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利用冶金渣余热催化气化城市生活垃圾的试验研究

袁永功

  城市生活垃圾对城市环境及人类健康造成的危害已经引起人们的广泛关注,而传统的垃圾处理技术已难以满足我国对城市生活垃圾处理的需要。城市生活垃圾气化处理技术是新型的垃圾处理技术,它是对城市生活垃圾进行热化学处理并得到可燃气体的过程,具有减容效果好、二次污染低和资源利用率高等优点。节能减排已经成为中国现代化冶金企业要面对的最严重问题,本文旨在探讨利用冶金废渣余热催化气化城市生活垃圾,在达到余热回收利用的同时,处理生活垃圾。 本文以城市生活垃圾典型组分按照一定的比例配制而成的混合垃圾为研究对象,开展了城市生活垃圾催化气化的热重分析实验,并在自行设计的反应器内对城市生活垃圾气化产气特性进行了实验研究。 利用自行设计的热重分析实验装置进行的研究表明,所用渣样不同,热重分析过程的时间也不同。初始温度和质量相同时,铜渣的热重反应较高炉渣瞬时产气量大,反应剧烈。气化反应发生在渣表面,渣表面温度在反应的过程中变化较剧烈,而渣中心温度的变化较平缓。渣粒径大小也是影响渣传热的因素。热重实验是开放式的,受很多因素的影响,而且有些因素还不是孤立的因素。具体包括浮力和对流,挥发物的再凝聚,仪器因素,试样等影响因素。 利用铜渣的余热进行的城市生活垃圾催化气化实验,对应的反应机理为三维扩散,微分形式的函数表达式为Y=ln((1-2/3Y)-(1-Y)2/3);利用高炉渣余热进行城市生活垃圾催化气化过程,对应的反应机理微分形式的函数表达式为Y=ln(1-(1-Y)1/3)。利用冶金渣余热催化气化城市生活垃圾过程中,反应活化能较小,反应较剧烈。相比较而言铜渣气化生活垃圾的频率因子较高,反应速率较快。由城市生活垃圾气化动力学方程表达式da/dT=Ae-E/RTf(α),根据计算得到的E和A的数值建立城市生活垃圾催化气化的动力学模型。 起始温度的不同将影响生活垃圾气化的反应时间。起始温度越高,反应速率越快,完全反应所需的时间也越短。完全反应的累计产气量与初始温度无关,它不随温度的变化而变化。相同质量的垃圾试样,铜渣气化累计产气量高于高炉渣。瞬时产气量的峰值也是随起始温度的降低而减小的。在无载气、载氮气和载水蒸气时催化气化生活垃圾产气的组分中一氧化碳含量均最高,其次是二氧化碳、甲烷和氢气。在反应时间上,二氧化碳和甲烷的体积分数先到达峰值,而一氧化碳的峰值出现的较晚,氢气峰值出现的最晚。载水蒸气时生活垃圾气化产气的各个组分体积分数均最高,其次是无载气,载氮气时最低。在用沙做参照的对比实验中,铜渣气化产气各个组分体积分数均最高,其次是高炉渣,最低的是沙。表明铜渣和高炉渣在气化生活垃圾的过程中存在着一定的催化作用。 总之,利用冶金渣的余热催化气化城市生活垃圾处理技术具有较好的环境效益、社会效益和经济效益,发展前景广阔。……   
[关键词]:城市生活垃圾;冶金渣;气化;动力学;产气特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2009年