典型有机技术废物成型焦炭蒸汽气化特性的实验研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xaly001
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技术废物是核电站运行过程中产生的固体废弃物,具有有机物含量高、放射性低以及体积大等特点。为了降低技术废物的处置成本,在封装、填埋前需要对其进行减容处理。蒸汽气化是对热解焦炭进行热化学转化的有效处理手段,能够进一步降低技术废物的体积。基于此,本文对核电站典型有机技术废物的成型焦炭蒸汽气化特性进行实验研究。基于自行设计搭建的固定床蒸汽气化实验系统进行实验,探究典型技术废物热解焦炭(手套焦炭、纸巾焦炭、工作服焦炭、木屑焦炭和混合物焦炭)的蒸汽气化特性,获得了反应温度(700-900°C)和蒸汽浓度(20%-80%)对技术废物焦炭的气化动力学特性的影响规律。结果表明:五种样品的平均气化速率排序依次为纸巾成型焦炭>木屑成型焦炭>混合物成型焦炭>工作服成型焦炭>手套成型焦炭,样品组成成分特别是碱指数的差异是导致样品间气化特性差异的重要原因。混合物样品的平均气化反应速率实验值较理论值约高8%,这表明混合物样品各组分间存在明显的协同作用。反应温度和蒸汽浓度的增加均能提高样品的平均气化反应活性指数,且反应温度对于气化反应活性指数的影响更显著。蒸汽浓度从20%提高到80%时,手套、纸巾、工作服、木屑和混合物五种样品的成型焦炭的平均气化反应活性指数分别提高了69%、160%、88%、40%和47%;而气化温度从700°C提高到900°C则使得五种样品平均气化反应活性指数分别提高了349%、545%、243%、232%和694%。随机孔模型能较好描述五种样品的动力学特性,其中五种样品活化能依次为手套成型焦炭(75.4 k J/mol)>混合物成型焦炭(62.8 k J/mol)>纸巾成型焦炭(62.7k J/mol)>工作服成型焦炭(58.7 k J/mol)>木屑成型焦炭(48.9 k J/mol)。结合气化产物特征检测和热力学平衡计算,分析气化产物的产率和产物组分特性,获得了反应温度和蒸汽浓度对于各样品蒸汽气化产物的影响规律。气化产物特征检测结果表明:蒸汽浓度和反应温度的升高均使手套、纸巾、工作服、木屑和混合物五种样品的成型焦炭的平均气化残渣质量呈现较大幅度降低,如蒸汽浓度由20%升高到80%,混合样品减少了约71%,而反应温度由700°C升高到900°C时,混合样品减少了约91%。经过热解气化两级热降解的混合样品最大总减重比超过98.5%。所有样品气化合成气中主要组分的平均含量依次为H2>CO2>CO>CH4。在化学平衡状态下,反应温度和蒸汽浓度升高均能改变产物的组成特征,提高焦炭气化合成气中H2的含量,降低CH4的含量,同时减少固态残渣产率。本文可以为核电站典型技术废物热降解特性进一步研究和工业应用提供基础数据。
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