城市生活垃圾热解产物性质及元素分布规律研究

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1、城市生活垃圾热解产物性质及元素分布规律研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：唐利兰指导教师：刘国涛副教授专业：环境科学与工程学科专业：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月StudyonthepropertiesofpyrolysisproductsandelementsdistributionduringMinicipalSolidWastepyrolysisAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessionalDegreeB

2、yTangLilanSupervisedbyAss.Prof.LiuGuotaoSpecialty:EnvironmentalScienceandEngineeringCollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity，Chongqing，ChinaMay,2015中文摘要摘要城市生活垃圾热解技术不仅可以使垃圾减容、减量，而且可以实现垃圾的资源化利用，因而近年来日益受到关注。但直到目前，生活垃圾热解处理技术仍存在许多问题，如热解机理有待完善，热解产物的性质及其利用有待深

3、入探索。论文针对以上问题，以城市生活垃圾为研究对象，研究热解产物的性质以及元素分布随热解温度的变化规律，为深入了解城市生活垃圾的热解机理、热解产物的资源化利用提供参考。经试验研究，得出以下结论：①炭产率随着热解温度的升高（500℃～800℃）而逐渐降低，从31.38%降至25.58%；在600℃时焦油产率达到最大值28.02%，之后随着温度的升高而逐渐降至最小值21.76%；热解气的质量产率和体积产率均随着温度的升高而增加，质量产率从41.7%升至52.66%，体积产率从143.50L/kg升至438L/kg。②与原料相比，炭和焦油中的C元素相对富集，碳化程度明显提

4、高，且焦油中C元素的富集程度高于炭；炭和焦油的O/C比和H/C比均明显低于原料，且随着温度的升高而逐渐减小；炭与焦油相比，炭的芳香化程度和极性均高于焦油。③原料中主要含有脂肪族醚、酮、甲基、亚甲基等官能团，且炭结构呈无序排列；与原料相比，热解炭中脂肪族官能团大量减少，并主要以芳环＝C－H、芳香族/脂肪族甲基和亚甲基官能团为主；随着温度的升高，芳香族官能团数量逐渐增加，且炭结构逐渐呈有序排列；在原料和炭中均存在盐吸收峰。④炭表面存在C、O、N、Cl、Ca、Si、Na和K元素，其中以C元素为主；2－在炭表面：sp杂化C（以芳环C－H键为主）是C的主要存在形式；COO键是

5、O的主要存在形式；Si以Si－N－C、SiO2等形式存在；Cl以无机氯（NaCl和KCl等）形式存在；Na以NaCl和NaOH形式存在。C500（500℃炭）表面N以N－Si、胺基N等形式存在；在C500、C600和C700表面，Ca均以CaCO3形式存在，在800℃时，以CaCO3、CaO、CaSO4和CaCl2的形式存在；⑤炭表面O和N的活性高于炭内部O和N的活性；Cl在四种炭表面富集；炭表面未检测到S元素。⑥焦油的含水率为18.43%～26.11%，含固率为0.75%～1.29%，低位热值大小位于24.12MJ/kg～28.36MJ/kg之间；已检测出的焦油成

6、分包括烷烃、烯烃、酚、醇、醛、酮、酯、单环芳烃、PAHs等；在T500（500℃焦油）中，主要以单环芳烃和PAHs为主；随着温度的升高，PAHs成为焦油的主要成分，且含量从8.84%升至83.45%；当热解温度≤600℃时，PAHs的产生主要通过Diels-Alder反应，当热解温度＞600℃时，PAHs的主要产生途径还包括苯酚及其衍生物的自由基反应；I重庆大学硕士学位论文萘及其衍生物是PAHs的主要成分。⑦已检测出的热解气成分包括烷烃、烯烃、炔烃、CO2、含S气体（以H2S为主）、含Cl气体（以CH3Cl为主）等；当热解温度从500℃升至800℃时，气体体积增加，

7、其中烷烃、烯烃、炔烃、CO2、含S气体和含Cl气体的体积分别增加1.86倍、3.64倍、19.23倍、2.17倍、3.28倍和1.65倍；当温度≤600℃时，脱氢反应剧烈，当温度＞600℃时，脱氢反应缓慢提高；烯烃是气体的主要成分，且随着温度的升高，其比例逐渐增加。⑧当温度≤600℃时，原料-C发生一次热解反应，生成炭-C、焦油-C和气体-C；焦油-C产率在600℃时达到最大值32.81%；当温度＞600℃时，发生二次热解反应，焦油-C产率在700℃时降至最小值29.39%，部分焦油-C转化为气体-C；炭-C产率随温度的升高从36.39%降至29.40%；气体-