热解终温对污泥热解产物分布及特性的影响
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市政污泥的高温热解处理及产物特性研究
陈哲红;孟园;丁重勋;沈鹏飞;杨梦霞;蒋建国
【期刊名称】《当代化工研究》
【年(卷),期】2023()3
【摘要】针对我国市政污泥资源化处理处置的发展需求,本文针对市政污泥的高温热解处理及其热解产物特性开展实验研究。
通过分析不同来源的市政污泥的水分、可燃分和灰分以及热失重特性,发现不同的预脱水工艺对市政污泥中有机组分含量影响较为明显。
而通过污泥高温(600~900℃)热解实验,发现热解温度对于三相产物产率、热解气组分的影响显著,且产物中热解气富含高附加值的合成气(占比达到60.5%~81.5%),表明市政污泥高温热解处理具有较好的资源化技术优势。
【总页数】4页(P42-45)
【作者】陈哲红;孟园;丁重勋;沈鹏飞;杨梦霞;蒋建国
【作者单位】中国铁工投资建设集团有限公司;清华大学环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】X
【相关文献】
1.微波高温热解污水污泥各态产物特性分析
2.粒径对污水污泥低温热解产物油特性影响研究
3.市政污泥热解固体产物特性与应用研究
4.市政污泥热解固体产物特性与应用研究
5.含油污泥高温热解工艺参数优化及产物分析
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炼厂含油污泥低温热解研究叶政钦;李金灵;李彦【摘要】延长油田某炼厂含油污泥的含水率为19.63%,含油率为28.85%,外观呈油黑色,具有较大的回收利用价值.以热解油回收率为考核指标,通过单因素实验和正交实验对某炼厂含油污泥热解参数进行了优化,研究了热解终温、停留时间、氮气流速、升温速率以及加热方式对热解油回收率的影响规律,并初步分析了热解终温对热解油凝点的影响.结果表明,热解时间对热解油回收率影响最大,氮气流速无明显影响.最佳热解条件为:污泥初温时加入热解炉,热解终温440℃、停留时间4h、氮气流速80 mL·min-1、升温速率10℃·min-1,此时的热解油回收率最大,达到73.56%.另外,在热解终温400℃~450℃范围内,随着温度的升高,热解油的凝固点逐渐降低.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】5页(P123-126,130)【关键词】含油污泥;低温热解;热解油回收率【作者】叶政钦;李金灵;李彦【作者单位】延长油田股份有限公司,陕西延安716000;西安石油大学化学化工学院,陕西西安710065;西安石油大学化学化工学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TE992.3含油污泥是油田在开发、储运、炼制加工过程中产生的一种组成复杂、化学性质稳定的固体废弃物。
据统计,我国每年产生的含油污泥多达500万t[1],且有上升的趋势。
由于含油污泥产生量大、含油量高、重质油组分含量高,未经处理的含油污泥直接排放,不仅对周围的土壤、水体、空气造成严重的污染,也对人类的健康存在巨大的威胁,因此,含油污泥已经被列入危险固体废弃物之中,对含油污泥的处理处置越来越受到重视[2]。
在含油污泥现有的处理方法中,热解技术因其可回收能源、二次污染少等优点引起了人们的广泛关注,被认为是含油污泥资源化利用最佳的处理方式[3-8]。
污泥热解技术是指在微正压、无氧或缺氧的环境中,将污泥加热至一定温度,使污泥中的有机物发生热裂解等复杂的物理化学反应,转化为气体、热解油、热解水和残炭四种物质的过程,利于能源的回收和利用[9]。
热解温度对产物的影响热解是指通过加热将化合物分解成两个或多个物质的过程。
在这个过程中,温度是一个非常重要的因素,因为温度会直接影响到产物的种类和数量。
本文将从不同角度探讨热解温度对产物的影响。
一、介绍热解反应热解反应是指通过加热使化合物分解成两个或多个物质的化学反应。
这种反应通常需要高温和/或高压才能进行,因为化合物需要克服它们之间的结合能才能被分解。
一般来说,热解反应可以分为两类:氧化性和还原性。
氧化性反应通常涉及到氧气或其他氧化剂,而还原性反应则涉及到还原剂。
无论是哪种类型的反应,温度都是一个非常重要的因素。
二、温度对产物种类的影响在进行热解反应时,温度会直接影响到产物种类。
具体来说,随着温度升高:1. 可能会出现新的产物随着温度升高,一些化合物可能会发生新的分解途径,并且会生成新的产物。
例如,当甲酸盐在高温下分解时,会生成甲烷和二氧化碳。
但是,在更高的温度下,它会分解成碳和水蒸气。
2. 产物数量可能会增加在某些情况下,随着温度升高,产物数量可能会增加。
这通常是因为更高的温度可以促进反应速率,并且可以使更多的化合物参与反应。
例如,在煤的热解过程中,随着温度升高,生成的气体数量会增加。
3. 产物种类可能会变化在一些情况下,随着温度升高,原本生成的产物种类可能会发生变化。
这通常是因为更高的温度可以使反应途径发生变化,并且可以使一些不稳定的中间体形成。
例如,在醋酸铝的热解过程中,在低于500℃时主要生成乙烯和丙烯。
但是,在更高的温度下(500℃以上),它们被分解成各种不同的碳氢化合物。
三、温度对反应速率和能量需求的影响除了影响产物种类之外,温度还会直接影响到反应速率和能量需求。
1. 温度对反应速率的影响温度可以影响到反应速率,因为它可以改变化合物之间的结合能。
一般来说,随着温度升高,反应速率会增加。
这是因为更高的温度可以使分子运动更加剧烈,并且可以使分子之间的碰撞更加频繁和有效。
2. 温度对能量需求的影响另一方面,随着温度升高,化合物需要克服更多的结合能才能发生分解。
污泥快速热解影响因素研究作者:范晓倩白艳萍来源:《商情》2013年第21期【摘要】污泥作为污水处理的副产物,产生量大,处理不当可引起严重环境污染。
污泥热解作为一项环境友好的污泥资源化技术,为其资源化利用开辟了新途径。
