摘要：在小型外熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)式(shi)固定(ding)床實(shi)(shi)驗臺上，對塑料垃圾進(jin)行高溫熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)實(shi)(shi)驗研究。研究主要針對不同的(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終溫，目(mu)的(de)是(shi)弄清熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)過程(cheng)的(de)規律、熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)溫度對熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)產(chan)物(wu)的(de)影(ying)響、熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終溫和產(chan)氣量及氣體成分(fen)的(de)組分(fen)之間的(de)關系。尤其研究了在熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)解(jie)(jie)(jie)處于末期的(de)時候，強化水煤氣反應對結果的(de)影(ying)響。

關鍵詞：垃圾(ji), 熱(re)解(jie), 外熱(re)式熱(re)解(jie)爐(lu), 二惡(e)英

垃(la)(la)圾熱(re)解氣化(hua)技(ji)術(shu)是近幾年(nian)來(lai)世界各國為解決垃(la)(la)圾焚燒(shao)過程中產(chan)生二(er)惡英類(lei)毒性物質問(wen)題(ti)而提出的一種新技(ji)術(shu)，熱(re)解技(ji)術(shu)。

是(shi)(shi)指在(zai)無(wu)氧(yang)或缺氧(yang)條件(jian)下，高溫加熱有(you)機物(wu)，使(shi)有(you)機物(wu)的大(da)分子裂解成為(wei)小分子直(zhi)到變(bian)為(wei)氣(qi)體，從而獲(huo)得可燃氣(qi)體以及少(shao)量油(you)品的技(ji)術(shu)[1]。目前被(bei)廣泛認為(wei)是(shi)(shi)21 世(shi)紀的新(xin)型(xing)垃圾處理技(ji)術(shu)。

筆(bi)(bi)者(zhe)在小型外熱(re)(re)式固定床(chuang)實驗臺上，以(yi)醫療廢棄(qi)物中(zhong)的(de)(de)輸液袋和一次(ci)性針管為實驗材料，進(jin)行了(le)(le)高溫(wen)熱(re)(re)解(jie)實驗研究(jiu)(jiu)。主要(yao)針對不同(tong)的(de)(de)熱(re)(re)解(jie)終溫(wen)，研究(jiu)(jiu)了(le)(le)熱(re)(re)解(jie)過(guo)程的(de)(de)規(gui)律。對熱(re)(re)解(jie)過(guo)程規(gui)律的(de)(de)研究(jiu)(jiu)，國內的(de)(de)許多(duo)研究(jiu)(jiu)者(zhe)都做了(le)(le)許多(duo)工作(zuo)[2-3]，但對強化水(shui)煤氣(qi)反應的(de)(de)研究(jiu)(jiu)還不多(duo)見，所(suo)以(yi)筆(bi)(bi)者(zhe)對原有實驗臺進(jin)行了(le)(le)改進(jin)，在密封蓋上增加了(le)(le)一個(ge)壓(ya)力(li)噴(pen)嘴，研究(jiu)(jiu)了(le)(le)在熱(re)(re)解(jie)處于末期的(de)(de)時候(hou)，強化水(shui)煤氣(qi)反應對結(jie)果的(de)(de)影響(xiang)。得到(dao)了(le)(le)一些有益(yi)的(de)(de)結(jie)論。

1 實驗裝置與實驗方法

本實驗的裝置如下圖1 所示。

工(gong)作(zuo)原理是(shi)：垃圾在(zai)熱(re)解爐中經過高溫加熱(re)，由 CO、CO2、H2、CH4、C2H4 與C2H6 組成的(de)熱(re)解氣(qi)體被(bei)析出。氣(qi)體經冷(leng)凝管冷(leng)凝，高溫氣(qi)體得到冷(leng)卻(que)，冷(leng)凝下的(de)焦(jiao)油由焦(jiao)油收集(ji)(ji)瓶收集(ji)(ji)。這樣較(jiao)為干凈的(de)氣(qi)體可(ke)以(yi)(yi)通過氣(qi)體流量計(ji)來計(ji)算流量，部分(fen)氣(qi)體可(ke)以(yi)(yi)由集(ji)(ji)氣(qi)囊收集(ji)(ji)進(jin)行檢測，殘余氣(qi)體流經燃燒嘴燒掉(diao)。

