轻质垃圾热解制油试验研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:张欣(1990),女,汉族,辽宁大连人,中级职称,硕士研究生,研究方向为垃圾渗滤液及高盐水处理。-110-轻质垃圾热解制油试验研究 张 欣 大连广泰源环保科技有限公司,辽宁 大连 116109 摘要:摘要:我国生活垃圾卫生填埋始于 20 世纪 80 年代末,近几十年来一直作为我国生活垃圾处置的最主要方式。近年来随着垃圾焚烧推广,垃圾填埋处理方式在生活垃圾处理市场占比持续下降。由于存量垃圾填埋场数量较多,且渗滤液、异味等污染问题较大,急需开展垃圾填埋场治理。本文通过试验考察了生活垃圾填埋场陈腐垃圾中的轻质垃圾热解
2、特性。研究结果表明,轻质垃圾热解制油适宜采用快速加热方式,在 270-433发生热解反应,热解油产率为 8.63%,热解油平均热值为 10432 kcal/kg,热值与柴油相当,具有充当燃料油的潜质。热解制油技术是实现轻质垃圾资源化利用的有效途径,具有应用潜力。关键词:关键词:轻质垃圾;热解;制油 中图分类号:中图分类号:X705 0 引言“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划中要求“开展库容已满填埋设施封场治理”,鼓励采取库容腾退、生态修复、景观营造等措施推动封场整治。异位修复作为填埋场生态修复技术之一,不仅可彻底消除环境隐患,释放的土地资源还可作为建设用地使用。我国多个地区的填埋场已
3、经采取“全量开挖+筛分+产物资源化处理”技术路线对填埋场内陈腐垃圾进行处理,采用该技术的前提是所在区域有筛分后各类物料资源化处理能力。陈腐垃圾中塑料、织物、纸张、木竹等可燃轻质垃圾含量高达 20%-40%1-3,现阶段主要采取焚烧发电厂、水泥窑处置厂等协同处理方式进行处置,这就要求当地的焚烧发电厂或水泥厂具备足够的接纳处理能力,而对于协同处理能力不足的地区,就难以开展填埋场异位修复工作。本研究开展轻质垃圾热解制备燃料油的试验,为轻质垃圾资源化处理提供新思路。1 实验部分 1.1 实验样品 实验采用的轻质垃圾样品为大连市某垃圾填埋场陈腐垃圾经筛分处理后,分选出来的筛上轻质垃圾,轻质垃圾含水率约为
4、 20%。通过对轻质垃圾进行人工分选,轻质垃圾主要组分为塑料,其次为织物和灰土,具体组分分析(干基)见表 1。1.2 实验装置 1-热解反应器;2-缓冲罐;3-一段冷凝器;4-油气分离器;5-一段油储罐;6-二段冷凝器;7-二段油储罐;8-水封罐;9-燃烧风机;10-燃油罐;11-冷却水罐;12-冷却水泵 图 1 实验装置系统示意图 1.3 实验原理 轻质垃圾热解制油原理是在高温条件下使组分中的塑料、织物、橡胶等发生裂解,使聚烯烃大分子断链,使其裂化为小的分子。这些小分子中的 C5H12-C11H24等就是汽油组分,C12H26-C20H42为柴油组分,而裂解产生的 C1-C4烃类以不凝气形式
5、排出,称为裂解气。少量中间体小分子发生缩合生成更大分子,以炭黑形式存在。1.4 实验方法 图 1 为试验装置系统的示意图。将轻质垃圾装入外热式热解反应器中,启动燃烧机对热解反应器进行加热,同时转动反应器保证均匀快速加热。利用一段冷凝器和二段冷凝器对轻质垃圾热解后的挥发产物进行冷却,冷凝出来的油分别收集到一段油储罐和二段油储罐中,经过两段冷却排出的裂解气进入水封罐,中国科技期刊数据库 工业 A-111-表 1 轻质垃圾组分分析(干基)名称 塑料 织物 橡胶 玻璃 灰土 其他 质量百分比 59.95%15.29%0.88%2.13%11.95%9.79%表 2 轻质垃圾附着灰量数据 实验组别 1