简述了污泥快速热解主要原理,重点分析快速热解过程的主要影响因素,希望能为城市污泥热解条件优化提供参考。
【关键词】污泥;热解;原理;影响因素1 研究背景与意义中国水网《污泥处理处置市场报告(2010)》中指出,2009年我国城镇污泥产生量约为2005万吨,2010年约为2300万吨。
据估计,随着在建污水处理厂大批投人运营,在“十二五”期间,城镇污水处理厂污泥产量年产生量将超过4600万吨,年均增长量将达15%,日产量将突破12.6万吨。
污泥作为污水处理系统的副产物,产生量大、成分复杂,有机物含量高使其极易腐败,此外,还含多种重金属元素及的病原微生物、寄生虫卵和大量有机物,对环境和人类健康存在严重危害。
因此,如何合理地处置城市污水污泥,使其达到“资源化、无害化、稳定化、减量化”显得尤其紧迫和必要。
目前中国能源消费已占世界总量的13.6%,从2000至2020年,中国一次能源消耗量将达到52亿吨标准煤。
我国石油、煤等不可再生资源正日益枯竭,能源结构不合理,供需矛盾尖锐,化石能源消费造成严重环境污染,因此调整能源结构,开发新能源,利用可再生能源势在必行,是我国长期的能源发展战略。
污泥作为生物质的一种,含有大量可燃成分,污泥热解能完成污泥处理处置的同时对污泥储藏能量进行回收,并将之用于供气、供热或作为燃油替代品,这对于改善我国能源结构,解决我国环境问题具有重要意义。
2 热解气化过程中的主要反应热解气化过程如下:将物料温度升高至热解所需温度后,物料迅速分解为碳和油蒸汽,称为初次裂解,油蒸汽包括可冷凝气体(焦油)和不可冷凝气体(热解气)((1-1)式),随后,产生的焦油与气体如果没有脱离反应系统,会进一步发生焦油的二次裂解反应((1-2)式)、焦油与水蒸气的重整反应((1-3)式)、二氧化碳的波多反应(boudouard reaction)((1-4)式),在水蒸气气化剂存在的条件下,会发生水气转换反应(water-gas shift reaction)((1-5)式)与碳气化反应((1-6)式),这四个反应的发生被认为是使热解气化产气中氢气与一氧化碳含量增加的主要原因。
热水解对污泥厌氧消化可降解性的影响及其机理探究张琦东【摘要】This paper has explored the effect of thermal hydrolysis pretreatment on anaerobic digestion of waste activa-ted sludge(WAS). The results show that,the optimum temperature for thermal hydrolysis is170 ℃,the thermal hy-drolysis pretreatment can promote the production of methane from WAS anaerobic digestion,and its production is 2 561 mL,1.5 times of the raw sludge test group. In addition,the thermal hydrolysis pretreatment can promote the accumula-tion of volatile fatty acids and the reduction of volatile suspended solids(VSS)and the maximum reduction rate of VSS is 34%. The thermal hydrolysis promotes the activity of key enzymes associated with methane generation. The microbial community structure analysis shows that the relative abundance of Firmicutes and Actinobacteria is 35.6% and 3.9% respectively.%本文探究了热水解预处理对剩余污泥(WAS)厌氧消化性能的影响.结果表明170℃是热水解的最佳温度,热水解预处理能够促进污泥厌氧消化产甲烷2561 mL,是原污泥实验组的1.5倍.此外,热水解预处理能够促进挥发性脂肪酸的积累和挥发性悬浮固体的减量化,挥发性悬浮固体(VSS)的最大减量率为34%.热水解促进与甲烷有关关键酶的活性.微生物群落结构分析表明热水解促进Firmicutes和Actinobac-teria的相对丰度,其相对丰度分别为35.6%和3.9%.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2018(044)002【总页数】4页(P57-60)【关键词】剩余污泥;热水解;甲烷;微生物【作者】张琦东【作者单位】四川建筑职业技术学院四川德阳618000【正文语种】中文0 引言活性污泥法由于其处理效率高、运行成本低等优点而被污水厂广泛采用,然而该工艺会产生大量的剩余污泥(WAS),WAS中含有大量的病原体,重金属等有毒有害物质,若是剩余污泥得不到有效地处置会对生态环境造成潜在危害[1-3]。
