【摘要】：含氮量高是制約污泥合理資源化可持續(xù)利用的重要因素。催化熱解是污泥脫氮提質(zhì)清潔利用的有效途徑之一。本文使用下墜式固定床反應(yīng)器對污泥熱解揮發(fā)分進(jìn)行原位催化重整,脫除污泥熱解揮發(fā)分中有機(jī)氮的同時制備輕質(zhì)芳烴類化合物,實現(xiàn)污泥的清潔資源化高附加值轉(zhuǎn)化利用。研究了污泥非催化熱解中熱解溫度和反應(yīng)氣氛對產(chǎn)物分布和氮轉(zhuǎn)化途徑的影響,在充分理解污泥非催化熱解氮轉(zhuǎn)移機(jī)制的基礎(chǔ)上,重點考察分子篩(ZSM-5,Si/Al=25/50/80)催化條件下熱解溫度對污泥熱解過程中產(chǎn)物分布和氮遷移規(guī)律的影響。選擇不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的氨基酸作為污泥模型化合物進(jìn)行催化熱解實驗,考察芳烴生成機(jī)理和有機(jī)氮的釋放規(guī)律,深入探討污泥催化熱解機(jī)理和氮轉(zhuǎn)化規(guī)律,為污泥的清潔資源化可持續(xù)再利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。研究表明:污泥非催化熱解中,與惰性氣氛(Ar)相比,還原氣氛(H_2)有利于氣體產(chǎn)物的生成,抑制焦油的生成。還原氣氛促進(jìn)了焦炭氮的熱分解,獲得了較低的焦炭氮產(chǎn)率。溫度的升高促進(jìn)了含氮氣體的釋放,在所有條件下,HCN產(chǎn)量都很低,更多的N以NH_3的形式釋放。還原氣氛促進(jìn)了污泥中含氮化合物的熱分解,生成更多的酰胺類、氰類和含氮雜環(huán)化合物。當(dāng)溫度高于500 ~oC,H_2有利于促進(jìn)含氮化合物向NH_3的轉(zhuǎn)化。還原性氣氛和高溫的協(xié)同效應(yīng)有利于諸如哌啶、吡咯和吡啶等難裂解的含氮雜環(huán)的熱分解,生成更多的NH_3和HCN,同時促進(jìn)HCN向NH_3的轉(zhuǎn)化。污泥熱解揮發(fā)分經(jīng)ZSM-5分子篩催化重整后,促進(jìn)了揮發(fā)分氮的脫除,轉(zhuǎn)化為NH_3、HCN和部分積碳氮,并獲得了大量的芳烴和烯烴。ZSM-5硅鋁比越小(酸性越強)脫氮效果越明顯,輕質(zhì)芳烴產(chǎn)率越大。隨著溫度的升高,芳烴碳產(chǎn)率先增加后降低,在500 ~oC下硅鋁比為25的ZSM-5分子篩所得輕質(zhì)芳烴收率最高(碳產(chǎn)率16.4%)。ZSM-5分子篩有利于促進(jìn)苯和甲苯的生成,并對簡單烷基側(cè)鏈的芳烴具有較高的選擇性。對比氨基酸的催化熱解表明:污泥中具有芳環(huán)或飽和烴側(cè)鏈的氨基酸(苯丙氨酸和亮氨酸)有利于形成芳烴和NH_3;含N雜環(huán)結(jié)構(gòu)的氨基酸(脯氨酸)促進(jìn)了含氮雜環(huán)化合物的生成,且易導(dǎo)致催化劑結(jié)焦,抑制催化裂解生成更多的芳烴和NH_3;短鏈二元酸天冬氨酸具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)難于完全分解。
【圖文】：

圖 1-1 污泥熱解工藝圖Figure 1-1 Schematic diagram of pyrolysis process of SS污泥熱解處理技術(shù)的潛力大，通過熱解處理可以脫去污泥中的水分，達(dá)到減量化的效果，同時殺滅病毒和病原體等有害微生物[39]，并且將污泥中的有徹底分解轉(zhuǎn)化為液體燃料和高附加值的化工產(chǎn)品。此外，熱解處理后污泥本有的大量的重金屬元素濃縮在固體殘渣中，與污泥焚灰相比，這些金屬與殘結(jié)合更加緊密，也更難浸出，從而為熱解殘焦的后續(xù)利用提供了更多的便利能[40,41]。因此，污泥熱解技術(shù)被認(rèn)為是一種最具潛力的污泥安全資源化的技段。.3 熱解中氮遷移研究現(xiàn)狀（ Present Research on Nitrogonversion by Pyrolysis）熱解技術(shù)雖然能夠有效地轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)組分，得到熱值較高的燃料油或燃料，但由于污泥中有機(jī)物含有較高量的氮元素，易在熱解過程中會轉(zhuǎn)化 NOx的體化合物，對污泥熱解產(chǎn)物的清潔利用產(chǎn)生一定的影響。為了實現(xiàn)污泥熱解

碩士學(xué)位論文1.5 分子篩（Zeolite）分子篩是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連，而形成的分子尺寸大小的孔道和空腔體系，是一種能夠在分子水平上篩分物質(zhì)的多孔材料。分子篩催化劑不但具有很強的表面酸性，使其具有斷鍵、脫氧、脫氮和芳構(gòu)化的作用，并且其還具備獨特的規(guī)則孔結(jié)構(gòu)，同時又能滿足擇形催化的要求，，受到了生物質(zhì)催化裂解研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注[20,21,24,55]。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;O643.32

【參考文獻(xiàn)】

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3 孫宇;董新新;張亞;左武;黃亞繼;金保f;;高鋁礬土及負(fù)載生物質(zhì)灰典型組分對城市污泥催化熱解制油的影響[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年02期

4 胡俊豪;黎陽;楊海平;楊晴;邵敬愛;王賢華;陳漢平;;煤熱解過程中含氮產(chǎn)物的析出及金屬離子的催化特性研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2014年08期

5 李桂菊;白麗萍;王昶;賈青竹;李越洋;張琳婕;;鈉鹽催化劑對制革污泥熱解制油的影響[J];太陽能學(xué)報;2013年03期

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8 孔德金;楊為民;;芳烴生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2011年01期

9 劉龍茂;陳建林;李娣;齊凱;高強立;;城市生活污泥低溫催化熱解實驗研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2009年07期

10 許震;;污泥堆肥產(chǎn)品制作復(fù)混肥[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2009年10期

本文編號：2618214