【摘 要】
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随着社会的发展与人民生活水平的提高,城市生活垃圾的产量也逐年递增,对生活垃圾的处置也越来越受到人们的重视。气化技术是生活垃圾减容、减量、清洁化利用的一个重要手段。传统气化过程存在着气化效率低,设备维护费用高等问题。化学链气化技术采用载氧体作为气化介质,避免了大量氮气的引入造成的合成气热值降低的问题,同时也省去了纯氧制备设备的维护费用。目前,对于化学链气化的研究大多集中于煤与生物质,对生活垃圾及其衍
【基金项目】
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国家重点研发计划:有机固废高效清洁稳定焚烧关键技术与装备（2018YFC190053）； 山东省重点研发计划:有机固废能源化循环利用关键技术研究与产业化（2019JZZY020806）；
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随着社会的发展与人民生活水平的提高,城市生活垃圾的产量也逐年递增,对生活垃圾的处置也越来越受到人们的重视。气化技术是生活垃圾减容、减量、清洁化利用的一个重要手段。传统气化过程存在着气化效率低,设备维护费用高等问题。化学链气化技术采用载氧体作为气化介质,避免了大量氮气的引入造成的合成气热值降低的问题,同时也省去了纯氧制备设备的维护费用。目前,对于化学链气化的研究大多集中于煤与生物质,对生活垃圾及其衍生燃料的化学链气化研究工作较为匮乏,且对化学链气化过程反应机理的研究也不够充分。基于以上不足,同时针对垃圾衍生燃料组分复杂,粒径不均匀等特点,提出了热解耦合化学链的气化模型。旨在了解垃圾衍生燃料化学链气化的基本特性,解决焦油含量过高等问题,并深入研究了挥发分与载氧体的反应机理,为生活垃圾的清洁化高效处理提供一条可行的参考途径。本文首先选取生活垃圾衍生燃料作为原料,选用Fe2O3作为载氧体,采用热解耦合化学链气化模型,研究了生活垃圾衍生燃料化学链气化的基本特性。考察了载氧体的加入量、反应温度、混合方式等因素对化学链气化的影响。结果表明,载氧体的加入显著提高了气化过程的产气率,且采用热解耦合化学链的气化方式气化效果更佳,比采用均匀混合与平铺方式的产气率提高约32.8%。产气率随着温度的提高而增大,合成气的热值在850℃时可以达到12.12 MJ/m3。当Fe2O3/C=0.15时,系统有最佳的产气率。在研究中发现,Fe2O3作为载氧体存在着气化选择性低,产气中CO2比例较高,同时也存在循环性差,易烧结等问题。针对这些不足,本文采用燃烧法制备了Ca-Fe复合载氧体Ca2Fe2O5,并测试了复合载氧体的反应性与循环性能。发现采用Ca2Fe2O5作为载氧体时,由于CaO的碳酸化作用,会使合成气中CO2含量降低,同时碱土金属的存在也会催化焦油的裂解,进一步提高产气率,采用复合载氧体,气化效率与碳转化率分别提升至70.3%与89.5%。通过对载氧体循环性能的测试,发现Ca-Fe复合载氧体在循环次数内保持了较好的循环性。最后本文以甲苯作为挥发分的模化物,深入研究了挥发分与载氧体的反应机理。由实验结果可知。甲苯的裂解主要有两种途径:其一为产生苯自由基与甲基自由基,第二种为产生苯甲基自由基与氢自由基。与载氧体反应时,主要可分为三个阶段:晶格氧充足时,发生的是完全氧化,此时产气只有CO2;晶格氧不足时,此时甲苯只能被部分氧化,产物中出现CO组分;金属裸露,此时,甲苯在金属表面发生脱氢积炭,该阶段产气中以H2与CH4为主。
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