中国环境科学 2008,28(4):340~344 China Environmental Science 含油污泥低温热解的影响因素及产物性质宋薇,刘建国*,聂永丰(清华大学环境科学与工程系,北京 100084)摘要:利用外热式固定床反应系统对含油污泥进行了热解实验,研究了污泥性质、热解终温及加热方式对热解产物分布的影响,并对产物性质进行了探讨.结果表明,热解液体与气体的产率随挥发分含量的升高而增大;升高热解终温可促进一次分解与二次分解反应的进行,直到500℃时液体产率达到最大值;而快速加热方式会降低固体与液体的产率;热解的液体产物是组成复杂的宽沸点油,C5~C27的烷烃含量高;热解气体与固体残渣分别以烃类和灰分为主.关键词:含油污泥;热解;影响因素;固定床反应器中图分类号:X706文献标识码:A文章编号:1000-6923(2008)04-0340-05Influencing factors and product property of low temperature pyrolysis of oil sludge. SONG Wei, LIU Jian-guo*, NIE Y ong-feng(Department of Environmental Science and Engineering Tsinghua University, Beijing 100084,China).China Environmental Science, 2008,28(4):340~344Abstract:The pyrolysis experiments of oil sludge were carried out utilizing an external-heat fixed bed reactor to study the influence of sludge property, final pyrolysis temperature and heating pattern on the products distribution, and the properties of pyrolysis products were inquired into.Pyrolysis liquid and gas producing rate increased with enhancing volatile content; enhancing final temperature could promote the carried out of primary and secondary decomposition reaction; and rapid heating pattern could decrease the producing rate of solid and liquid. Liquid product of pyrolysis was composed of complex wide boiling point oil with high content of alkane; and the main pyrolysis gas and solid residue were hydrocarbon type and ash component, respectively.Key words:oil sludge;pyrolysis;influencing factor;fixed bed reactor含油污泥是在原油开采、集输及炼制过程中产生的由矿物油、矿物质及水构成的废物,具有成分复杂、性质变化大及环境危害严重的特点.据不完全统计,2006年我国产生量达10~44万t[1],另有数量巨大的污泥积存于堆场内.含油污泥处理已成为石化行业亟待解决的重要环境问题之一.热解是在无氧或缺氧的条件下,利用高温使含油污泥中的有机成分发生裂解,逸出挥发性产物并形成固体焦炭的一种热处理技术.其特点是处置彻底、减量减容效果好、二次污染少、资源回收率高、回收方式灵活,在含油污泥处理领域受到关注[2].目前国内外对含油污泥热解工艺已经展开初步实验研究.Schmidt等[3]与陈超[4]等分别在循环流化床与小型回转窑上进行了实验,重点研究反应炉型的工程适用性.Shie[5]等在热重分析仪上对其热解的反应动力学进行了探讨,而对于含油污泥热解的影响因素及产物性质有待进一步深入研究.为此,作者利用自行设计和制造的小型外热式固定床反应系统进行热解实验,研究影响因素、污泥性质、热解终温及加热方式对产物分布影响的规律,并对热解产物性质进行了分析,为含油污泥热解工艺的优化设计与合理运行操作提供理论基础.1材料与方法1.1实验物料含油污泥样品1~3号分别取自我国3个大型油田.以空气干燥基(50,℃干燥24h)作为分析基准,其性质分析数据如表1所示.其中,工业分析中的M ad V ad和C ad对应于样品空气干燥基的水分含量、灰分含量、挥发分含量以及固定碳含量. 收稿日期:2007-08-17* 责任作者, 副教授, jgliu@4期 宋 薇等:含油污泥低温热解的影响因素及产物性质 341表1 含油污泥与固体残渣性质分析Table 1 Property analysis of oil sludge and solid residue 工业分析(%) 元素分析(%) 样品编号 M ad A ad V ad FC ad C H N S热值 (kJ/kg)1 0.65 51.88 46.17 1.30 35.91 5.99 0.65 0.4115422.412 2.11 65.92 27.26 4.71 23.94 3.9 0.24 1.9812224.833 1.78 57.52 40.50 0.2 34.16 5.38 0.59 0.3714219.52固体残渣 0 85.06 9.32 5.62 11.11 0.34 0.38 0.603420.321.2 实验装置实验采用自制的热解系统,见图1.其中,热解炉为立式电阻炉,功率为4kW;反应器为内径150mm.高230mm,容积4L 的罐式结构.991 2 4 57810113P 6T图1 热解实验装置示意Fig.1 Schematic diagram of pyrolysis system1.载气瓶,2.转子流量计,3. U 型管压力计,4.热解反应器5.立式电阻炉,6.温度控制仪,7.水冷凝管,8.冰水冷 凝管9.热解液体收集瓶, 10.湿式累计流量计,11.气体收集容器1.3 实验方法实验操作采用恒定温度的快速加热与恒定升温速率(10/min)℃的慢速加热2种方式.快速加热时,先将反应器置于热解炉外,污泥样品放入反应器,连接系统,氮气吹扫排空并试漏,同时通电将热解炉加热至反应温度(350,450,500,550),℃再迅速将反应器放入热解炉腔,开始反应;慢速加热则是将已盛有污泥样品的反应器先放入炉腔内,再开始加热.图2为2种方式下样品的升温速率曲线.