用(yong)(yong)電子稱(cheng)稱(cheng)量(liang)(liang)(liang)待熱(re)解塑(su)料，放入熱(re)解實驗(yan)(yan)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)(de)熱(re)解爐(lu)內；連接管道，安裝(zhuang)(zhuang)壓力(li)表(biao)、熱(re)電偶等儀表(biao)；運行電加熱(re)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)；按(an)實驗(yan)(yan)計(ji)劃讀(du)流量(liang)(liang)(liang)表(biao)讀(du)數、瞬(shun)時產氣(qi)(qi)量(liang)(liang)(liang)、各(ge)熱(re)電偶讀(du)數、電表(biao)讀(du)數，觀(guan)測(ce)到出氣(qi)(qi)量(liang)(liang)(liang)較大時，使用(yong)(yong)氣(qi)(qi)囊收集產生的(de)(de)氣(qi)(qi)體送氣(qi)(qi)相(xiang)色譜儀處檢(jian)測(ce)氣(qi)(qi)體組(zu)分(fen)含(han)量(liang)(liang)(liang)百分(fen)比，記(ji)錄(lu)多次測(ce)量(liang)(liang)(liang)值后(hou)求平均(jun)值；通過流量(liang)(liang)(liang)計(ji)觀(guan)察，待幾乎沒有氣(qi)(qi)體產生時停止加熱(re)；實驗(yan)(yan)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)徹(che)底冷卻后(hou)，拆卸實驗(yan)(yan)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，稱(cheng)量(liang)(liang)(liang)燒瓶中(zhong)焦油的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)、熱(re)解爐(lu)中(zhong)殘碳的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)；整理(li)實驗(yan)(yan)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)；處理(li)數據。

2 實驗結果與討論

2.1 熱解終溫對產氣量及瞬時產氣量的影響

從圖(tu)2 中可(ke)以看到(dao)，垃圾在(zai)高溫(wen)(wen)加(jia)(jia)熱(re)的情況(kuang)下，揮發(fa)出(chu)可(ke)燃氣(qi)(qi)(qi)體的體積隨著溫(wen)(wen)度的升(sheng)高而增加(jia)(jia)。從 600℃~750℃這個(ge)溫(wen)(wen)度區間內，揮發(fa)出(chu)的可(ke)燃氣(qi)(qi)(qi)體體積增加(jia)(jia)顯著，說(shuo)明這個(ge)溫(wen)(wen)度段是垃圾熱(re)解變化最為劇烈的階段。750℃之(zhi)后(hou)，氣(qi)(qi)(qi)體產量沒有明顯的增加(jia)(jia)。

瞬(shun)(shun)時(shi)(shi)(shi)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)是熱解(jie)(jie)(jie)(jie)過程中各個(ge)時(shi)(shi)(shi)刻物料的(de)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)，從(cong)(cong)圖3 中可(ke)以看出，熱解(jie)(jie)(jie)(jie)初期的(de)瞬(shun)(shun)時(shi)(shi)(shi)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)都比較(jiao)小，到某一時(shi)(shi)(shi)刻后突然(ran)變(bian)大(da)。熱解(jie)(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫在500℃和 600℃時(shi)(shi)(shi)，瞬(shun)(shun)時(shi)(shi)(shi)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)逐漸增大(da)，但增長(chang)緩慢；而熱解(jie)(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫在700℃和800℃時(shi)(shi)(shi)，瞬(shun)(shun)時(shi)(shi)(shi)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)增大(da)明顯(xian)。說明溫度較(jiao)高時(shi)(shi)(shi)，未斷裂(lie)的(de)大(da)分子物質在高溫的(de)作用下(xia)分解(jie)(jie)(jie)(jie)揮(hui)發；同時(shi)(shi)(shi)揮(hui)發分中大(da)分子會發生二次反應，裂(lie)解(jie)(jie)(jie)(jie)為小分子氣(qi)體。從(cong)(cong)圖上也可(ke)以看出，最大(da)瞬(shun)(shun)時(shi)(shi)(shi)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)都產(chan)(chan)生在熱解(jie)(jie)(jie)(jie)開(kai)始的(de)15～30min 之間，這個(ge)時(shi)(shi)(shi)間段內是熱解(jie)(jie)(jie)(jie)反應最激烈的(de)時(shi)(shi)(shi)間。

