【摘要】：為實現城市生活垃圾減量化、無害化和資源化,采用熱重分析天平和實驗室固定床熱解反應器進行城市生活垃圾(MSW)與園林廢棄物共熱解實驗,研究了不同熱解終溫、松樹枝和柳樹枝添加比例對熱解產物產率影響,并利用氣質聯(lián)用色譜分析儀(GC-MS)對熱解油進行表征分析。實驗結果表明:MSW、松樹枝和柳樹枝的熱解過程均可以分為3個階段,主要包括脫水、熱解、炭化;MSW、松樹枝和柳樹枝單獨熱解時最大失重速率分別出現在321.48、358.23和377.83℃;MSW與松樹枝共熱解DTG曲線在熱解反應第2階段有2個析出峰,分別在342.32℃和471.48℃,比MSW單獨熱解時,失重率增加了7.29%。當城市生活垃圾與松樹枝、柳樹枝的添加量分別為3∶1時,熱解液體產物產率明顯升高,熱解油中醇類、羧酸類、醛類等含氧有機物的含量降低,熱值增加,熱解油中氧含量降低,且松樹枝對共熱解焦油的脫氧效果更為顯著,熱解油品質得到提升。
【圖文】：

isofMSW組分廚余塑料廢紙張織物木材金屬玻璃其他質量分數/%44.0817.888.215.071.104.582.2916.79表2城市生活垃圾的工業(yè)分析和元素分析Table2ProximateandultimateanalysisofMSW原料工業(yè)分析/%元素分析/%原子比MadAadVadFcadCdafHdafOdafNdafSdafH/CO/CMSW4.1923.7868.893.1447.415.1245.721.180.571.300.72松樹9.631.5984.314.4747.865.9544.890.850.451.490.70柳樹6.462.1684.147.2446.575.5746.460.950.451.440.75注:工業(yè)分析和元素分析均為質量分數。1.3固定床熱解實驗圖1固定床熱解爐流程圖Fig．1Schematicdiagramoffixed-bedreactor實驗中采用管式固定床熱解爐(見圖1)，，進行MSW單獨熱解以及和松樹枝、柳樹枝的共熱解產物分布規(guī)律研究。實驗樣品添加總量為20g·次－1，并以20℃·min－1升溫速率進行加熱，達到設定溫度后保溫20min。本次實驗熱解終溫設為400、450、500、550、600、650和700℃。實驗過程中，熱解產物進入由三級冰水混合物組成的冷凝裝置，液體產物得以冷卻。在200～700℃用集氣袋收集經CaCl2干燥后熱解氣相產物，每升100℃更換一次氣袋，并采用北京東西分析儀器有限公司生產的GC-4000A型氣相色譜儀分析熱解氣中H2、CH4、CO和CO2的含量。熱解完成后，分別對熱解液和熱解焦進行準確稱量，確定其熱解產物產率。液體產物中的焦油和水的分離方法是:實驗所得的熱解液用一定量的乙酸乙酯進行溶解、過濾，將濾紙放入105℃的干燥箱中干燥2h，待干燥完成后稱取濾紙上殘留固體的質量;然后繼續(xù)用乙酸乙酯對熱解液進行3次萃取，以除去熱解液中的水分，將萃取后的熱解液進行低溫蒸餾，以除去乙酸乙酯，得到熱解油。以MSW、松樹枝、柳樹枝單獨熱解過程的產物

2P的氣質色譜(GC-MS)，氣相色譜柱為TＲ-WAXMS毛細管(30m×0.25mm×0.25μm)極性柱，分流比為115∶1，GC色譜柱程序升溫:初溫40℃保持3min，然后升溫至100℃后并保持1min，進而升溫至180℃并保持2min，然后升溫至240℃保持5min，最后升溫至280℃后保持1min，各階段所采用的升溫速率為6℃·min－1。離子源溫度為250℃，色譜與質譜之間傳輸線溫度280℃，EI源電壓70eV，荷質比范圍2～500。GC-MS熱解譜峰通過與NIST譜庫所含化合物標準譜峰比對來確定熱解產物的化學組成。2結果與分析2.1MSW與松樹枝、柳樹枝共熱解的熱重分析圖2MSW與松樹枝、柳樹枝共熱解(3∶1)的熱重分析Fig．2Thermogravimetricanalysisofco-pyrolysisofMSWandpineandwillow(3∶1)由圖2中的TG和DTG曲線分析可知，松樹枝和柳樹枝的熱解過程可以分為3個階段:第1個階段為室溫～200℃，主要為2樹枝脫水，松樹枝和柳樹枝的失重率為4.12%和2.37%;第2個階段為200～600℃，該熱解過程是2樹枝的主要失重階段，揮發(fā)分大量析出，這主要是由于2樹枝中的纖維素、半纖維素和木質素在此階段發(fā)生裂解［11-12］，松樹枝和柳樹枝的失重率分別為67.62%和58.37%，松樹枝和柳樹枝的最大失重速率分別出現在358.23℃和377.83℃;第3個階段為600～900℃，此階段2樹枝的熱解失重率均較緩慢，失重率分別為6.39%和7.74%。由以上可以得出，當熱解溫度為600℃時，2樹枝中的揮發(fā)分可析出絕大部分，當熱解溫度繼續(xù)升高時，失重率整體變化不大。MSW與松樹枝、柳樹枝的混合物共熱解也可分為3個階段:第1個階段也為室溫～200℃，主要為混合物的脫水，失重率分別為3.71%和3.22%;第2個階段為200～560℃，此階段為熱解失重的主要階段，揮發(fā)分主要在此階段析出，共熱解的失重率分別為69.27%和69.41%
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院;河北建筑工程學院土木工程學院;北京科技大學土木與資源工程學院;內蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院;
【基金】：陜西省工業(yè)科技攻關計劃(2016GY-147) 新疆維吾爾族自治區(qū)科技攻關計劃(201532108) 國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室開放研究課題(KF2015-3)
【分類號】：X71;X799.3

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本文編號：2542890