城市生活垃圾催化热解制氢实验研究

摘要

随着经济的发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾总量迅速增多，对环境构成极大的威胁。垃圾热解技术以其二次污染小，无害化，资源化程度高的特点，成为垃圾处理的重要方向。同时垃圾中含有大量制氢资源，具备热解制氢的可能性。本论文通过探讨在催化的条件下，使得垃圾热解产物进一步催化重整从而提高实验产气量和气态产品的产氢率以达到资源回用，循环经济的目的。 本研究使用自行设计和制造的、旨在模拟工业化实际设备中热解特性的小型可连续进料的外热式催化热解实验装置，以城市生活垃圾为实验物料，主要考察了白云石、镍基、稀土三类催化剂对产气产氢特性的影响。并在每种催化剂条件下，考察一些主要参变量的影响规律，包括热解温度（750℃～900℃），螺旋进料器的进料速度（25转/分～40转/分），催化剂粉末按比例混合物料进料（0～10％）。 实验结果表明，催化剂的添加能明显提高产气量和气态产品的H2含量，并且给出了在实验范围内使用各种催化剂的最佳产氢工艺参数：以白云石为催化剂的条件下，最佳产氢工艺条件是：热解温度900℃，转速为30转/分，白云石粉末按10％比例混合进料，这时产气量为0.89L/g，H2含量为40.9％；以纳米NiO/γ-Al2O3为催化剂时，最佳产氢工艺条件是：热解温度900℃，转速为30转/分，纳米NiO粉末按5％比例混合进料，这时产气量为1.25L/g，H2含量为56.8％；以纳米NiO/赤泥为催化剂时，最佳产氢工艺条件是：热解温度900℃，转速为30转/分，纳米NiO粉末按5％比例混合进料，这时产气量为1.12L/g，H2含量为44.6％，；以稀土为催化剂时，最佳产氢工艺条件是：热解温度750℃，转速为30转/分，催化剂粉末按5％比例混合进料，这时产气量为0.85L/g，H2含量为31.4％。 实验过程中稀土催化剂在800℃左右有失活迹象，对于其他几种催化剂，相对于不使用催化剂，在相同实验条件下，产气量和产气率的增幅顺序为：纳米NiO/γ-Al2O3>纳米NiO/赤泥>白云石。 在实验范围内，各种催化剂对焦油去除效果依次为：纳米NiO/γ-Al2O3>稀土>NiO/赤泥>白云石，对半焦的催化裂解效果依次为：纳米NiO/γ-Al2O3>NiO/赤泥>稀土>白云石。