城市污水厂污泥低温催化热解制生物柴油的研究

论文摘要

目前我国城市污水厂污泥的年产量大且增长迅速，已经成为制约城市发展和污染城市环境的重要问题，污泥出路问题已经十分突出，而污泥传统处理方法存在不足和弊端，需要寻找创新有效的污泥资源化新方法。污泥低温催化热解是一项具有污泥处理与能源回收双重意义的污泥处理新技术。论文采用低温热解技术处理城市污水厂剩余污泥，研究了在复合催化剂和污泥热解固体残留物催化作用下，不同停留时间和反应温度对热解产物产率及特性的影响，并探讨了污泥热解的反应机理。通过热重法分析污泥热解过程及动力学特性。结果表明，污泥热解过程存在三个比较大的温度范围，分别为：161～350℃、350～450℃、645～750℃。每个失重率较大的区域都对应一个放热峰。前两个温度区是挥发分的集中析出区，第三个温度段是固定碳的燃烧区。因此，确定污泥热解的温度范围为：200～500℃。并采用Coats-Redfern法求解污泥热解的动力学方程和反应参数，且理论TG曲线与实验TG曲线吻合良好。利用自行设计的热解装置进行污泥的催化热解实验。结果表明，催化剂的使用提高了污泥热解油的产率和品质，降低了产炭率。与无催化剂相比，复合催化剂条件下：最大产油率所需的反应温度从无催化剂下的450℃下降为400℃，最大产油率从无催化剂的34.53％增加到38.71％；固体残留物催化剂条件下：最大产油率所需的的反应温度从无催化剂下的450℃下降为410℃，最大产油率从无催化剂的34.53％增加到37.79％。采用GC-MS对污泥热解油的化学组成进行了分析，热解油中含有大量直链化合物（C11-C19），表明油的主要来源是脂肪族化合物。油中含氮化合物（酰胺和氰类）种类丰富，表明污泥中的蛋白质广泛参与了热解反应。由于苯系物是纤维素热解的特征产物，而热解油中苯系物较少，表明纤维素热解不是热解的主要反应。结合污泥的热重分析和热解油的GC-MS分析结果，推测污泥热解的主要反应机理是：在反应温度为200450℃范围内，发生脂肪族化合物的蒸发和蛋白质的转化。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 城市生活污泥的产生现状
• 1.1.3 城市生活污泥的危害
• 1.1.4 污泥的来源及分类
• 1.1.5 污泥的组成与性质
• 1.1.6 污泥处理与处置的目的
• 1.1.7 国内外污泥处理处置方法
• 1.1.8 我国污泥处理现状及存在的问题
• 1.2 污泥低温热解的国内外研究现状
• 1.2.1 污泥低温热解技术的研究进展
• 1.2.2 污泥低温热解的基本原理及热解设备
• 1.2.3 污泥低温热解技术的应用
• 1.3 论文的研究目的及研究内容
• 1.3.1 研究的目的及意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 创新点及研究思路
• 第二章 污泥的基本特性研究
• 2.1 污泥的来源
• 2.2 污泥的工业分析
• 2.2.1 污泥中水分测定
• 2.2.2 污泥中灰分测定
• 2.2.3 污泥中挥发分测定
• 2.2.4 污泥中固定碳测定
• 2.2.5 污泥工业分析结果与讨论
• 2.3 污泥元素分析
• 2.4 污泥热值测定
• 2.5 污泥热重分析
• 2.5.1 热重实验设备及条件
• 2.5.2 热重结果分析
• 2.5.3 污泥热解动力学研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 城市污水厂污泥低温热解实验
• 3.1 城市污水厂污泥低温热解实验概述
• 3.2 热解实验装置及方法
• 3.2.1 实验装置及流程
• 3.2.2 污泥试样的制备
• 3.2.3 实验参数
• 3.2.4 实验方法
• 3.2.5 实验设备
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 不同停留时间的污泥低温热解实验结果与分析
• 3.3.2 不同反应终温的污泥低温热解实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 城市污水厂污泥低温催化热解实验
• 4.1 污泥在复合催化剂作用下的热解实验
• 4.1.1 不同停留时间的污泥催化热解实验结果与分析
• 4.1.2 不同反应终温的污泥催化热解实验结果与分析
• 4.1.3 复合催化剂与无催化剂热解实验的比较
• 4.2 污泥在固体残留物催化作用下的热解实验
• 4.2.1 不同停留时间的污泥催化热解实验结果与分析
• 4.2.2 不同反应终温的污泥催化热解实验结果与分析
• 4.2.3 固体残留物催化剂与无催化剂热解实验的比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 污泥热解产物分析
• 5.1 污泥热解产物油分析
• 5.1.1 热解油的预处理与分析条件
• 5.1.2 结果与讨论
• 5.1.3 热解油的热值
• 5.2 污泥热解固体产物分析
• 5.3 污泥热解气体产物分析
• 5.4 污泥热解机理的探讨
• 5.5 污泥热解过程经济性分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历