与慢速方式的恒定速率加热不同,快速加热时升温速率随热解时间变化,初始速率迅速升高,然后逐渐下降直至为0,而且热解终温越高,最大升温速率越大.2种方式的样品量均为150g,物料温度作为热解终温,固体停留时间1h,实验过程中氮气吹扫速率为100mL/min.产生的热解液体收集于收集瓶中,粘附在系统管壁上的液体重量可通过对实验前后的管重称量获得.热解气体全部收集,由多维气相色谱定量分析.1020 30 40500100200300400500600温度(℃)时间(min)图2 热解过程中反应器内的升温曲线 Fig.2 Heating curve in the reactor for differenttemperature2 结果与分析2.1 热解条件对产物分布的影响各工况下收集的产物质量占进料的90%~ 93%,损失主要由热解液体粘附于反应器和热解气体分析误差引起的,固体残渣基本不产生误差,故将误差平均分配到热解液体与热解气体中,以下分析均是以分配误差后进行的.2.1.1 污泥性质 表2列出3种污泥样品在热解终温为500℃时的产物分布.由表2可见,高挥发性的1号样品,其液、气产率较高(43.00%),固体残渣产率较低;反之,挥发分含量低的2号样品,液气产率也低(31.68%).因含油污泥热解实质是其中的矿物油(可由挥发分含量表示)发生热转化,有机物向固、液、气3相的转化率分别为11.64%~20.69%, 46.95%~66.78%,21.58~27.42%,即大量有机物转化至液气2相,其中转化液相较多,仅少量转化至固相.而且灰分含量高(以矿物质为主)的2号样品,固、气转化率高于其他2个样品,液体转化率则相应较低,这与Raveendran 等[6]的研究结果一致.可见,污泥性质,尤其是挥发分含量是影响热解产物分布的主要内在因素.342 中 国 环 境 科 学 28卷表2 不同性质热解产物产率与挥发分转化率Table 2 Pyrolysis product yield and volatile conversionrate of different sludge产率(%)挥发分转化率(%)样品编号 固体残渣 热解液体 热解气体 固体残渣 热解液体热解气体1 57.00 32.50 10.50 11.64 66.7821.582 68.32 20.00 11.68 20.69 46.9527.423 58.40 28.64 12.96 16.46 55.1524.962.1.2 温度 以1号样品为例,分析温度对热解产物的影响.由图3可见,随温度升高,产物中的固体残渣由67%降至56%;气体由7.4%增加至11.7%,而热解液体在500℃时出现最大值,温度再高时产率略有减少.可见,热解终温对产物的分布具有较大影响,随着热解终温升高,挥发物析出的一次反应进行得更为彻底,即固体残渣降低.同时,高温时污泥中的矿物油更多地直接断裂为气体或者生成的热解油二次热解转化至气相[7],从而使得热解液体出现先升后降趋势,而气体产率呈现始终增加趋势.450℃是热解反应的转折点,此前反应较为剧烈,而后变化平缓.可见,温度是污泥热解的重要影响因素.4080120550500 450 350质量分数(%)温度(℃)固体残渣热解液体热解气体图3 不同温度下热解产物的产率Fig.3 Pyrolysis product yield at different temperature2.1.3 加热方式 图4为1号污泥在热解终温为500℃时的2种加热方式的产物分布.快速加热方式与慢速加热方式相比,固体残渣产率降低3%,液体产率降低 1.3%,气体产率相应地增加4.3%.这一方面是由于慢速加热促进脱水和炭化反应,另一方面快速加热方式使得挥发分在高温环境下的停留时间延长,促进了液体二次裂解反应[8]所致.但总体而言,在实验范围内,两种加热方式的物料热解产物分布的区别不显著.204060热解产物热解气体固体残渣热解液体 质量分数(%)图4 不同加热方式下热解产物的产率 Fig.4 Pyrolysis product yield and volatileconversion rate at different heating2.2 热解产物性质热解产物性质影响着热解工艺条件的选择并决定着产物处理利用的途径.以1号样品的500℃恒温快速热解为例分析含油污泥热解产物的性质.2.2.1 热解液体 热解液体为油水混合物,利用分液漏斗将冷凝水与热解油分离.其中冷凝水产率为7.84%,占液体总量的24.12%,鉴于矿物油中氧含量不高[8],故此部分水多来自于样品中的结合水,少量源自热解产物.由图5可见,鉴定出的色谱峰近200个(占总面积的93%),主要组成(含量> 1%)及含量列于表3.由图5,表3可见,热解油由C 5~C 27连续的碳氢化合物组成,成分众多,烯烃和烷烃成对出现,而且低碳数成分含量较高,这是由碳链无规则断裂[9]与末端断裂[10]共同作用的结果.对比原样中的矿物油与热解油谱图,矿物油中析出高峰C 18H 38与C 17H 36(与油源相关[11])在热解油谱图中也表现明显,但含量降低,说明此过程不仅发生由大分子向小分子热分解反应,同时也伴有矿物油的挥发析出.对GC/MS 的结果分析得到,热解油中烷烃、烯烃、芳香烃及杂质化合物分别为42.72%、20.18%、29.69%和9.31%,烷烃为主要成分.鉴于原样中的矿物油以烷烃为主,不含烯烃[12],故烯烃源于热解过程,与此同时发生的Diels -Alder 双4期 宋 薇等:含油污泥低温热解的影响因素及产物性质 343烯合成反应,生成芳香烃(以甲苯与二甲苯为主,三苯环物质极少).此外,热解油中还含有9.31%的杂质化合物,多以羟基含氧化合物存在,因矿物油中的氧含量较低,这可能是因系统中少量残留氧存在,发生氢氧化反应[13]所致.