【摘要】：含氮量高是制約污泥合理資源化可持續(xù)利用的重要因素。催化熱解是污泥脫氮提質清潔利用的有效途徑之一。本文使用下墜式固定床反應器對污泥熱解揮發(fā)分進行原位催化重整,脫除污泥熱解揮發(fā)分中有機氮的同時制備輕質芳烴類化合物,實現污泥的清潔資源化高附加值轉化利用。研究了污泥非催化熱解中熱解溫度和反應氣氛對產物分布和氮轉化途徑的影響,在充分理解污泥非催化熱解氮轉移機制的基礎上,重點考察分子篩(ZSM-5,Si/Al=25/50/80)催化條件下熱解溫度對污泥熱解過程中產物分布和氮遷移規(guī)律的影響。選擇不同化學結構的氨基酸作為污泥模型化合物進行催化熱解實驗,考察芳烴生成機理和有機氮的釋放規(guī)律,深入探討污泥催化熱解機理和氮轉化規(guī)律,為污泥的清潔資源化可持續(xù)再利用提供理論依據和技術支持。研究表明:污泥非催化熱解中,與惰性氣氛(Ar)相比,還原氣氛(H_2)有利于氣體產物的生成,抑制焦油的生成。還原氣氛促進了焦炭氮的熱分解,獲得了較低的焦炭氮產率。溫度的升高促進了含氮氣體的釋放,在所有條件下,HCN產量都很低,更多的N以NH_3的形式釋放。還原氣氛促進了污泥中含氮化合物的熱分解,生成更多的酰胺類、氰類和含氮雜環(huán)化合物。當溫度高于500 ~oC,H_2有利于促進含氮化合物向NH_3的轉化。還原性氣氛和高溫的協(xié)同效應有利于諸如哌啶、吡咯和吡啶等難裂解的含氮雜環(huán)的熱分解,生成更多的NH_3和HCN,同時促進HCN向NH_3的轉化。污泥熱解揮發(fā)分經ZSM-5分子篩催化重整后,促進了揮發(fā)分氮的脫除,轉化為NH_3、HCN和部分積碳氮,并獲得了大量的芳烴和烯烴。ZSM-5硅鋁比越小(酸性越強)脫氮效果越明顯,輕質芳烴產率越大。隨著溫度的升高,芳烴碳產率先增加后降低,在500 ~oC下硅鋁比為25的ZSM-5分子篩所得輕質芳烴收率最高(碳產率16.4%)。ZSM-5分子篩有利于促進苯和甲苯的生成,并對簡單烷基側鏈的芳烴具有較高的選擇性。對比氨基酸的催化熱解表明:污泥中具有芳環(huán)或飽和烴側鏈的氨基酸(苯丙氨酸和亮氨酸)有利于形成芳烴和NH_3;含N雜環(huán)結構的氨基酸(脯氨酸)促進了含氮雜環(huán)化合物的生成,且易導致催化劑結焦,抑制催化裂解生成更多的芳烴和NH_3;短鏈二元酸天冬氨酸具有穩(wěn)定的結構難于完全分解。
【圖文】：

圖 1-1 污泥熱解工藝圖Figure 1-1 Schematic diagram of pyrolysis process of SS污泥熱解處理技術的潛力大，通過熱解處理可以脫去污泥中的水分，達到減量化的效果，同時殺滅病毒和病原體等有害微生物[39]，并且將污泥中的有徹底分解轉化為液體燃料和高附加值的化工產品。此外，熱解處理后污泥本有的大量的重金屬元素濃縮在固體殘渣中，與污泥焚灰相比，這些金屬與殘結合更加緊密，也更難浸出，從而為熱解殘焦的后續(xù)利用提供了更多的便利能[40,41]。因此，污泥熱解技術被認為是一種最具潛力的污泥安全資源化的技段。.3 熱解中氮遷移研究現狀（ Present Research on Nitrogonversion by Pyrolysis）熱解技術雖然能夠有效地轉化有機質組分，得到熱值較高的燃料油或燃料，但由于污泥中有機物含有較高量的氮元素，易在熱解過程中會轉化 NOx的體化合物，對污泥熱解產物的清潔利用產生一定的影響。為了實現污泥熱解

碩士學位論文1.5 分子篩（Zeolite）分子篩是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連，而形成的分子尺寸大小的孔道和空腔體系，是一種能夠在分子水平上篩分物質的多孔材料。分子篩催化劑不但具有很強的表面酸性，使其具有斷鍵、脫氧、脫氮和芳構化的作用，并且其還具備獨特的規(guī)則孔結構，同時又能滿足擇形催化的要求，，受到了生物質催化裂解研究領域的廣泛關注[20,21,24,55]。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703;O643.32

【參考文獻】

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本文編號：2618214