6、2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 轻质垃圾附着灰量(%)55.9 50.9 63.3 58.9 50.6 45.3 53.7 59.0 61.0 50.6 53.5 裂解气作为可燃气通入热解反应器加热炉膛内,对反应器进行加热。出油结束时,停止加热,待反应器冷却后,将反应器内的残渣排出。2 结果与讨论 2.1 轻质垃圾附着灰量 将轻质垃圾中的塑料和织物在 105条件下烘干并称重,烘干后的轻质垃圾人工水洗干净,再次烘干并称重。轻质垃圾附着灰量=(轻质垃圾清洗前干基质量-轻质垃圾清洗后干基质量)/轻质垃圾清洗前干基质量*100%。由表 2 中数据可以看出,轻质垃圾中塑料和织物的附着灰量为
7、45.3%-63.3%,平均值为 54.8%,附着灰量较高。分析其主要原因为填埋的新鲜生活垃圾含有大量的有机质,经过长时期腐烂发酵后形成腐殖土,新鲜生活垃圾变为陈腐垃圾。陈腐垃圾经过筛分和风选处理后,仍然有大量的腐殖土附着在轻质垃圾上。关于轻质垃圾附着灰量的数据,目前未见有文献报道,该研究成果对于评估轻质垃圾资源化利用效率具有重要的参考价值。2.2 加热速率 取 100kg 左右原料装入热解反应器中,通过调节进入燃烧机燃油量的大小,控制热解反应器升温速率,考察慢速加热和快速加热对轻质垃圾热解特性的影响。慢速加热和快速加热的升温速率分别为1.87/min和5.20/min。图 2 慢速加热温度变
8、化曲线图 图 3 快速加热温度变化曲线图 表 3 慢速加热和快速加热热解实验数据 名称 产物质量占比 产物热值(kcal/kg)热解油 残渣 热解油 残渣 慢速加热 3.72%90.81%7400 947 快速加热 11%75.52%10400 648 由图 2 和图 3 可以看出,随着对热解反应器不断加热,热解反应器内温度和产气温度不断升高,反应器内温度和产气温度同时达到 100并在一段时间内保持不变,该过程中轻质垃圾中的水分吸热并以水蒸汽的形式蒸发出来。由图 2 可以看出,水分蒸发结束后,慢速加热实验组产气温度开始缓慢降低,说明该过程中产气量较低。由图 3 可以看出,当反应器内温度为 34
9、0时,产气温度开始升高,并在反应器内温度达到 430 摄氏度时,产气温度达到峰值,该现象表明当反应器内温度达到轻质垃圾热解温度时,开始发生热解反应,随着温度的升高,产气量逐渐增加,产气温度逐渐增加并达到峰值,热解反应结束后,产气温度逐渐降低。由表 3 实验数据可以看出,相比于慢速加热,采用快速加热时,热解油产率由 3.72%提高到 11%,残渣产率由 90.81%降低到 75.52%,热解油热值由 7400 kcal/kg 升高到 10400 kcal/kg,残渣热值由 947 kcal/kg 降低至 648 kcal/kg,说明快速加热轻质垃圾的热解油产率和热值更高。李爱民等4研究结果表明,
10、废橡胶热解时,快加热方式焦油产率比慢加热方式高,中国科技期刊数据库 工业 A-112-表 4 轻质垃圾热解产物数据 序号 蜡状产物 热解油 残渣 质量 百分比 热值(kcal/kg)质量 百分比 热值(kcal/kg)质量 百分比 热值(kcal/kg)1 14.97%9400 9.23%10400 64.60%648 2 9.26%9500 14.20%10605 58.93%610 3 21.88%8740 7.68%10200 60.73%639 4 14.81%8614 5.45%10500 64.29%687 5 9.94%9714 6.59%10453 67.80%767 平均值
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