强度(×107)10 5210 10 20 30 40 5010 20 30 40 50时间(min) 热解油矿物油强度(×107)图5 热解油与矿物油的总离子流谱图Fig.5 Total ion current chromatograms of the pyrolysis oilat different temperature表3 热解油的主要成分与含量Table 3 Main composition and content in pyrolysis oil出峰时间 (min)名称分子式含量 (%) 出峰时间(min)名称分子式含量(%)1.77 1-己烯 C 6H 12 1.29 11.54 1-十一烯C 11H 221.932.37 1-庚烯 C 7H 143.17 11.77 正十一烷C 11H 241.343.39苯C 6H 6 5.05 14.46 1-十二烯C 12H 241.243.68 1-辛烯 C 8H 16 2.12 14.68 正十二烷C 12H 261.665.43邻二甲苯 C 8H 10 1.97 17.27 1-十三烯C 13H 261.315.84 1-壬烯 C 9H 18 1.95 17.47 正十三烷C 13H 281.046.04正壬烷 C 9H 20 1.82 27.32 正十七烷C 17H 361.698.59 1-癸烯 C 10H 20 1.95 29.55 正十八烷C 18H 382.678.82正癸烷 C 10H 22 2.17馏程分布是判断油品特性与应用潜力的一个重要指标,利用气相色谱模拟蒸馏方法(ASTM - D2887)测定热解油的馏程分布,结果列于表4.与原油、馏分油[14]相比,热解油的轻质馏分(< 360)℃高于原油而低于馏分油,即其油品处于原油与馏分油之间,此点也在热值方面得以体现.表4 馏程分布与热值比较Table 4 Comparison of distillation range distributionand heat value馏程分布(%)油品类型汽油成分<200℃煤油成分200~300℃ 柴油成分 300~360℃ 重质组分>360℃热值(MJ/kg)热解油17.6 17.08 10.82 54.50 46.08原油 6.9 12.71 8.99 71.40 42.00馏分油51.0 25.83 16.73 6.44 48.002.2.2 热解气体 由图6可见,热解气体成分的体积分数:烃类67.39%,H 2 24.99%,CO 2 5.83%,CO 1.79%,烃类是气体的主要成分.其中烃类CH 4、C 2H 4、C 2H 6、C 3H 6、C 3H 8、i -C 4H 10、n -C 4H 10与1,3-C 4H 10分别为26.27%、13.46%、9.99%、12.35%、3.39%、0.18%、0.65%与1.12%,呈现低碳数烃大于高碳数烃,同碳数的烯烃高于烷烃,正构烷烃高于异构烷烃的规律,这分别体现了自由基反应在低压高温条件下,末端断链明显[10]; C —C与C —H 键断裂均生成烯烃及正构烷烃分解不易生成异构烷烃的特点[15].45µm图6 固体残渣的SEM 照片 Fig.6 SEM photograph of solid residue2.2.3 固体残渣 与原样相比,挥发分含量降低,灰分与固定炭上升,体现了热解时分解与缩聚2个方向反应同时进行的反应特征,固体残渣的工业分析与元素分析列于表1.而残渣中的N 元素含量的降低表明其易转化至挥发分; S 元素则表现出在残渣中增大的富集倾向.另由残渣的SEM(图6)看出,残渣以焦状物呈棉絮状粘附于344 中国环境科学 28卷矿物质表面的形态存在,且焦状物无明显微孔结构,矿物质粒径范围较大,由几µm至几十µm.3结论3.1污泥的挥发分含量是影响热解产物分布的重要因素,热解液体与气体的产率随挥发分含量的升高而增大,而且灰分含量越高越有利于有机物向固相与气相转化;温度是影响污泥热解的另一重要因素,温度升高可促进含油污泥中有机物的一次热解反应以及生成热解油的二次热解反应的进行,450℃是污泥热解的转折点,而500℃时液体产率最高;实验范围内快速加热方式会降低固体与液体产率,但影响不显著.3.2热解油是组成复杂的宽沸点油,其烷烃含量较高,热解油油品处于原油与馏分油之间,以C5~C27的烷烃为主;热解气体主要成分是烃类,低温时CO2含量较高;固体残渣灰分含量高并以棉絮状焦状物状粘附于矿物质表面的形态存在.参考文献:[1] 邓皓,刘子龙,王蓉沙,等.含油污泥资源化利用技术研究 [J].油气田环境保护, 2007,17(1):27-42.[2] Prame Punnaruttanakun, Vissanu Meeyoo, Chatvalee Kalambaheti, etal.Pyrolysis of API separator sludge [J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2003(68):547-560.[3] Schmidt H, Kaminsiy W. Pyrolysis of oil sludge in a fluidised bedreactor [J]. Chemoshpere, 2001(45): 285-302. [4] 陈超,姚强,李水清,等. 含油污泥回转式连续热解——质能平衡及产物分析 [J].化工学报, 2006,57(3):650-657.[5] Shie Je Lueng, Chang Ching yuan, Lin Jyh ping, et al.Resourcesrecovery of oil sludge by pyrolysis: kinetics study [J].Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2000, 75(6):443-450. [6] Raveendran K, Uaesh Anuradda, Khilart Kartic C. Influence ofmineral matter on biomass pyrolysis characteristic [J]. Fuel, 1995, 74(12):1812-1822.[7] 李海英,张书廷,赵新华.城市污水污泥热解温度对产物分布的影响 [J]. 