采用热解方法回收油泥中原油

应用热天平和管式热解炉对油泥的热解行为进行实验研究。考察了不同升温速率对油泥热解的影响和不同热解终温对油泥各热解产物分布的影响,求解了油泥热解的动力学参数,并采用元素分析、FT-IR和1H NMR对油泥热解产物进行了分析。结果表明,随着升温速率的加快,油泥的热失重曲线向高温侧偏移,反应活化能和指前因子也随之增大。油泥最宜热解终温为823 K,此时热解油产率达40.36%。所得热解油的化学组成与柴油相似,可以回收利用。油泥热解残渣为黑色粉体,残油量为0.0662%,达到国家标准对农用土壤油含量的规定(<0.3%)。

废电路板热解特性及其动力学分析

分别应用热天平和管式炉反应器对废电路板的热解行为进行实验研究。通过热重分析法,考察了在氮气气氛下,不同升温速率（10 K/min、15 K/min、20 K/min、40 K/min）对废电路板热解特性的影响。结果表明,升温速率对废电路板热解失重曲线有较大影响,反应起始温度,失重率最大时的温度和反应结束温度均随升温速率的提高而相应增加。热解动力学研究表明,废电路板热解反应符合一级反应动力学,反应活化能和指前因子均随升温速率的增大而呈上升趋势,活化能在110-180 kJ/mol,指前因子在2.0×10^7-1.2×10^13min^-1。此外,在管式炉反应器上,考察在同一升温速率（20 K/min）下不同热解终温（400℃、500℃、600℃7、00℃、800℃）对废电路板热解产物产率和气体成分分布的影响。结果表明,当温度在600℃以上时,固体残渣的产率变化不大,升高温度只是改变油气比;电路板热解气的主要成分是H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6和C3H8,气体热值在11.24-15.21 MJ/m^3,焦油热值在24.5-27.5 MJ/kg范围内。热解后所得固体残渣是易碎的,其中玻璃纤维部分呈层状分开,很容易对残渣中的金属和玻璃纤维部分进行分离。

几种典型电子垃圾大物料量热重实验及机理研究

在自行设计的实验室规模的热重分析装置上进行了较大物料量(15.g左右)的热重实验,研究了几种典型电子垃圾组分(电线、键盘和废电路板)的热解行为和特性,热解过程采用氮气作载气,升温速率为20.K/min,热解终温为1,073,K.所得实验结果同常规热重分析仪(微热重)的实验结果进行比较,发现大物料量热重相对于微热重存在热滞后效应.此外,采用最概然机理函数选择法,提出了各种电子垃圾组分(电线、键盘和废电路板)微热重和大物料量热重热解的机理函数,分析获得了电线、键盘和废电路板不同热解方式下的表观活化能E和指前因子A.

灰色预测模型及分布活化能模型在废电路板热解中的应用

分别在管式炉反应器和热天平上对废电路板的热解行为进行实验研究。在管式炉反应器上考察了在同一升温速率（20 K/min）下不同热解终温（400、500、600、700和800℃）对废电路板热解产物产率的影响。在相关实验数据的基础上尝试用灰色理论及方法建立基于热解终温的废电路板热解灰色产率预测模型GM（1,1）,预测结果与实验数据对比表明,该预测模型精度较高,能够较好地对不同热解终温下废电路板热解产物产率进行预测。此外,在热天平上获得的不同升温速率（10、15和20 K/min）下的热失重曲线表明,废电路板的失重速率峰随升温速率的提高逐渐向高温侧移动。采用分布活化能模型对废电路板热失重曲线进行动力学分析,获得废电路板热解活化能的变化曲线。计算结果表明,废电路板热解过程中活化能并不是单一数值,而是随失重率变化的一个函数。所得废电路板热解活化能值在140-250 kJ/mol范围内变化,当失重率在10%-60%之间,活化能值总体呈缓慢上升的趋势,但当失重率〉60%时,活化能值由155.4 kJ/mol迅速增加到244.4 kJ/mol。

