煉化廢水污泥混煤熱解燃燒特性及動力學研究.pdf

1、煉化廢水污泥是石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢水經(jīng)處理后，沉淀分離出來的一種危險廢棄物。如不加妥善處理，會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害，甚至威脅到人類生命健康。此外，煉化廢水污泥中含有較高比例的有機物，具有一定的熱值，對其進行再生資源化處理，可以回收寶貴的資源和能源。與傳統(tǒng)處置技術(shù)相比，以熱解和燃燒為代表的熱化學轉(zhuǎn)化法因能實現(xiàn)危險廢棄物的無害化、減量化、穩(wěn)定化和資源化處置而備受青睞。本文以含有高濃度有機物的煉化廢水污泥為研究對象，通過各種

2、熱分析手段研究其熱化學轉(zhuǎn)化機理和反應(yīng)動力學，以期為工業(yè)化應(yīng)用打下堅實的理論基礎(chǔ)。
　　首先，利用TG/DSC-FTIR技術(shù)研究煉化廢水污泥的熱解特性、反應(yīng)熱效應(yīng)、固相產(chǎn)物表面化學官能團演變規(guī)律和氣相產(chǎn)物釋放特性，并建立了多步獨立的連續(xù)反應(yīng)動力學模型。結(jié)果表明，隨升溫速率增大，煉化廢水污泥熱解曲線朝高溫區(qū)偏移，除殘留物質(zhì)量以外，其他熱解特征參數(shù)均有增大趨勢;FTIR分析結(jié)果表明，固相產(chǎn)物中的O-H、C-H、C=O、C-O和C-C等官

3、能團的吸收峰寬度和強度均隨著熱解溫度的升高而顯著減小;氣相產(chǎn)物中出現(xiàn)H2O、CH4、CO和CO2等物質(zhì)的吸收峰;動力學分析結(jié)果表明，熱解各個階段的機理函數(shù)分別是f(α）=（1-α）2.3、f(α）=（1-α）2.7和f(α）=4/5（1-α）[-ln（1-α）]-1/4，與理想模型均有一定的偏差。Py-GC分析結(jié)果表明，隨熱解溫度升高，氣相產(chǎn)物中H2和CO的產(chǎn)率顯著增大，而CH4和CO2則呈現(xiàn)增大放緩甚至減小的變化趨勢。
　　利用

4、熱重分析法研究煉化廢水污泥在不同氧氣濃度的O2/N2和O2/CO2氣氛下的燃燒特性，并建立適用于不同氧氣濃度、多步獨立的連續(xù)反應(yīng)動力學模型。結(jié)果表明，煉化廢水污泥的燃燒路徑包含兩個部分，即揮發(fā)分析出+焦炭燃燒;引入用于描述煉化廢水污泥燃燒的特征參數(shù)，發(fā)現(xiàn)氧氣濃度、稀釋氣體、升溫速率、初始質(zhì)量等因素對其燃燒特性有一定的影響;動力學分析結(jié)果表明，O2/N2氣氛下第4階段和O2/CO2氣氛下的后3個階段的反應(yīng)活化能均隨著氧氣濃度的升高而增大，

5、其他的則不受影響。
　　利用熱重分析法研究煉化廢水污泥與褐煤的混合熱解特性和動力學特性。結(jié)果表明，混合物的熱解曲線介于兩種原料單獨熱解時的曲線之間，且隨著煉化廢水污泥摻混比例的增大，TG曲線朝低溫區(qū)偏移，失重程度加劇;混合熱解過程中，煉化廢水污泥與褐煤之間存在相互抑制作用:當溫度較低時，褐煤阻礙污泥的熱解，隨著溫度升高，污泥熱解產(chǎn)生的焦炭阻礙褐煤的分解;動力學分析結(jié)果表明，揮發(fā)分含量和顆粒粒徑會對試樣熱解反應(yīng)活化能大小產(chǎn)生影響。在

6、固定床反應(yīng)器上進行煉化廢水污泥與褐煤的混合熱解實驗，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在相互作用，有利于氣體產(chǎn)物產(chǎn)量的升高;FTIR分析結(jié)果表明，熱解產(chǎn)物中主要化學官能團的紅外吸收峰寬度和強度受熱解溫度、摻混比例等因素影響;GC分析結(jié)果表明，H2和CO的產(chǎn)率隨熱解溫度、摻混比例的升高而增大，而CH4和CO2的產(chǎn)率隨熱解溫度、摻混比例的變化規(guī)律則相對比較復(fù)雜。
　　最后，采用熱重分析法對煉化廢水污泥與褐煤的混合燃燒特性和動力學特性進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表

7、明，隨升溫速率增大，燃燒特征溫度、燃燒特征速率和燃燒特性指數(shù)均呈增大趨勢;隨煉化廢水污泥摻混比例增大，混合物的燃燒特征溫度降低，燃燒特征速率和燃燒特性指數(shù)則增大;混合燃燒過程中，煉化廢水污泥與褐煤之間存在相互抑制作用:當溫度較低時，褐煤阻礙污泥的分解，隨著溫度升高，污泥燃燒產(chǎn)生的焦炭、灰分等產(chǎn)物阻礙褐煤的燃燒;借助XRD和SEM等技術(shù)手段對燃燒后殘留物的物相和微觀形貌進行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著煉化廢水污泥摻混比例的增加，燃燒后殘留物的燒結(jié)、熔