。这些因素有的影响着固体废弃物的热解程度，有的则直接影响到热解机理。目前此方面已有的研究主要是针对单组分的热解特性研究
14、，也有针对垃圾衍生燃料（RDF）或其它形式的复杂混合物的特性研究，较少有研究两两混合组分相互影响的文献报道。鉴于此，在本研究中对典型固体废弃物组分的两两混合热解相互影响进行了研究。本研究利用热重实验方法，选取典型城市可燃固体废弃物组分，具体为厨余类（白菜）、纸板类（包装纸板）、纺织品类（棉布）、塑料类（PVC）和橡胶类（废弃汽车轮胎）。在研究单组分热解特性的基础上，对两两混合组分热解相互影响进行了实验研究，并结合Coats-Redfern法对各单组分和混合组分的热解动力学参数进行了计算。下面对实验结果及分析做详细的介绍。1） 单组分热解过程分析单组分原料热解TG和DTG曲线如图45所示，各单组
15、分和混合组分的热解特性参数见表13。(a)白菜(b)纸板(c)棉布(d)PVC(e)废轮胎图45 单组分热解TG和DTG曲线表13 各组分热解特性参数表原料温度范围/峰值温度/失重率/%残重/%白菜阶段2129-35126037.548.0阶段3351-52145031.616.5纸板阶段2206-36030544.448.7阶段3360-50040016.632.1棉布阶段2269-36132567.622.9阶段3401-49146016.11.7PVC阶段1216-36029562.236.9阶段2360-47245012.924.0阶段3472-56252023.60.0废轮胎阶段1195-32026517.480.2阶段2350-602485/55065.012.0阶段3602-6726202.59.5纸板+PVC阶段1217-35128050.946.4阶段2351-59251030.915.6纸板+废轮胎阶段1206-35030528.767.8阶段2350-592475/53047.720.1PVC+废轮胎阶段1206-36028033.065.9阶段2360-572