太阳能学报, 2006,27(8):835-840.[8] 梁文杰.重质油化学 [M]. 东营:石油大学出版社, 1999.[9] Demirbas A. Pyrolysis of municipal plastic wastes for recovery ofgasoline-range hydrocarbons [J]. 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污泥热解特性影响因素的研究徐文英;吴迪;戴晓虎【摘要】[Objective] To study the pyrolytic properties of sewage sludge and their influencing factors. [Method] Thermal analysis was used to study the effect of heating rate, experimental end temperature, sludge components, particle size and purging rate of N2 on pyrolytic properties of sewage sludge. [ Result] The pyrolysis can be divided into 3phases:dehydration (50 - 150 ℃),decomposition of organic compounds (150 ~ 530 ℃ ) and decomposition of residual organic compounds and inorga nic compounds (530 ~ 800 ℃ ). The decomposition in the second phase are exothermic reactions. The influences of heating rate on initial temperature Ti are much stronger than on the peak temperature Tp and weight loss W%. The effect of the experimental end temperature tend mainly manifests itself in W% of the sewage sludge .which means that the higher the tend,the bigger the W%. However, its effect on Ti is negligible. The pyrolytic properties such as Ti,Tend,Tp and W% vary according to the components of sewage sludge. Different particle size of sewage sludge leads to a notable difference in pyrolytic parameters as well. The purging rate of N2 does not affect the pyrolytic parameters of the sewage sludge. However, W% increases with purging rate of N2. [ Conclusion] The study provides theoretical basis for the pyrolytic treatment of sewage sludge.%[目的]研究污泥的热解特性及其影响因素.[方法]采用热分析的方法研究升温速率、试验终温、污泥组分、颗粒粒径和氮气吹扫量等因素对污泥热解特性的影响.[结果]污泥热解可以划分为3个阶段:第一阶段是水分析出阶段(50 ~150 ℃);第二阶段是污泥失重的主要阶段(150~530℃),热解失重是由于有机物的分解引起;第三阶段(530 ~800℃)失重是由于无机物和残余有机物引起.污泥热解在第二阶段是放热过程.升温速率对污泥热解特性的影响主要表现在起始温度方面,而对峰温和失重率的影响较小;试验终温的影响则主要表现在污泥的失重率上,试验终温越高,污泥的失重率越高,而对热解起始温度的影响则可以忽略;污泥组分不同,表现出的起始温度、峰温和失重率等反映污泥热解特性的主要参数不同;污泥的粒径不同,反映热解特性的主要参数起始温度、终止温度、峰温和失重率等都存在明显的差异;氮气吹扫量对污泥热解参数基本没有影响,但随着氮气吹扫量的增加,污泥的失重率增加.[结论]该研究可为污泥的热处理方法研究提供理论依据.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(040)026【总页数】6页(P13038-13042,13048)【关键词】污泥;热解特性;影响因素;热分析【作者】徐文英;吴迪;戴晓虎【作者单位】同济大学城市污染控制国家工程研究中心,上海200092;同济大学城市污染控制国家工程研究中心,上海200092;同济大学城市污染控制国家工程研究中心,上海200092【正文语种】中文【中图分类】S181.3随着我国城镇化水平不断提高,污水处理设施建设得到了高速发展,2010年我国已建有2 500多座城镇污水处理厂,城市污水处理能力已达到每天1.22亿m3,为实现国家的减排目标和水环境改善,做出了巨大贡献。