煤泥热解和燃烧过程的行为特性研究

为了研究煤泥的热化学转化特性,本文利用热重分析仪进行了不同升温速率(10℃/min、20℃/min、30℃/min)下的热解和燃烧试验,采用Flynn Wall Ozawa(FWO)和Kissinger Akahira Sunose(KAS)2种动力学计算方法对煤泥热解和燃烧过程的动力学参数进行计算并比较。结果表明:随升温速率的提高,煤泥的热解和燃烧过程的热重(TG)与微商热重(DTG)曲线向高温方向偏移。煤泥热解过程的DTG曲线主要呈现两个明显的失重峰。而燃烧过程中,由于挥发物和固定碳燃烧过程的重叠,在300~580℃范围内其DTG曲线出现一个明显的失重峰,燃尽时间随升温速率的增大而减小。FWO法和KAS法计算得到的煤泥热解第一阶段活化能分别为175.78 kJ/mol和163.40 kJ/mol,第二阶段活化能分别为225.37 kJ/mol和209.51 kJ/mol。FWO法和KAS法计算得到的煤泥燃烧过程活化能分别为109.12 kJ/mol和102.65 kJ/mol,2种计算方法的结果具有较好的一致性,2种动力学计算方法综合使用有利于对煤泥的热解和燃烧过程形成更为全面的认识。

生物质高温气化重整制氢实验研究

在自行设计的固定床气化炉实验台上开展序批式进料模式的生物质（白松木屑）高温气化实验研究,重点考察反应温度、水蒸气流率以及物料粒径等不同工况条件对生物质气化产气特性的影响,实验结果表明,在800～950℃的范围内,每千克白松木屑的氢产率为21.91～71.63g H2。不同水蒸气流率下H2平均浓度变化不大,CO平均浓度随水蒸气流率的增加略有增大,气体平均热值在11.87～12.04kJ/m3内变化。实验条件下水蒸气流率为20.2g/min时的氢气产率最大。随着生物质给料粒径的减小,气体产率和气化效率均减小。

生物质与聚乳酸塑料共热解特性

生物质与塑料、煤等物料之间的共热解是环境友好、具有极大发展潜力的生物质热解升级处理方式。通过自制快速固定床热解反应器研究了玉米芯与聚乳酸的热解。结果表明,玉米芯与聚乳酸的共热解使热解油产率和热值增加,而水分含量降低。通过TGA/FTIR联用实时考察了玉米芯、聚乳酸及其二者混合条件下的热解气体析出特性,FTIR分析表明玉米芯与聚乳酸在共热解条件下存在明显的耦合作用。

含油污泥热解残渣制备渗水砖的重金属和多环芳烃浸出特性

热解残渣作为含油污泥热解的伴生物,存量日益增多,严重威胁生态环境。含油污泥热解残渣的成分与黏土矿物类似,为此,利用热解残渣代替黏土制备渗水砖,探究制备过程中残渣添加量、加水量和挤压应力对渗水砖抗压强度和透水性能的影响以及对渗水砖浸出液中重金属和多环芳烃(PAHs)浓度的影响。分析结果表明,残渣添加量、加水量和挤压应力对渗水砖的抗压强度和透水性能有较大影响,当残渣添加量为15%、加水量为13%(以上均为质量分数)、挤压应力为30MPa时,渗水砖的物理性能最佳。此时,抗压强度为32.20MPa,达到Cc30等级标准;透水系数为1.80×10^(-2)cm/s,高于《透水砖》(JC/T 945—2005)中所规定的1.00×10^(-2)cm/s。重金属和PAHs浸出实验结果表明,渗水砖浸出液中检出的金属包括Cr、Pb、Cu、Ni和Zn,且Cr、Cu和Zn的浓度均低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中所规定的Ⅱ类标准限值和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中所规定的Ⅲ类标准限值。残渣添加量、加水量和挤压应力对浸出液中Ni的影响较大,而对Cr的影响较小。渗水砖浸出液中主要检测出萘、苊、二氢苊、芴和菲这5种PAHs,总浓度范围为218.43~408.34μg/L。其中,苊是浸出液中的主要成分,其相对质量分布比例为59.80%~77.55%。本研究可为含油污泥热解残渣的无害化处理和资源化利用提供科学依据。

煤矸石基沸石分子筛的制备及其CO_(2)捕集性能

煤矸石作为煤的伴生物,存量日益增多,严重威胁生态环境。由于SiO2和Al2O3质量分数高,因此利用煤矸石制备分子筛捕集CO_(2)以实现煤矸石的高效资源化利用是一个有前景的技术。以煤矸石为原料,采用水热晶化法制备沸石分子筛,研究KOH添加量、煤半焦掺杂量对分子筛结构和性质的影响;开展CO_(2)气体的静态吸附测试,研究煤矸石基沸石分子筛和胺改性分子筛的CO_(2)捕集特性。分析结果表明,当KOH与煤矸石质量比为2∶1时,所得分子筛的比表面积为100.17 m^(2)/g;当煤半焦掺杂量为40%时,制备的分子筛比表面积达249.86 m^(2)/g,总孔容积为0.249 cm^(3)/g;在最优制备条件下,分子筛的CO_(2)吸附量为1.16 mmol/g;胺负载改性能有效提升分子筛的CO_(2)捕集能力,但过量的聚乙烯亚胺会在分子筛孔隙内聚集堵塞孔道,导致分子筛的物理吸附能力减弱。

