【摘 要】
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近年来对污泥进行无害化处理受到人们的广泛关注,其中水热炭化法是将污泥转化为可利用的物质的前沿技术之一。此外,由于减少二氧化碳排放的可能性,通过CO_2对水热炭气化能够对“碳中和”的实现起到促进作用。因此,水热炭化法处理污泥以及水热炭的CO_2气化是有必要的。本文主要研究了水热反应温度(160～260°C)、停留时间(30～150min)和醋酸浓度(0～3mol/L)对水热炭化工艺和CO_2气化行为
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近年来对污泥进行无害化处理受到人们的广泛关注,其中水热炭化法是将污泥转化为可利用的物质的前沿技术之一。此外,由于减少二氧化碳排放的可能性,通过CO2对水热炭气化能够对“碳中和”的实现起到促进作用。因此,水热炭化法处理污泥以及水热炭的CO2气化是有必要的。本文主要研究了水热反应温度（160～260°C）、停留时间（30～150min）和醋酸浓度（0～3mol/L）对水热炭化工艺和CO2气化行为的影响。并通过响应面法在不同条件下污泥水热炭的燃料特性和气化特性进行了多目标优化。首先,在高压水热反应釜中进行污泥水热炭的制备实验,并对水热炭进行发热量测试和元素分析,获得基础数据。研究发现,由于污泥在水热炭化过程发生的水解反应,水热炭的C,H和N含量分别降低10.25%,2.01%和2.82%。此外污泥水热炭化之后能量密度由1升高至1.1,表明污泥水热炭具有作为燃料的潜力。不同的水热炭化条件对水热炭的性质具不同的影响,随着温度升高能量密度降低7.20%,醋酸浓度升高会水热炭的能量密度提高18.01%,停留时间对产率和热值的影响不大。其次,利用响应面法以水热炭的热值和产率为优化目标进行工况优化,结果表明,从单因素来考虑,温度和醋酸浓度对水热炭产率和热值的影响较大。随着反应温度从160°C升高至260°C,水热炭产率和热值分别下降了约15%和27%。随着醋酸浓度的升高,水热炭的热值升高约10%。而随着醋酸浓度增加,水热炭产率先降低后升高。通过响应面法得出最佳工况为水热炭化温度160°C,停留时间30min,醋酸浓度0.07mol/L,预测的热值为7820.99k J/kg,产率为82.69%。通过实验验证,产率和热值分别为83.07%和7794.25k J/kg,与预测结果基本吻合。最后,通过微型流化床对不同水热炭化条件的产生的水热炭进行CO2气化,实验结果表明,CO2气化产生的污染物较少并且碳转化率高,因此CO2气化是一种很有前途的热转化方式。通过分析水热炭在气化过程气体释放规律发现,随着水热温度,停留时间和醋酸浓度增加,水热炭气化的气体释放量均减少。其中水热温度对气体释放的影响最大,随着水热温度升高,CO含量减少的趋势最大,从0.11%降低至0.03%。响应面优化结果显示,当水热温度为211.34°C,停留时间为88.16min,醋酸浓度为1.58mol/L时,得到最优的水热炭化工况,预测的气化活性指数为0.29s-1,实验验证结果表明,R0.9值为0.28s-1,误差值为2.19%,在误差范围内。本文的研究表明,水热炭化与传统的污泥处理方法相比,可以使用较低的反应条件产生高热值的水热炭,为CO2气化提供了可靠的原料,为污泥的水热炭化技术与气化技术相结合的利用提供了参考信息。
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