CaO为吸收剂的城市生活垃圾热解气化制取富氢燃气的研究

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氢气作为重要的原料被广泛应用于化工和能源领域。在众多制氢工艺中,生物质蒸汽气化制氢技术以其良好的经济和环境效应而被认为是最具发展前景的方式之一。目前,急剧增长的城市生活垃圾已日趋成为一个污染环境、困扰人类的社会问题。基于以上几点,本文提出了以CaO为吸收剂的城市生活垃圾热解气化制取富氢燃气的工艺,主要研究内容及结论如下:  (1)对城市生活垃圾样品进行了理化和热解特性分析。结果表明:原料中的N、S含量较低,其中挥发分占主导,灰分含量不到2%。添加CaO后TG曲线向低温区移动,并且低温区的失重率大幅增加,H2、H2O、CH4的逸出得到加强,而大分子C2H5OH、C2H2O2、CH3COOH的逸出峰明显减弱。CaO在垃圾热解过程中起到了一定的CO2吸收和催化作用。  (2)利用Aspenplus软件对CaO为吸收剂的城市生活垃圾热解气化工艺进行了模拟和热力学分析。分析结果显示:该工艺在理论上是可行的,CaO能够突破热力学平衡的限制,促进气化反应朝着氢气产生的方向移动。在温度650℃、压力为0.1Mpa、[Ca]/[C]为1,湿度为40%条件下,氢气平衡浓度可达到最大值71.5vol%。  (3)在小型管式炉固定床反应器上开展了CaO为吸收剂的城市生活垃圾热解气化制取富氢燃气的实验研究。结果表明:[Ca]/[C],湿度以及温度对垃圾气化的影响规律与热力学分析结果基本一致。但是总体上,H2浓度和产量要低于模拟值。适当增加[Ca]/[C],湿度和固相停留时间都有利于产氢。H2的浓度由无CaO添加时的20.7vol%提升到[Ca]/[C]为1时的48.3vol%。  (4)对城市生活垃圾热解气化的固体、液体残留物进行了结构和形貌分析。结果显示:提高温度有利于热解气化反应但是却限制了CaO碳酸化反应的进行,在750℃左右开始分解,CaO的吸收能力减弱,在700℃时氢气浓度达到最大值48.3vol%,最佳温度范围在600~700℃之间。
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