表面活性剂及聚乳酸塑料对餐厨垃圾发酵产酸特性影响

餐厨垃圾的产量逐年升高,由于其高含水、易腐败等特性,传统处理方法并不能将其妥善处置。厌氧发酵在处理餐厨垃圾方面具有成本低廉、二次污染小等优势,其主要产物挥发性脂肪酸(VFAs)附加价值高、应用范围广、便于存储和运输,是一种极具潜力的餐厨垃圾资源化利用方法。然而汇集在餐厨垃圾中的外源物质(如表面活性剂、聚乳酸塑料等),进入厌氧发酵系统后会对产酸发酵的过程造成影响。基于此,本文首先介绍了餐厨垃圾产生、理化特性以及危害,对目前采用的餐厨垃圾处理方法进行综述,然后在梳理餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸原理的基础上阐述了餐厨垃圾发酵产挥发性脂肪酸的研究现状,最后论述了表面活性剂、聚乳酸塑料等外源物质对餐厨垃圾产酸发酵的影响,以期为餐厨垃圾的发酵产酸过程调控提供参考。

塑料热解耦合等离子体催化重整制氢

将废塑料转化为可用的能源或燃料,可以缓解塑料废弃物增加和化石能源减少带来的环境问题。为实现塑料高效热转化制备氢能,本文提出一种塑料热解耦合等离子体催化重整制氢的新路线。采用嵌有同轴介质阻挡放电(DBD)等离子体区的两段式固定床反应器,探索低温时高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)在单独加热、单独等离子体重整、单独催化重整和等离子体催化重整模式4种重整模式下的产物分布。结果表明:相较于单独加热模式,单独等离子体和单独催化重整模式均可提高气体产率,尤其是H_(2);等离子体和催化剂具有协同作用,等离子体催化重整模式可大幅提高气体产率,其中高密度聚乙烯的H_(2)选择性最高(66.44%);催化剂上的碳沉积和孔隙堵塞导致催化剂烧结严重程度顺序:HDPE>PP>PS。等离子体放电可以改善催化剂表面的碳沉积和金属相聚集问题,增加催化剂的比表面积和孔体积,减小平均孔径。因此,热解耦合等离子体催化重整系统为优化塑料能源生产提供了有效的参考方案。

松木屑水蒸气催化气化制氢及其大物料量气化动力学研究

利用松木屑在自制固定床气化系统上进行水蒸气催化气化实验研究。考察反应温度、水蒸气/生物质比(S/B)以及催化剂加入量对气体成分、产氢率和潜在产氢率的影响。结果表明:反应温度为850℃、S/B为3.27、催化剂量/木屑进料量比为2%时合成气品质较优,氢气浓度可达40.13%,产气率为0.718m^3·kg^(-1)。该文也进行大物料量松木屑催化气化等温热重实验研究,加入催化剂使木屑气化反应活化能降低,加快了反应进程。

污泥热解残渣中重金属形态分布的研究进展

目前,我国城市及工业污水产生量已达7.34×10^(10) t/a,对其处理产生的污泥量达7.29×10^(7) t/a。污泥的主要去向为土地利用、焚烧发电和建材利用等。在这些再利用过程中,重金属特别是Cr、Cu、Zn、Ni等对其再利用影响较大。污泥处理多采用热解处理,重金属在处理过程中会富集在热解残渣中。阐释重金属在热解残渣中的形态分布,对于其再利用过程意义重大。本文以改进的欧共体物质标准局(BCR)连续提取法为基础,总结了污泥热解残渣中重金属的形态分布,阐述了热解工况(热解温度、停留时间、催化剂)、共热解及预处理对热解残渣中重金属形态分布的影响,探讨了污泥热解残渣中重金属未来的研究趋势。

煤热解影响因素与油品提质研究进展

为全面了解煤的热解过程,探讨了煤化程度、热解温度、升温速率、停留时间、热解气氛以及热解压力等不同热解条件变化对煤热解行为、产物分布和产品性质的影响,提出了通过对热解过程中不同影响因素的调控与优化,从而实现煤的定向热解转化得到所需要的热解目标产物的方法。针对煤热解产物油品的提质,提出了催化热解和共热解2个研究思路,介绍了不同类型催化剂以及与不同物质的共热解对油品提质的影响。实践证明,通过在煤热解过程中添加一定量的催化剂(催化热解)或富氢物质(共热解)能够有效地使热解油中的重质组分转化为轻质组分。

