烟梗低温热解过程中焦油脱除与钾元素迁移的研究

作     者：邹振宇 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘清雅

授予年度：2024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）] 08[工学] 

主      题：烟梗废弃物 焦油去除 电感热解 燃烧 钾元素迁移 

摘      要：本研究针对烟草工业中大规模热解处理烟梗（TS）废物所遇到的问题,提出了两种不同的两段热处理方法。这两种方法分别为电感加热条件下两段热裂解和电阻炉加热条件下两段热解-燃烧,以解决钾迁移导致残焦肥力下降且腐蚀设备和焦油堵塞管路的问题。 在电感加热条件下,研究了第一段烟梗热解温度（350-800℃）和第二段挥发分裂解温度（500-960℃）对产物分布和热解性能的影响。结果表明,烟梗热解在350-800℃时的焦油收率均不超过7 wt.%,当挥发分裂解温度达到750℃时,焦油收率可降至低于1 wt.%;此时CO与H2的体积之和占总气体体积的55 vol.%。 在电阻炉加热条件下,研究了第一段烟梗热解温度（400℃）、第二段燃烧温度（0-700℃）以及不同反应条件（氧气浓度,氧气流量以及挥发分在第二段的停留时间）对产物分布和反应进程的影响。结果表明,当第二段温度为650℃,氧气流量为12 ml/min,挥发分在第二段的停留时间约为211 s时,焦油收率可降至1 wt.%;另外,该工艺条件下每千克烟梗热解吸收热量2846.7 k J,而产生挥发分燃烧释放热量为5826.7 k J。 利用ICP-MS技术,对两种不同供热方式在各个热解温度下的残焦进行了钾元素含量的分析。结果表明,当热解温度低于500℃时,钾元素在不同加热方式下的迁移并无显著差异。具体来说,当温度低于450℃时,钾元素的释放量小于20%;当温度低于400℃时,释放量则小于10%。 总结来说,这两种工艺条件都能在第二阶段温度低于750℃的情况下有效去除焦油并破坏烟梗结构。同时,在第一阶段,由于烟梗热解温度低于450℃,钾元素的释放量控制在20%以下。本研究首次探索了电感加热技术在烟梗焦油热裂解过程中的应用,实验结果揭示了电感加热作为一种新型、高效、节能且环保的供热方式,在热解气化领域具有广阔的应用前景;此外,热解—燃烧工艺能够在脱除焦油的同时实现挥发分燃烧和原料热解的热量循环。这些研究成果将推动烟梗的资源化利用,为烟草工业废物管理提供新的思考方向。