温度对污泥热解产物及特性的影响高现文1李海英2单春贤1郝建新1高鹤明1(1. 江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;2. 河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063009)摘要:用直径为200mm的外热式固定床反应器,以唐山西郊污水处理厂剩余污泥为实验物料,在终温为250℃-700℃并在初期通以氮气的情况下,对污泥的热解产物分布及特性进行了研究.实验表明:在物料成分和其它条件不变的情况下,随着热解终温的提高,热解反应所需时间缩短;热解气和热解焦油的总产率增加;焦炭产量减少;热解焦炭的工业分析表明,随热解终温的升高挥发分减少、固定炭和灰分增加;热解焦油的热值在10-43MJ/Kg之间;焦炭的热值10-24MJ/Kg之间.为不同工业需求制定不同的热解温度提供了依据.关键词:污泥热解;热解产物特性;产率;热解终温中图分类号:X705 文献标识码:AThe effect of temperature on products and Characteristics ofsludge’s pyrolysisGao Xianwen1Li Haiying2 Shan Chunxian1Hao Jianxin1Gao Heming11- School of Energy and Power Engineering, Jiangsu University. (Zhenjiang, Jiangsu 212013, China2- School of Maetallurgy and Energy , Hebei Polytechnic University. (Tangshan , Hebei 063009,china) Abstract: The equipment of the experiment is external-heat fixed bed reactor with a diameter of 200 mm. The material is the deposit sludge, collected from a sewage disposal plant in the western suburb of Tangshan city. The ultimate temperature ranks from 250 ℃to 700 ℃, and at the beginning of each experiment, N2 is brought in. The distribution of pyrolysis products and their characteristics are analyzed. This experiment shows that: when the same material is used and other conditions are not changed, the time of the pyrolysis reaction is becoming shorter as the ultimate temperature increases; the productive rares of pyrolysis gas and pyrolysis tar are both increased; the output of coke is decreased; The calorific value of pyrolysis tar is at 10-43MJ/Kg; and the calorific value of pyrolysis coke is at 10-24MJ/Kg. Offer basis for the choice of ultimate temperature to meet different need and the experiments of pyrolysis.Keywords: Sludge prolysis;The distribution of products;Temperature引言污泥是城市污水处理及废水处理不可避免的副产品,且产量巨大.据估计,全世界一年产生的干污泥量达1亿吨,而我国约2×105吨[1].随着人类环保意识的提高和全球资源逐渐匮乏,污泥的管理和资源化利用已成为目前一个世界性的能源、社会和环境问题.在我国长期以来存在着重废水处理,轻污泥处理的倾向.在已建成的污水处理厂中,90%以上没有污泥处理的配套设施;现有的污水处理厂中,有污泥稳定处理设施的还不到1/4[1].许多城市仍采用就地露天堆放的方法,带来严重的环境污染,并已威胁到人民的健康,污泥已成为二次污染源,使污水处理工作变得毫无意义从整体上看,我国污泥处理存在的主要问题有:(1)污泥处理率低,工艺不完善;(2)污泥处理技术和设备落后;(3)污泥处理管理、设计水平低.所以,在目前开发一种廉价、处理效率高的技术和投建一批现代化的污水污泥处理设备是解决以上问题的关键.本文对热解终温对污泥热解产物分布及特性的影响做了分析,为污泥的工业热解提供理论和实验支持.1实验部分1.1 实验装置实验装置如图1所示[2],由加热炉、热解反应器、冷凝器、U型差压计、气体流量计、温度控制仪等组成.加热炉采用固定床外热式电加热炉,功率为7.5kw.热解反应器由耐高温不锈钢材料制成,直径200mm,高度为350mm.反应器盖上设有出气管、充氮管和四只热电偶.三只热电偶位于反应器的同一径向,用于测量物料的温度变化;另一只热电偶位于反应器内物料的上空,用于测量反应器内热解气的温度.为使热解气中的可凝结物质充分冷凝下来,采用三组U型套管式水冷冷凝器进行冷凝,在其底部装有收集冷却热解液的收集器.去除可凝气体后的不凝性气体经过流量计排出室外燃烧.在冷凝器和流量计之间的U型差压计测量系统内的压力变化.1-温控仪 2-热电偶 3-加热炉 4-反应器5-充氮管6-收集器 7-温度计 8-换热器9-U型管差压计 10-取气口11-气体流量计图1实验装置图Fig.1 Diagram of pyrolysis equipment1.2 实验物料本实验物料采自于唐山西郊污水处理厂的肥料生产厂,采集的时间分别在三月份和四月份.污泥的工业分析和元素分析如表1.自然风干后的物料的粒度在1cm 以下,为了保证实验物料的成分和实验测量的准确度,干物料在装入反应器前,在电热烘箱中保持105℃左右烘干约2-4小时,保证95﹪以上的水分析出.