2.2 熱解終溫對產氣成分的影響

對熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)過程中(zhong)熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)組分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)變化(hua)進(jin)行研究的(de)(de)(de)結果表明(ming)，隨(sui)著熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)升高，小分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)烯烴(jing)、烷(wan)烴(jing)類(lei)的(de)(de)(de)有機物氣(qi)(qi)(qi)體(ti)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)逐漸增(zeng)大。這(zhe)說(shuo)明(ming)其熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)越高，發生(sheng)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)裂解(jie)(jie)(jie)反(fan)應(ying)越多越深入(ru)，垃圾的(de)(de)(de)有效(xiao)熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)也越充分(fen)(fen)(fen)。一氧(yang)(yang)化(hua)碳和(he)二氧(yang)(yang)化(hua)碳的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)比較(jiao)復雜。在(zai)(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)(wen)度(du)(du)會(hui)(hui)生(sheng)成較(jiao)多的(de)(de)(de)一氧(yang)(yang)化(hua)碳。當溫(wen)(wen)度(du)(du)繼續升高，一氧(yang)(yang)化(hua)碳和(he)某些中(zhong)間產(chan)(chan)物會(hui)(hui)發生(sheng)反(fan)應(ying)，使一氧(yang)(yang)化(hua)碳的(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)減少。但是在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)階(jie)段(duan)，隨(sui)著大分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)斷(duan)裂和(he)水(shui)煤氣(qi)(qi)(qi)還原反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)進(jin)行，一氧(yang)(yang)化(hua)碳的(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)又(you)會(hui)(hui)增(zeng)加。不可燃的(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)化(hua)碳含量(liang)(liang)(liang)基本(ben)上會(hui)(hui)隨(sui)著熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)升高而(er)呈現下降的(de)(de)(de)趨(qu)勢。當熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)低(di)于(yu)650℃，CH4、 C2H4 與C2H6 的(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)先隨(sui)著爐溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)升高而(er)上升，隨(sui)著熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)提高，垃圾終(zhong)(zhong)大分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)物質(zhi)得到(dao)裂解(jie)(jie)(jie)，產(chan)(chan)生(sheng)了更(geng)多的(de)(de)(de)烷(wan)烴(jing)類(lei)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)。但溫(wen)(wen)度(du)(du)再升高后(hou)(hou)，烷(wan)烴(jing)類(lei)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)卻沒(mei)有再增(zeng)加，到(dao)750℃后(hou)(hou)，烷(wan)烴(jing)類(lei)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)還會(hui)(hui)降低(di)，這(zhe)主(zhu)要是當溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)高后(hou)(hou)，水(shui)煤氣(qi)(qi)(qi)反(fan)應(ying)比較(jiao)明(ming)顯(xian)，增(zeng)加了H2 和(he)CO 的(de)(de)(de)產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)，由圖可以(yi)看(kan)出熱(re)(re)解(jie)(jie)(jie)終(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)在(zai)(zai)650℃以(yi)后(hou)(hou)H2 產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)明(ming)顯(xian)增(zeng)加。

2.3 水煤氣反應對實驗結果的影響

在熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)過(guo)程的(de)(de)末期，通過(guo)熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)爐密(mi)封蓋上的(de)(de)噴(pen)嘴向熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)爐內噴(pen)入霧狀水，分析(xi)了水煤(mei)氣反應對實驗結果的(de)(de)影(ying)響(xiang)，由(you)圖(tu)5 可以看出，在不同的(de)(de)熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)溫度下，強(qiang)化水煤(mei)氣反應均使得熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)氣產(chan)(chan)量增(zeng)加(jia)，尤其當熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)溫度大于650℃以后，熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)氣的(de)(de)產(chan)(chan)量明顯增(zeng)加(jia)，例(li)如在 700℃時熱(re)(re)(re)解(jie)(jie)氣產(chan)(chan)量由(you)187L/kg 增(zeng)加(jia)到(dao)215L/kg。

由圖6 可以看出不(bu)同熱(re)解溫(wen)度下強(qiang)化水(shui)煤(mei)氣反應(ying)對氣體(ti)組分的(de)影(ying)響，在圖中隨(sui)著熱(re)解溫(wen)度的(de)增加，特別是當熱(re)解溫(wen)度大(da)于650℃以后H2 和CO 的(de)所(suo)占百分比明(ming)顯增加。所(suo)以強(qiang)化水(shui)煤(mei)氣反應(ying)有利于熱(re)解氣產量的(de)增加。

3 結論

通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)數(shu)據的分(fen)析(xi)可以得到如下結論(lun)。

（1）熱解(jie)氣(qi)產(chan)量(liang)隨熱解(jie)溫度的(de)提高而(er)增加，熱解(jie)氣(qi)的(de)瞬時產(chan)量(liang)的(de)最大值主要集中在熱解(jie)反應的(de)15～ 30min 內(nei)。

（2）隨(sui)著熱(re)解(jie)(jie)溫(wen)度的(de)升高，熱(re)解(jie)(jie)氣體(ti)中CO2 含量(liang)(liang)逐漸(jian)降低而熱(re)解(jie)(jie)終(zhong)溫(wen)650℃以后H2 產(chan)量(liang)(liang)明顯(xian)增(zeng)加。（3）強化水煤氣反應會增(zeng)加熱(re)解(jie)(jie)氣的(de)產(chan)量(liang)(liang)，特(te)別是中高溫(wen)熱(re)解(jie)(jie)的(de)情況下H2 和(he)CO 的(de)所(suo)占(zhan)百分比明顯(xian)增(zeng)加。

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