城市生活垃圾催化气化制取燃气的实验研究

论文摘要

随着社会经济的发展和城市化进程的加快,城市生活垃圾的增长速度及其数量也在不断的加快。传统的生活垃圾处理技术主要包括填埋、堆肥、焚烧等,但这些方法都存在一定的弊端和二次污染问题。而垃圾气化处理技术,由于具有污染物排放低、显著的减量减容性以及产生可燃气体等优点,被认为是焚烧处理最具有潜力的替代技术,逐渐成为新的研究热点。本文采用均匀沉淀法制备镍铁氧体复合晶体,探讨了反应物配比、反应温度和时间、煅烧温度等因素对制备工艺的影响,确定复合晶体制备的最佳工艺条件;采用XRD、FTIR、SEM等表征手段对复合晶体进行分析表征。分析结果表明,所得产品为NiFe2O4、NiO复合纳米晶体,结晶完整,粒度均匀,属立方晶系尖晶石结构,平均粒径约为52nm。同时,探讨了沉淀和煅烧反应过程中各因素对产品产率及平均粒径的影响,实验得出制备复合晶体的最佳工艺条件为:反应物镍铁盐比例n（Ni）/n（Fe）为3:1,沉淀反应温度和时间分别为110℃和2.0h,煅烧温度600℃。采用沉积沉淀法制备Ni-Fe/γ-Al2O3,Ni-Co/γ-Al2O3,Ni-Ce/γ-Al2O3等3种镍基催化剂,采用XRD、FTIR、SEM等表征手段对催化剂进行分析表征,并将催化剂用于城市生活垃圾催化气化产品气中焦油的裂解和重整,对催化剂的催化性能进行测试和比较。在固定床反应装置上,采用自制的镍基催化剂,对城市生活垃圾裂解气化进行研究,探讨了催化剂、气化炉温度、水蒸气物料比（S/M）、原料粒径等因素对产气特性的影响,对生成气体的产率和成分进行分析,确定催化气化的最佳工艺条件。实验结果表明,生活垃圾催化气化所得产品气的主要成分为H2、CO、CH4和CO2等,镍基催化剂能有效促进焦油的裂解、改善气体的品质,自制的3种镍基催化剂的催化效果为:Ni-Fe/γ-Al2O3﹥Ni-Ce/γ-Al2O3﹥Ni-Co/γ-Al2O3,其中Ni-Fe/γ-Al2O3催化剂在800℃时焦油的去除率达到99%,H2产率最高可达到56%;温度是影响气体产率和品质的重要因素,温度越高,H2含量和气体产率越高;水蒸气的引入能提高气体品质和产率,但是过多的水蒸气会降低气化温度,从而降低气体的品质,实验条件下水蒸气物料比（S/M）最佳比值是1.33;原料粒径同样是影响气体产率和组分的重要因素,粒径越小,产品气的品质和H2含量越高。同时,对城市生活垃圾催化裂解和气化、水蒸气重整制取富氢燃气的反应机理进行了初步分析和研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 城市生活垃圾的现状
• 1.2.1 城市生活垃圾的来源与分类
• 1.2.2 城市生活垃圾的产量与特点
• 1.3 城市生活垃圾的危害
• 1.4 国内外生活垃圾的处理技术
• 1.4.1 填埋法
• 1.4.2 堆肥法
• 1.4.3 焚烧法
• 1.4.4 热解法
• 1.4.5 固体燃料化技术（RDF）
• 1.5 垃圾气化技术研究现状
• 1.5.1 垃圾气化的基本原理
• 1.5.2 焦油裂解催化剂的研究进展
• 1.6 本文的研究背景、意义与研究内容
• 1.6.1 研究背景与意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 镍铁氧体纳米晶体的制备与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要试剂与仪器
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 产品及其前驱体的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 沉淀和煅烧过程工艺条件分析
• 2.2.2 前驱体及产品的分析与表征
• 2.2.3 反应机理分析
• 2.3 小结
• 第3章 镍基催化剂的制备与表征
• 20₃ 催化剂的制备与表征'>3.1 Ni-Fe/γ-Al₂0₃催化剂的制备与表征
• 3.1.1 主要试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 催化剂的分析表征
• 20₃ 催化剂的制备与表征'>3.2 Ni-Co/γ-Al₂0₃催化剂的制备与表征
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 催化剂的分析表征
• 20₃ 催化剂的制备与表征'>3.3 Ni-Ce/γ-Al₂0₃催化剂的制备与表征
• 3.3.1 主要试剂
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 实验步骤
• 3.3.4 催化剂的分析表征
• 3.4 小结
• 第4章 城市生活垃圾催化气化的实验研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 催化剂
• 4.1.3 实验装置与方法
• 4.1.4 分析与测试方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 催化剂的影响
• 4.2.2 催化温度的影响
• 4.2.3 水蒸气物料比的影响
• 4.2.4 原料粒径的影响
• 4.3 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果