基于化学链制氢技术处理城市污泥的基础研究

作     者：李建设 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆利明;李先春

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：污泥 化学链制氢 玉米芯 双塔板反应器 Cu-Fe载氧体 

摘      要：污泥是污水处理的副产品,是复杂的异相混合物。我国污泥的产量较大,因此处理污泥迫在眉睫。热化学处理污泥可以得到纯净的能源氢气,可用于航空航天,汽车燃料等。氢能具有清洁无污染、热值高和来源广泛等优点,被认为是未来最有希望的能源之一。化学链制氢技术具有低能耗、低污染物排放等优点,因此,本文利用化学链制氢技术处理污泥进行基础实验研究。通过玉米芯与污泥掺混作为燃料,在双塔板式固定床反应器中利用Cu-Fe双金属载氧体进行了化学链制氢的可行性研究。探究了污泥与玉米芯比例、以及燃料与载氧体的质量比对化学链制氢效果的影响,结果表明当污泥与玉米芯比例为1:1、燃料与载氧体质量比为1:7时,可以达到较好的制氢效果。通过XRD分析,反应后的载氧体有低价态的金属氧化物生成,SEM表征后的载氧体未发现有烧结现象。通过单一变量的方法,改变水蒸气含量、载气流量、燃料粒径、反应温度和玉米芯与污泥的掺混比例等反应条件,得出最佳的反应体系:水蒸气含量38%,载气流量200mL/min,燃料粒径0.075-0.125mm,反应温度900℃以及污泥与玉米芯质量比2:1。十次循环反应后,Cu-Fe载氧体的表面形貌没有发生明显的烧结现象,特性较为稳定。制氢过程中,积碳现象影响了氢气的纯度。通过实验表明,这是因为还原阶段燃料热解气化产生的焦油所致,对还原反应后的载氧体在实验温度为900℃,惰性气氛为Ar下分别进行15min和30min的处理后,氢气的纯度可提高到90.23%和93.67%,比未处理时分别提高了 1.26倍和1.31倍。利用玉米芯半焦代替玉米芯与污泥进行掺混,可以减少焦油对反应过程的影响。