Na盐调质的烘焙-气化处置厨余垃圾的研究

The torrefaction-gasification of kitchen waste was proposed as one of new utilization method base on its characteristics of high moisture content, high oxygen content, high Na salts contents and low calorific value. Firstly, the torrefaction experiment of kitchen waste loaded by different Na salts was carried out at 200-300℃ in a fix-bed reactor. The effects of torrefaction temperature and reaction time on the H/C and O/C ratios of the torrefied sample were investigated. The gasification experiment of torrefied kitchen waste was then carried out in a gasifier reactor. The effects of torrefaction operating parameters on gasification were detailed evaluated. Based on the experimental method of chemical sequential extraction and the theory method of quantum chemical calculation, the release behaviour and chemical transformation of Na were investigated systematically. To increase the gasification rate and the reactivity of gasified char, the content and chemical form of Na salts in both torrefied and gasified char were regulated based on the various Na salts pretreatment of raw kitchen waste.

针对厨余垃圾高水分、高氧含量、高Na盐分、低热值的特点，本项目提出了一种烘焙-气化处置厨余垃圾的新方法。通过开展添加不同Na盐典型厨余样品的烘焙实验，深入研究烘焙温度（200-300℃）、反应时间对厨余样品元素组分特性（H/C和O/C比率等）的影响；深入研究不同初始化学形态的Na盐在烘焙过程中的释放规律及化学转化规律。开展不同厨余烘焙样品的气化实验，深入研究烘焙过程对厨余气化的影响；借助化学逐级提取的实验方法和量子化学计算的理论方法，深入研究Na盐在烘焙-气化过程中的实时迁移转化规律。通过对厨余样品中Na盐含量和化学形态的预先调质，调控烘焙厨余及气化厨余中Na的含量和化学形态，使之有利于后期的气化并保持气化后厨余焦具有较高的反应性，以达到气化厨余并同时制备活性焦的目的。

针对厨余垃圾高水分、高氧含量、高Na盐分、低热值的特点，以大米、猪肉、菜叶以及瓜皮为典型厨余代表，采用烘焙-气化处置技术对其进行处置研究。结果表明，烘焙能有效改善厨余垃圾的燃料特性，降低O/C比和H/C比，提升热值，且280℃是一个厨余垃圾烘焙提质较为合理的温度；在脱挥发分阶段，烘焙均会导致厨余垃圾热解气产率的下降，且对大米样品的影响最为明显，其次是瓜皮和菜叶，最后是猪肉。对于热解气组分，烘焙大米热解气中H2、CO以及C2H4产率明显低于原样。烘焙猪肉热解气中CH4、H2和C2H4产率在>700℃时要高于原样。菜叶和瓜皮热解气中CO、CH4和C2H4产率要低于原样；在气化阶段，大米和猪肉烘焙样更适合于高温气化（>900℃），此时能够获得更高的CGE，且合成气更有利于后续化工产品的合成；而菜叶和瓜皮烘焙样更适合于相对更低的气化温度（如800℃），此时同样能够获得更高的CGE，且合成气中H2含量高达55%左右，但对后续化工产品的合成有一定影响。.此外，进一步研究了不同化学形态的钠在淀粉厨余烘焙-气化过程中的迁移转化规律。实验结果表明，淀粉厨余中的少部分钠（＜10%）会在烘焙过程中释放，绝大部分钠（＞70%）会在气化阶段释放；不同化学形态钠的释放量具有以下顺序：Na-exchanged（离子交换态钠样品）＞NaB-loaded（苯甲酸钠添加样品）＞Na2CO3-loaded（碳酸钠添加样品）＞NaCl-loaded（氯化钠添加样品）；烘焙阶段，部分水溶态的钠（Na2CO3）和醋酸铵溶态的钠之间会发生相互转化，例如在300℃的Na2CO3-loaded焦样中有37.3%的醋酸铵溶态钠生成，而在300℃的Na-exchanged焦样中有18.3%的水溶态钠生成。同时，少量的水溶态和醋酸铵溶态的钠会转化为酸溶态和稳定态的钠。.最后，进一步研究了不同化学形态的钠对淀粉厨余烘焙-气化过程的影响。钠能促进气化过程液态产物的减少和气态产物的增加；不同化学形态钠的影响规律是类似的，其中羧酸态钠的影响程度大于水溶态钠的。