污泥微波高溫?zé)峤鈼l件下富氫氣體生成特性研究.pdf

1、能源與環(huán)境問(wèn)題，已成為21世紀(jì)制約人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)發(fā)清潔、高效的新能源已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)。生物質(zhì)能源由于儲(chǔ)量豐富、可再生、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。與此同時(shí)，污泥作為一種生物質(zhì)資源，其有機(jī)物含量和熱值的日漸增高也使其具備很高的能源利用價(jià)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(shì)必成為對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)非常有價(jià)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(jì)性好、二次污染小及能量回收率高等優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，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(duì)上海市某污水處理廠的污泥進(jìn)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(duì)污泥熱解過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jī)理;最后對(duì)污泥微波熱解產(chǎn)物水蒸氣氣化及CaO、ZnCl2的催化作用進(jìn)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)中升溫效果良好，1056W微波場(chǎng)

4、中加熱時(shí)終溫升至862℃;微波直接輻照污泥僅達(dá)到對(duì)其干燥的效果，在污泥中加入吸波介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)污泥高溫?zé)峤獾哪康摹?br>　　 (2)在0～5.0mm粒徑范圍內(nèi)，污泥粒徑大小對(duì)污泥微波熱解產(chǎn)物分布無(wú)明顯影響，但粒徑減小可以提高H2和CO濃度，當(dāng)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(duì)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(dāng)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(shí)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(jī)化合物的裂解過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，水分的參與促進(jìn)了有機(jī)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(jìn)了揮發(fā)份的析出，使殘?zhí)恐械挠袡C(jī)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(huì)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(shí)CaO和ZnCl2對(duì)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