發(fā)布時間：2020-10-28 11:35

　　 微波輔助熱解污泥可使污泥中的有機物發(fā)生化學(xué)裂解,生成生物油、合成氣和炭基吸附劑,有利于污泥的資源化利用,并且污染物排放可有效控制。本研究構(gòu)建了一套5 kg處理能力的干化污泥微波裝置�；诖搜b置,開展了試驗研究與分析,著重分析了微波輻照條件(如微波加熱功率、微波加熱時間以及最終加熱溫度)和催化劑的應(yīng)用對產(chǎn)物產(chǎn)量和質(zhì)量的影響,并探討了微波輔助熱解污泥的反應(yīng)機理。 微波輻照條件對熱解污泥過程分析發(fā)現(xiàn),微波加熱功率和最終加熱溫度是影響微波升溫過程的關(guān)鍵因素。微波輔助熱解污泥制備生物油主要在150-400°C加熱溫度區(qū)域生成,生物油產(chǎn)率最高的溫度范圍為250-300°C。合成氣產(chǎn)率最大化發(fā)生在250°C-320°C,產(chǎn)率在320°C以后開始下降。炭基吸附劑的最佳炭化溫度約為600°C,當最終炭化溫度達到700°C,會引起劇烈裂解反應(yīng),從而引起炭產(chǎn)量和質(zhì)量的下降�？偟膩碚f,微波加熱功率的增加有利于生物油和合成氣質(zhì)量的提高。 催化劑對微波輔助熱解污泥實驗研究表明,除催化劑FeSO4和ZnCl2的添加能提高合成氣的產(chǎn)率外,其他催化劑的添加均降低了生物油、合成氣和炭基吸附劑的產(chǎn)率。催化劑的添加對生物油、合成氣和炭基吸附劑的質(zhì)量均有顯著性影響。對生物油而言,依據(jù)制備的生物油的卡路里值、密度、粘度和C含量分析,催化劑KOH、H2SO4、H3BO3和FeSO4的添加顯著提高了生物油的質(zhì)量,催化劑ZnCl2降低了生物油的質(zhì)量。對合成氣而言,污泥經(jīng)酸化處理(添加H3PO4和H3BO3)明顯降低了CO和CO2的生成,但增加了H2的生成量。對炭基吸附劑而言,催化劑的添加可促進生成炭基吸附劑的孔結(jié)構(gòu)發(fā)育。 考慮到污泥熱解過程及影響其過程因素的多種復(fù)雜性,分別運用三種統(tǒng)計推斷方法(即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、逐步聚類回歸)建立基于統(tǒng)計的動力學(xué)預(yù)測模型,以實現(xiàn)在不同工況條件下分別對溫度升高和產(chǎn)油過程的預(yù)報。研究結(jié)果表明,發(fā)現(xiàn)預(yù)測效果最好的為支持向量機預(yù)測模型,其預(yù)測精度的R2值達0.8以上,可以較好地用于污泥熱解過程分析,從而實現(xiàn)對溫度和產(chǎn)油速率變化的預(yù)報。 微波輔助熱解污泥產(chǎn)物質(zhì)量分配評估得出,炭基吸附劑、生物油和合成氣質(zhì)量分別占污泥原質(zhì)量的65.0–68.9%、10.1–15.3%和11.8–13.4%。微波輔助熱解污泥產(chǎn)物能量分配評估顯示,每公斤污泥微波輔助熱解產(chǎn)生的炭基吸附劑、生物油和合成氣的熱值分別為5.21–6.71 MJ、3.70–5.34 MJ和1.35–1.60 MJ。催化劑的添加增加了炭基吸附劑的能量儲存,但降低了生物油的能量貯存。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

1.1.5 污泥中的水分污泥的含水率約為96%~98%，體積很大。污泥中水的成分呈現(xiàn)混合狀態(tài)，包括間隙水、毛細結(jié)合水、表面吸附水、內(nèi)部結(jié)合水等。污泥中水分組成如圖1-1所示。

1）微波加熱效應(yīng)據(jù)對微波接受能力不同，可將物質(zhì)分為微波導(dǎo)體、微波絕緣體和微般情況下，由非極性分子組成的物質(zhì)如聚氟乙烯、聚丙烯等塑料制瓷等，它們能透過微波而不吸收微波，為微波導(dǎo)體，這類材料可作的容器或支承物，或做微波密封材料；對于金屬物質(zhì)，微波不能透射，為微波絕熱體；由極性分子組成的物質(zhì)如水等，既能透過微波，為微波吸收體，見圖 1-6。水分子的兩個 H-O 鍵的健角為 104°型構(gòu)造使其分子內(nèi)正負極分離形成偶極矩，又因水分子的極化馳豫期相近，因此水分子偶極矩在微波場內(nèi)能輕松地從原來的熱運動狀微波電磁場的高頻交變而作高頻交替的排列取向運動（如在 2450用下，水分子會以近 24.5 億次/s 的頻率作高頻取向運動），水分的磨擦、碰撞而發(fā)生能量轉(zhuǎn)換、傳遞，微波能迅速轉(zhuǎn)化為水分子水對微波良好的吸收效應(yīng)。

21圖 1-7 纖維素?zé)峤鈾C制（DP 為裂解產(chǎn)物聚合度的指示）Diebold[65]將纖維素的熱解步驟總結(jié)為:：纖維素首先生成活化纖維素（Acllulose），活化纖維素通過三個平行步驟形成焦炭、主要揮發(fā)物（生物油）級揮發(fā)物（合成氣成分），具體如圖 1-8 所示。
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本文編號：2860036