污泥微波热解制备生物气及其脱硫研究

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1、硕士学位论文污泥微波热解制备生物气及其脱硫研究RESEARCHONMICROWAVE-INDUCEDPYROLYSISOFSEWAGESLUGEPRODUCINGBIOGASANDH2SREMOVAL刘立群哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：X705学校代码：10213国际图书分类号：628.4密级：公开工学硕士学位论文污泥微波热解制备生物气及其脱硫研究硕士研究生：刘立群导师：田禹教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X705U.D.C:628.4Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMICROWAVE-INDUCEDPYROLYSISOFSEWAGESLUGEPRODUCINGBIOGASANDH2SREMOVALCandidate：LiuLiqunSupervisor：Prof.YuTianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：EnvironmentalSicence&EngineeringAffiliation：SchoolofMuni.&Env.EngDateofDefence：June,2015Deg

3、ree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要污泥微波高温热解技术具有减量化程度高，能够有效的固定重金属，杀灭污泥中的致病微生物，实现无害化的优点，而且热解过程中能够产生富含H2和CO的生物气，能够作为燃料使用，具有很好的工程应用的前景。本研究利用自主设计搭建的微波实验平台，以连续的产生高品质生物气为目标。实验通过间歇运行，以气象色谱作为检测方法，探究热解终温、停留时间、升温速率及活性炭添加量对污泥热解产气的影响规律，得出污泥微波热解的最优化条件；以最优化条件作为微波连续热解的运行参数，进行

4、连续热解，获取富含H2和CO的生物气。污泥热解过程中还会释放硫化氢，造成空气污染，实验通过XPS、GC-MS、气象色谱的检测方法，分别对污泥热解产生的固体残渣、生物油和生物气进行检测，探究含硫物质的转化规律和硫化氢的产生条件，通过生石灰与污泥混合共同热解的方法，实现对硫化氢的固定，并且利用化学吸收法对产生气体中的硫化氢进行去除，得到清洁的生物气。实验采用单因素分析法对污泥影响因素进行研究。（1）热解终温越高污泥的产气率越高，气体中的H2和CO组分也越高，热解终温的最佳值为900℃；（2）升温速率的升高对污泥的产气具有促进作用，污泥中H2和CO组分也有所增长；（3）在一定范围内适当的增加

5、污泥热解的停留时间能够产生更多的生物气，并且气体中的H2和CO含量也更高，实验得出最佳的停留时间为50min；（4）活性炭是污泥热解的吸波物质，增加活性炭能够增加热解的传热效率，增加产气量和H2和CO组分含量，实验得出的活性炭的最佳添加比例为30%。通过以上实验得出微波热解的最佳条件：热解终温900℃、微波功率1600W、停留时间50min、活性炭添加比30%。用以上得出的最佳条件进行微波连续高温热解，运行时间为6h，共计热解污泥28kg，产生生物气16.13kg，产气率为57.8%，其中H2和CO体积分数之和为67%，产生生物油为5.49kg，剩余的固体残渣的质量为6.33kg，减量

6、达77.4%，实验结果达到预期。通过气相色谱仪对污泥连续热解产生的生物气进行检测，得到生物气中的硫化氢浓度进行检测，结果为0.375mg/m3，远超过烟气排放标准的规定值。实验利用间歇实验法对污泥热解产生硫化氢的机理进行研究，对热解产生的三相产物进行分别测定，利用XPS对污泥的热解残渣进行分析，发现主要的含硫物质为硫醇，无机硫化物，噻吩，亚砜和砜和硫酸，随温度的升高脂肪族硫醇减少而无机硫化物和噻吩含量增加；通过GC-MS对污泥热解的液相组分进行检测，生物油主要组成为脂肪族-S化合物，芳香族-S化合物和噻吩-S的化合物。随着温度的升高，生物油中的脂肪族-S和芳香族-S含量减少，而噻吩-S

7、的含量增加；通过气象色谱对生-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文物气进行检测，硫化氢的浓度在100℃～500℃区间升高迅速，在500℃～800℃增长缓慢，800℃达到最大值，通过分析，无机硫化氢、脂肪族-S和芳香族-S在不同的阶段都会分解释放硫化氢。实验采用污泥中添加5%的Cao共同热解，探究CaO脱除硫化氢的机理，即Cao与硫化氢形成CaS，使含硫物质转换到固体残渣中，从而实现生物气中含硫物质的去除，在微波连续运行实验中进行污泥生石灰共同加热