TG-FTIR研究垃圾衍生燃料与褐煤共热解特性

摘要

城市生活垃圾(Municipal Solid Waste，MSW)由于易腐败、恶臭等原因不利于热处理，通过分选、粉碎、干燥、加工成型制成垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel，RDF)，具有热值高、燃烧稳定、二次污染低和二噁英类物质排放量低等优点。同时，褐煤长期以来未能有效地利用。研究RDF与褐煤共热解既能提高资源的经济效益，又能缓解“垃圾围城”带来的一系列问题，有利于能源的综合利用及开发。本文主要内容和研究成果归纳如下:
　　利用元素分析与工业分析确定RDF和褐煤元素组成，并通过热重分析法研究不同工艺对RDF与褐煤共热解的影响，共热解过程分为三个阶段:生物质组分热解(173～433℃)、塑料类物质热解(402～566℃)以及无机碳酸盐热解(＞650℃)。酸洗能去除样品中的无机碳酸盐。利用模型法(Coats-Redfern)和无模型法(Friedman，FWO和KAS)对共热解过程进行动力学分析。塑料类物质热解阶段活化能比生物质组分热解阶段活化能高。按照平行度可将Friedman、FWO及KAS无模型法所得拟合曲线划分为三类:α=0.1，α=0.2～0.6，α=0.7～0.9，平行的拟合直线具有相似的动力学特性及反应机制。Coats-Redfern模型拟合法可求得不同阶段平均活化能，而Friedman、FWO及KAS无模型方法更接近真实的热解反应机理。
　　从气相产物的三维红外和气象产物释放特性发现:第一阶段析出气体以H2O、CO2、 CO和CH4为主;第二阶段析出气体以CH4和CO2为主;第三阶段析出气体以CO2和CO为主。轻质气体CO2、CH4、CO均表现为双峰特性，CO2的释放集中在低温段(200～300℃)和高温段(600～800℃)，CO的释放集中在低温段(300～400℃)和高温段(600～800℃)，CH4的释放集中在中温段(300～600℃)。RDF与褐煤共热解过程存在协同作用，RDF中的碱金属元素对褐煤具有催化作用。碱金属K的催化性能强于Na，碱金属盐(K、Na)能促进含C=O和C-O-C半挥发性有机物催化裂解和催化重整生成CO2和CO。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 垃圾衍生燃料与褐煤共热解研究现状

1．2．1 城市生活垃圾处理现状

1．2．2 垃圾衍生燃料制作工艺

1．2．3 垃圾衍生燃料热解研究现状

1．2．4 褐煤热解研究现状

1．2．5 垃圾衍生燃料与褐煤共热解研究现状

1．3 研究内容及创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文创新点

第二章 垃圾衍生燃料与褐煤共热解热重分析

2．1 实验原料、仪器和方法

2．1．2 实验原料

2．1．3 元素分析与工业分析

2．1．4 仪器及实验条件

2．2 实验结果与分析

2．2．1 不同升温速率对RDF单独热解特性的影响

2．2．2 不同质量配比对共热解过程热失重特性的影响

2．2．3 不同升温速率对共热解过程热失重特性的影响

2．3 小结

第三章 垃圾衍生燃料与褐煤共热解动力学分析

3．1．1 动力学参数

3．1．2 级数对共热解动力学参数的影响

3．2 基于Friedman、FWO和KAS无模型法的动力学分析

3．3 Coats-Redfern模型法与Friedman、FWO及KAS无模型法的比较

3．4 小结

第四章 垃圾衍生燃料与褐煤共热解FTIR分析

4．1 不同升温速率时RDF单独热解气相产物的FTIR分析

4．1．1 RDF单独热解气相产物的三维红外分析

4．1．2 RDF单独热解气相产物的释放特性

4．1．3 不同升温速率对RDF热解过程的影响

4．2 不同质量配比时RDF与褐煤共热解气相产物的FTIR分析

4．2．1 不同质量配比时RDF与褐煤共热解气相产物的三维红外分析

4．2．2 不同质量配比时RDF与褐煤共热解气相产物的释放特性

4．3 不同升温速率时RDF与褐煤共热解气相产物的FTIR分析

4．3．1 不同升温速率时RDF与褐煤共热解气相产物的三维红外分析

4．3．2 不同升温速率时RDF与褐煤共热解气相产物的释放特性

4．5 小结

第五章 共热解协同反应及碱金属浸渍对催化特性的影响

5．1 垃圾衍生燃料与褐煤的XRF分析

5．2 垃圾衍生燃料与褐煤的协同反应

5．3 碱金属浸渍对共热解催化特性的影响

5．3．1 实验原料

5．3．2 热解气体产物的TG分析

5．3．3 热解气体产物的FTIR分析

5．4 小结

总结与展望

一、结论

二、展望

参考文献

致谢

附录