餐厨垃圾分选有机废物热解特性及示范工程研究

摘要

在对餐厨垃圾生物处理的过程中不可避免会产生塑料、骨头、竹木、纤维等不适合生物处理的残余物，而残余物的处理不当极易造成二次污染。针对这一问题并提高餐厨垃圾的资源化利用程度，本文以餐厨垃圾厌氧发酵预处理环节分选的有机废物为研究对象，对其典型组分（难降解生物质、骨头类和塑料类）进行了热重(TG)特性研究及动力学分析，在此基础上有针对性的合成负载型钙钛矿用于实验室催化热解实验与条件优化，并进行了示范工程研究。
　　研究发现，餐厨垃圾分选有机废物的典型组分在500℃时可基本热解完全，这为混合热解创造了条件。三种典型组分混合热解几乎在整个温度阶段都表现出了协同作用，塑料在混合热解过程中表现出低温抑制、高温协同的效果;难降解生物质和骨头混合热解，反应属于扩散控制，并且在骨头比例为20％时对反应速率有最佳促进效果。在催化热解实验中，随温度升高，液相产物产率下降，气相产物产率升高，其中H2产率显著提高;不同催化剂体系的气相产物成分差异明显:使用LaNi0.8Co0.2O3/γ-Al2O3催化剂在900℃下有最大H2产率，达72.22％，使用LaNi0.6F e0.4O3/γ-Al2O3催化剂时在900℃下，合成气(H2+CO)在气相产物中的比率达到最大值97.90％;除此之外，B位金属掺杂比例对LaNiO3系钙钛矿的选择性也有影响，少量的Co的掺杂能有效提升H2产率，但是掺杂比例较高时，会抑制Ni的活性，本文研究发现掺杂比例为20％时，H2选择性较高。以本文实验结果为基础，依托处理能力50t·d-1的餐厨垃圾处理厂建设了示范工程，年产热解炭达1068t，其余热可产生0.8MPa的饱和蒸汽965kg·h-1，远高于干燥系统的蒸汽需求485kg·h-1;可实现碳减排量至少1.15t·d-1;使用污泥对设备进行调试过程中，尾气中的二噁英浓度远低于排放标准(0.019＜＜0.1ngTEQ·Nm-3);示范工程投资费用为428万元，每处理一吨餐厨垃圾需消耗75元，同时产生109元的收益，每年净收益为86万元，经济效益显著。
　　以上结果为餐厨垃圾分选有机废物热解技术在餐厨垃圾生物处理过程的推广提供了技术参考，并提高了整个处理过程的经济性与资源化利用程度。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 餐厨垃圾分选有机废物产生与处理现状

1．2．1 餐厨垃圾分选有机废物的产生

1．2．2 餐厨垃圾分选有机废物处理现状及存在问题

1．3 热解技术的优势及问题分析

1．4 国内外催化热解研究

1．4．1 国内外有机固体垃圾催化热解研究

1．4．2 负载型钙钛矿催化剂

1．5 本文研究目的和内容

1．5．1 研究目的和意义

1．5．2 研究内容和技术路线

第二章 餐厨垃圾分选有机废物热解及动力学特性分析

2．1 实验材料及方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 分析方法

2．2 餐厨垃圾分选有机废物典型组分热重及动力学分析

2．2．1 典型组分热重分析

2．2．2 动力学分析

2．3 骨头组分在物料热解中的作用与动力学分析

2．4 本章小结

第三章 餐厨垃圾分选有机废物两段式催化热解产合成气研究

3．1 负载型钙钛矿催化剂的制备

3．1．1 试剂与仪器

3．1．2 催化剂制备与成型

3．2 两段式催化热解实验研究

3．2．1 设备与方法

3．2．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 有机废物热解机理分析

3．3．2 二段温度对焦油热解的影响

3．3．3 不同催化剂的催化活性

3．3 本章小结

第四章 示范工程研究

4．1 示范工程建设

4．1．1 工艺流程设计

4．1．2 主要工艺设计参数

4．1．3 工艺设计方案

4．2 示范工程运行

4．2．1 设备组成

4．2．2 主要运行参数

4．2．3 运行效果分析

4．3 工程效益分析

4．3．1 环境效益

4．3．2 经济效益

4．3．3 社会效益

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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