煉化廢水污泥混煤熱解燃燒特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、煉化廢水污泥是石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢水經(jīng)處理后，沉淀分離出來的一種危險(xiǎn)廢棄物。如不加妥善處理，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，甚至威脅到人類生命健康。此外，煉化廢水污泥中含有較高比例的有機(jī)物，具有一定的熱值，對(duì)其進(jìn)行再生資源化處理，可以回收寶貴的資源和能源。與傳統(tǒng)處置技術(shù)相比，以熱解和燃燒為代表的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法因能實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢棄物的無害化、減量化、穩(wěn)定化和資源化處置而備受青睞。本文以含有高濃度有機(jī)物的煉化廢水污泥為研究對(duì)象，通過各種

2、熱分析手段研究其熱化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以期為工業(yè)化應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
　　首先，利用TG/DSC-FTIR技術(shù)研究煉化廢水污泥的熱解特性、反應(yīng)熱效應(yīng)、固相產(chǎn)物表面化學(xué)官能團(tuán)演變規(guī)律和氣相產(chǎn)物釋放特性，并建立了多步獨(dú)立的連續(xù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明，隨升溫速率增大，煉化廢水污泥熱解曲線朝高溫區(qū)偏移，除殘留物質(zhì)量以外，其他熱解特征參數(shù)均有增大趨勢(shì);FTIR分析結(jié)果表明，固相產(chǎn)物中的O-H、C-H、C=O、C-O和C-C等官

3、能團(tuán)的吸收峰寬度和強(qiáng)度均隨著熱解溫度的升高而顯著減小;氣相產(chǎn)物中出現(xiàn)H2O、CH4、CO和CO2等物質(zhì)的吸收峰;動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，熱解各個(gè)階段的機(jī)理函數(shù)分別是f(α）=（1-α）2.3、f(α）=（1-α）2.7和f(α）=4/5（1-α）[-ln（1-α）]-1/4，與理想模型均有一定的偏差。Py-GC分析結(jié)果表明，隨熱解溫度升高，氣相產(chǎn)物中H2和CO的產(chǎn)率顯著增大，而CH4和CO2則呈現(xiàn)增大放緩甚至減小的變化趨勢(shì)。
　　利用

4、熱重分析法研究煉化廢水污泥在不同氧氣濃度的O2/N2和O2/CO2氣氛下的燃燒特性，并建立適用于不同氧氣濃度、多步獨(dú)立的連續(xù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明，煉化廢水污泥的燃燒路徑包含兩個(gè)部分，即揮發(fā)分析出+焦炭燃燒;引入用于描述煉化廢水污泥燃燒的特征參數(shù)，發(fā)現(xiàn)氧氣濃度、稀釋氣體、升溫速率、初始質(zhì)量等因素對(duì)其燃燒特性有一定的影響;動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，O2/N2氣氛下第4階段和O2/CO2氣氛下的后3個(gè)階段的反應(yīng)活化能均隨著氧氣濃度的升高而增大，

5、其他的則不受影響。
　　利用熱重分析法研究煉化廢水污泥與褐煤的混合熱解特性和動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明，混合物的熱解曲線介于兩種原料單獨(dú)熱解時(shí)的曲線之間，且隨著煉化廢水污泥摻混比例的增大，TG曲線朝低溫區(qū)偏移，失重程度加劇;混合熱解過程中，煉化廢水污泥與褐煤之間存在相互抑制作用:當(dāng)溫度較低時(shí)，褐煤阻礙污泥的熱解，隨著溫度升高，污泥熱解產(chǎn)生的焦炭阻礙褐煤的分解;動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，揮發(fā)分含量和顆粒粒徑會(huì)對(duì)試樣熱解反應(yīng)活化能大小產(chǎn)生影響。在

6、固定床反應(yīng)器上進(jìn)行煉化廢水污泥與褐煤的混合熱解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在相互作用，有利于氣體產(chǎn)物產(chǎn)量的升高;FTIR分析結(jié)果表明，熱解產(chǎn)物中主要化學(xué)官能團(tuán)的紅外吸收峰寬度和強(qiáng)度受熱解溫度、摻混比例等因素影響;GC分析結(jié)果表明，H2和CO的產(chǎn)率隨熱解溫度、摻混比例的升高而增大，而CH4和CO2的產(chǎn)率隨熱解溫度、摻混比例的變化規(guī)律則相對(duì)比較復(fù)雜。
　　最后，采用熱重分析法對(duì)煉化廢水污泥與褐煤的混合燃燒特性和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表

7、明，隨升溫速率增大，燃燒特征溫度、燃燒特征速率和燃燒特性指數(shù)均呈增大趨勢(shì);隨煉化廢水污泥摻混比例增大，混合物的燃燒特征溫度降低，燃燒特征速率和燃燒特性指數(shù)則增大;混合燃燒過程中，煉化廢水污泥與褐煤之間存在相互抑制作用:當(dāng)溫度較低時(shí)，褐煤阻礙污泥的分解，隨著溫度升高，污泥燃燒產(chǎn)生的焦炭、灰分等產(chǎn)物阻礙褐煤的燃燒;借助XRD和SEM等技術(shù)手段對(duì)燃燒后殘留物的物相和微觀形貌進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著煉化廢水污泥摻混比例的增加，燃燒后殘留物的燒結(jié)、熔