污泥富CO2氣化特性研究.pdf

1、中國每年產(chǎn)生3000～4000萬噸含水率在80％左右的城市污泥。污泥中含有有機污染物、重金屬、二噁英、病原微生物等難降解的有毒有害物,不經(jīng)過處理而直接排放的話容易引起土地污染、水體污染和大氣污染等危害。氣化技術(shù)在污泥的減容化、無害化、穩(wěn)定化和資源化方面有著較大的優(yōu)勢。污泥CO2氣氛氣化技術(shù)具有減少溫室氣體排放和優(yōu)化氣化合成的潛力。其對CO2的重復(fù)利用,并將污泥和CO2氣體轉(zhuǎn)化為CO、H2和CH4等可燃?xì)怏w,從而實現(xiàn)污泥的資源化利用和碳的

2、負(fù)排放。此外,CO2對重金屬的穩(wěn)定、氣化過程中焦油產(chǎn)量的減少中都有促進(jìn)作用。故為探討CO2作為氣化劑在污泥氣化中的作用,研究污泥在富CO2氣氛下的氣化特性,以實現(xiàn)污泥的清潔能源化利用和CO2的負(fù)排放的目的。
　　本文在小型管式爐上,從氣化過程中各合成氣組分的產(chǎn)氣速率變化和最終合成氣的各計算參數(shù)的變化來研究氣化溫度、氣化劑中CO2濃度及STEAM濃度、添加劑等因素對污泥氣化特性的影響,從而為污泥的處理與其氣化機理的探究提供新的思維和

3、實驗依據(jù)。其主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)在污泥空氣氣化中,控制空氣當(dāng)量比一定,探究不同氣化溫度下氣化劑中添加不同含量的CO2對其氣化特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),溫度是影響氣化特性的最主要因素。隨著溫度的升高,各合成氣組分的產(chǎn)氣速率峰值、可燃?xì)猱a(chǎn)量以及氣化效率等都逐漸增加。在氣化溫度一定,控制CO2當(dāng)量比β在0、0.5、1和1.5變化,發(fā)現(xiàn)存在β=0.5使氣化效果達(dá)到最佳。綜合得出,高溫少量CO2的通入可以促進(jìn)污泥合成氣的產(chǎn)生,其

4、最佳的氣化條件為氣化溫度950℃,氣化劑流速為200～300ml/min,β=0.5。
　　(2)在氣化劑總流速和氧氣濃度相同的情況下,污泥高溫氣化的最佳CO2濃度在30％左右;相同條件下,在200～300ml/min之間存在最佳氣化劑流速使污泥的氣化效果達(dá)到最佳。氣化劑中有CO2參與的氣化反應(yīng)中,相比于無添加劑的工況下,添加K2CO3、草木灰與污泥灰均促進(jìn)合成氣中CO的產(chǎn)生,使其含量分別增加了68.27％、44.66％和28.7

5、9％。而在氣化劑中沒有CO2參與的氣化反應(yīng)中,僅有K2CO3可以對CO具有很好的促進(jìn)效果,促進(jìn)其增加了33.67％。
　　(3)污泥的CO2-STEAM氣氛氣化實驗中,研究了氣化溫度、水蒸氣濃度和添加劑對氣化特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),在相同工況下,隨著水蒸氣含量的增加,合成氣中可燃?xì)怏w的量也逐漸增加。存在一個最佳的水蒸氣濃度為40％,使合成氣中可燃?xì)怏w含量達(dá)到最大。在最佳水蒸氣含量下,可燃?xì)夂侩S著溫度的升高而增加,在950℃時氣化的

6、效果最優(yōu)。此外,還研究在最佳工況下K2CO3、草木灰和污泥灰對氣化特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在有水蒸氣的工況下添加K2CO3具有促進(jìn)氣化的效果(促進(jìn)催化效果要小于同工況下無水蒸氣的情況);草木灰對氣化基本沒有影響,而污泥灰甚至?xí)种破錃饣姆磻?yīng)。
　　(4)污泥在Air-CO2或O2-N2-CO2氣氛下氣化有利于重金屬的固化穩(wěn)定,且在最佳工況下其穩(wěn)定效果也是最好的。而在CO2-STEAM氣氛下氣化不利于重金屬的固化穩(wěn)定,且隨著氣化溫度