固体废物与生物质热化学转化

2018年4月7~8日,2018年固体废物与生物质热化学转化研讨会(2018S&BTCC)在西安交通大学举行。本次会议由西安交通大学能源与动力学院环境科学与工程系高宁博副教授组织举办。与会外宾11人、国内专家学者32人参加了会议。本次会议主要以学术报告的形式就固体废物与生物质热化学技术的重要科学问题、最新研究结果及发展趋势等方面展开研讨。

废轮胎热解技术及炭黑产物的品质提升与应用研究进展

针对近年废轮胎热解技术研究进展进行总结,主要讨论了废轮胎的低温真空热解、共热解、催化热解等热解技术,阐述了热解设备、温度、压力、催化剂等因素对热解炭黑的影响及特点,对比了热解炭黑不同改性提质方法的特点,对热解炭黑资源化应用现状等进行讨论阐述。

煤气化渣组分回收与利用技术研究进展

随着煤气化技术的大规模推广,现有煤气化渣堆存与填埋方式具有较大的环境风险与经济压力,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,煤气化渣处理迫在眉睫。介绍了煤气化渣的产生途径以及可能带来的环境问题,煤气化渣的基本分类以及特点,从煤气化渣元素组成出发综述了国内外煤气化渣中C元素(制备活性炭、吸附剂等)、Al元素(制备聚合氯化铝絮凝剂、氧化铝等)、Si元素(制备介孔材料)以及气化渣用于陶瓷及建材等方面的技术研究现状。基于上述分析提出了规模化的煤气化渣利用(建材利用等)是主流的处置方式,但制约该方法发展的关键因素是煤气化渣中的残炭,因此经济高效的残碳分离和富集的技术是促进煤气化渣综合利用的关键技术。

水热处理对含油污泥热解特性及动力学影响

利用热重分析仪研究了水热处理对含油污泥(OS)热解特性的影响,并使用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Ozawa-Flynn-Wall (FWO)的方法对其热解动力学进行了分析,确定了经过不同水热温度处理后的含油污泥在不同热解阶段的表观活化能,考察了水热处理及其水热温度对含油污泥热解特性及动力学参数的影响。热分析的结果表明:水热处理使得含油污泥在热解不同阶段的终止温度向较低温度区间移动,在相同的转化率下经过水热处理后的OS在不同热解阶段的表观活化能均低于原样。随着水热反应温度从160℃增加到240℃,根据FWO法估算的OS在热解第一阶段的平均表观活化能从75.20kJ/mol增加到78.28kJ/mol,热解第二阶段的平均表观活化能从151.04kJ/mol降低到144.18kJ/mol,热解第三阶段的平均活化能从171.12kJ/mol增加到了192.59kJ/mol。

低阶煤热解高温油气除尘技术进展

低阶煤的热解是我国煤炭清洁高效转化的重要方式,高温油气除尘困难是限制其产业化的瓶颈。低阶煤热解过程中的高温油气具有温度高、尘含量大、含大分子稠环芳烃、易冷凝等特点,易阻塞除尘器及工艺管道,腐蚀设备,降低产品品质。本文主要从工程化应用角度,对比了湿法除尘、旋风除尘、静电除尘、陶瓷管除尘、金属过滤器除尘、颗粒床除尘等主要高温除尘工艺在低阶煤热解高温油气除尘领域的应用现状,分析了各技术优缺点及领域内的专利情况,指出颗粒床除尘、催化除尘、组合除尘技术有望成为未来该领域的发展方向。

高氯酸盐还原菌的代谢过程及应用研究进展

生物法降解高氯酸盐(ClO4-)作为一种经济、高效、二次污染小的技术,在处理ClO4-方面取得了显著的效果。本文综述了高氯酸盐还原菌还原ClO4-的主要机理、不同菌株的来源及特性、降解过程中其他因素(如电子受体、电子供体、pH、温度、盐度和重金属等)对高氯酸盐还原菌性能的影响并对高氯酸盐还原菌的应用现状进行了概述。指出高氯酸盐还原菌广泛存在于环境中,可通过一系列还原酶将ClO4-还原为Cl-,但是不同菌株的还原机理可能存在一定差异需进一步研究。同时操作参数和环境因子均会对高氯酸盐还原菌降解ClO4-性能产生或正或负的显著影响。电子供体的额外投加作为生物法的缺点,使得其在实际工程中的应用非常有限。因此,寻找经济性较好的电子供体并将其应用在实际工程中是未来生物法降解ClO4-研究的热点。本文就电子供体的投加策略及未来高氯酸盐降解研究方向提供了一些见解,以期实现生物法更经济、高效地应用在实际ClO4-污染水体处理中。