表1 污泥的工业分析和元素分析Tab.1 Primary analysis and ultimate analysis of sewage sludge工业分析元素分析W ad/% A ad/% V ad/% FC ad/% Q ad/KJ·Kg-1[H] [S] [N] [C] [O] 2.08 30.15 59.78 7.98 19240 6.08 0.99 3.87 44.17 44.892.3 实验方法和实验条件2.3.1实验准备和测量(1)实验前将排气管道在碱性水中冲洗,然后用电吹风吹干,称取其净重.(2)调节温控仪:调节温控仪使其实现实验所需升温曲线和终温.在此,把加热炉壁温作为温度控制的反馈信号. (3)称装物料:用精度为0.01g 的电子秤称取物料约1kg 装入圆柱状的反应器中,物料放入后占到反应器高度的1/3左右.反应器和反应器盖之间用石棉垫圈密封,由12只耐高温的螺栓加固.然后把反应器放入圆柱形的固定加热炉中,并连结好排气管道和U形管套筒式换热器及热电偶.(4)实验测量:开炉之前先用氮气检漏,读取电表和流量计读数.打开炉子和控温仪的同时计时开始,在整个实验期间每隔5min 记录一次热电偶和流量计读数;在保温段每隔10min 读取一次.当排气管处的流量计读数变化到0.01m 3/5min 保持3次以上读数不变时,实验可以结束.停炉后读取电表读数,使炉子自然冷却.为了比较分析,进行了10℃/min 、15℃/min 两种升温速率下的实验. 2.3.2 热解产物的热值和工业分析热值分析用的是GR -3500型氧弹式热量计,实验中用的物料重量为1g,氧弹中氧压为2.5-3MPa.工业分析用的是烘箱和马费炉,把1g 的物料在烘箱中以105-110℃烘1小时后放到马费炉中以900℃高温烘烤7分钟,最后在马费炉中以850℃烘烤直到恒重.用差重法分别测出物料的水分、挥发分、灰分和固定碳的百分比.2结果和讨论2.1 热解温度对热解反应时间的影响时间/m i n温度/℃图2热解时间随终温的变化曲线Fig.2 The variety of time with the temperature污泥热解反应时间随热解终温的变化如图2所示.由图可知,在终温为450℃时,热解时间最长.终温小于400℃时主要反应是脱水和小部分脱气,且在没有催化剂、没有流动的情况下热解反应所需的时间很长并且受升温速率影响较大.当温度达到400-450℃之间时,越来越多的物质参与到热解反应中,热解时间会加长,终温越高所需的热解反应时间越长;当温度大于450℃后,大部分可热解成分都已参与到热解反应中,这时主要表现为随温度升高热解时间迅速缩短而与升温速率的关系不大.此后, 热解时间则随终温升高缓慢下降.2.2热解终温对产物产率的影响热解产物随热解终温的变化如图3示.从图中可以看到随着热解终温的升高焦炭各产物的产率/g热解终温/ ℃图3焦炭、焦油、气产率随终温的变化 Fig.3 The yield of coke 、tar and gas withtemperature含量在减少、焦气含量在增加而焦油的含量则有个高峰期(在500℃左右).产油高峰期后,焦气产量明显增加.这与文献[3]的图2所百分含量/%热解终温/℃在不同热解终温和升温速率下的焦炭工业分析值图4 焦炭的工业分析Fig.4 The technical analysis of coke描述的是一致的.这主要是由于500℃后有部分焦油发生了二次分解,分解成为焦气.500℃后焦炭含量随温度升高降低不再明显.因为此后焦炭中的挥发分减少,固定碳和灰分在增加,焦炭的工业分析各值如图4所示.2.3 热解终温对产物热值的影响热值/ K J /K g温度/℃图5. 焦炭和焦油热值随热解终温的变化 Fig.5 The heat value of coke 、tar with temperature焦炭和焦油的热值随终温的变化如图5示,从图中可看出焦炭的热值随热解终温升高而降低;而焦油的热值有一个峰值,这是由于前面提到的二次分解造成的.焦油的二次分解原理详见文献[5].2.4 热解终温对耗电量的影响耗电量/ K W h温度/ ℃图6 耗电量随终温的变化Fig.6 The variety of power consumption withtemperature图6示出了耗电量随终温的变化.耗电量的影响因素很多,包括物料含水量、升温速率、终温等.从图中可以看出,在450℃处有峰值,到500℃后又随温度升高而增加.在450到500℃之间有一个降低的过程,主要是因为在450℃之前的二次分解还不强烈.3结语(1)当热解终温小于450℃时,污泥的热解时间随热解终温的提高而增加;大于450℃时污泥的热解时间随终温的提高而减少. (2)热解气的总产率随热解终温升高而增加; 500℃前焦油的产率随温度升高而增加500℃后随温度升高而减少;焦炭的产率随温度升高而减小.(3)焦油的热值在500-600℃的情况下达到最大,在升温速率为15℃/min 的情况下热值有明显的下降.说明焦油成分受升温速率影响,升温速率的不同带来了不同的热分解状况,主要是导致了不同的二次分解.升温速率越大二次分解越强烈.焦炭的热值随热解终温的提高而较少.(4)从焦炭的工业分析看,随终温升高挥发分减少,灰分和固定碳含量增加.参考文献[1] 张 统. SBR 及其变法污水处理与回用技术. 北京:化学工业出版社,2003:302-303 [2] 王 艳,张书廷,张于峰等. 城市生活垃圾低温热解产气特性的实验研究[J]. 燃料化学学报,2005,33(1):62-65[3] Lilly Shen, Dong-Ke Zhang*.An exppweimental study of oil recovery from sewage sludge by low-temperature pyrolysis in a fluidized-bed. Fuel 82(2003) 465-472[4] 韩昭沧.燃料及燃烧(第二版).北京.冶金工业出版社,1997.10:20,266[5] 李海英,张书廷等. 城市污水污泥热解实验及产物特性[J]. 天津大学报,2006,39(5):739-744。