城市生活垃圾熱解產(chǎn)物性質(zhì)及元素分布規(guī)律研究.pdf

1、城市生活垃圾熱解技術(shù)不僅可以使垃圾減容、減量，而且可以實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化利用，因而近年來(lái)日益受到關(guān)注。但直到目前，生活垃圾熱解處理技術(shù)仍存在許多問(wèn)題，如熱解機(jī)理有待完善，熱解產(chǎn)物的性質(zhì)及其利用有待深入探索。論文針對(duì)以上問(wèn)題，以城市生活垃圾為研究對(duì)象，研究熱解產(chǎn)物的性質(zhì)以及元素分布隨熱解溫度的變化規(guī)律，為深入了解城市生活垃圾的熱解機(jī)理、熱解產(chǎn)物的資源化利用提供參考。經(jīng)試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：
　?、偬慨a(chǎn)率隨著熱解溫度的升高（500℃～

2、800℃）而逐漸降低，從31.38％降至25.58%；在600℃時(shí)焦油產(chǎn)率達(dá)到最大值28.02%，之后隨著溫度的升高而逐漸降至最小值21.76%；熱解氣的質(zhì)量產(chǎn)率和體積產(chǎn)率均隨著溫度的升高而增加，質(zhì)量產(chǎn)率從41.7%升至52.66%，體積產(chǎn)率從143.50L/kg升至438L/kg。
　　②與原料相比，炭和焦油中的C元素相對(duì)富集，碳化程度明顯提高，且焦油中C元素的富集程度高于炭；炭和焦油的O/C比和H/C比均明顯低于原料，且隨著溫

3、度的升高而逐漸減小；炭與焦油相比，炭的芳香化程度和極性均高于焦油。
　　③原料中主要含有脂肪族醚、酮、甲基、亞甲基等官能團(tuán)，且炭結(jié)構(gòu)呈無(wú)序排列；與原料相比，熱解炭中脂肪族官能團(tuán)大量減少，并主要以芳環(huán)＝C－H、芳香族/脂肪族甲基和亞甲基官能團(tuán)為主；隨著溫度的升高，芳香族官能團(tuán)數(shù)量逐漸增加，且炭結(jié)構(gòu)逐漸呈有序排列；在原料和炭中均存在CO2-3鹽吸收峰。
　?、芴勘砻娲嬖贑、O、N、Cl、Ca、Si、Na和K元素，其中以C元素為主

4、；在炭表面：sp2雜化C（以芳環(huán)C－H鍵為主）是C的主要存在形式；COO－鍵是O的主要存在形式；Si以Si－N－C、SiO2等形式存在；Cl以無(wú)機(jī)氯（NaCl和KCl等）形式存在；Na以NaCl和NaOH形式存在。C500（500℃炭）表面N以N－Si、胺基N等形式存在；在C500、C600和C700表面，Ca均以CaCO3形式存在，在800℃時(shí)，以CaCO3、CaO、CaSO4和CaCl2的形式存在；
　?、萏勘砻鍻和N的活性高

5、于炭?jī)?nèi)部O和N的活性；Cl在四種炭表面富集；炭表面未檢測(cè)到S元素。
　　⑥焦油的含水率為18.43%～26.11%，含固率為0.75%～1.29%，低位熱值大小位于24.12MJ/kg～28.36MJ/kg之間；已檢測(cè)出的焦油成分包括烷烴、烯烴、酚、醇、醛、酮、酯、單環(huán)芳烴、PAHs等；在T500（500℃焦油）中，主要以單環(huán)芳烴和PAHs為主；隨著溫度的升高，PAHs成為焦油的主要成分，且含量從8.84%升至83.45%；當(dāng)熱解

6、溫度≤600℃時(shí)，PAHs的產(chǎn)生主要通過(guò)Diels-Alder反應(yīng)，當(dāng)熱解溫度＞600℃時(shí)，PAHs的主要產(chǎn)生途徑還包括苯酚及其衍生物的自由基反應(yīng)；萘及其衍生物是PAHs的主要成分。
　?、咭褭z測(cè)出的熱解氣成分包括烷烴、烯烴、炔烴、CO2、含S氣體（以 H2S為主）、含Cl氣體（以CH3Cl為主）等；當(dāng)熱解溫度從500℃升至800℃時(shí)，氣體體積增加，其中烷烴、烯烴、炔烴、CO2、含S氣體和含Cl氣體的體積分別增加1.86倍、3.6

7、4倍、19.23倍、2.17倍、3.28倍和1.65倍；當(dāng)溫度≤600℃時(shí)，脫氫反應(yīng)劇烈，當(dāng)溫度＞600℃時(shí)，脫氫反應(yīng)緩慢提高；烯烴是氣體的主要成分，且隨著溫度的升高，其比例逐漸增加。
　?、喈?dāng)溫度≤600℃時(shí)，原料-C發(fā)生一次熱解反應(yīng)，生成炭-C、焦油-C和氣體-C；焦油-C產(chǎn)率在600℃時(shí)達(dá)到最大值32.81%；當(dāng)溫度＞600℃時(shí)，發(fā)生二次熱解反應(yīng)，焦油-C產(chǎn)率在700℃時(shí)降至最小值29.39%，部分焦油-C轉(zhuǎn)化為氣體-C；炭

8、-C產(chǎn)率隨溫度的升高從36.39%降至29.40%；氣體-C產(chǎn)率隨溫度的升高而從31.95%升至40.28%。
　　⑨50%以上的H和O分布在氣體中，且隨著熱解溫度的升高而升高，而炭-H（O）、焦油-H（O）產(chǎn)率則逐漸降低；炭-N產(chǎn)率隨溫度的升高從57.73%降至30.46%，焦油-N產(chǎn)率在600℃時(shí)達(dá)最大值39.41%，之后逐漸減少并穩(wěn)定在32%附近，氣體-N產(chǎn)率在600℃時(shí)取得最小值9.04%，之后逐漸增大至37.43%；80