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城市生活垃圾催化气化制取燃气的实验研究

作　者: 刘建军
导　师: 李建芬
学　校: 武汉工业学院
专　业: 生物化工
关键词: 催化气化城市生活垃圾燃气镍铁氧体镍基催化剂
分类号: X799.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-34
  1.1 引言  12
  1.2 城市生活垃圾的现状  12-15
    1.2.1 城市生活垃圾的来源与分类  12-13
    1.2.2 城市生活垃圾的产量与特点  13-15
  1.3 城市生活垃圾的危害  15-16
  1.4 国内外生活垃圾的处理技术  16-19
    1.4.1 填埋法  16-17
    1.4.2 堆肥法  17-18
    1.4.3 焚烧法  18
    1.4.4 热解法  18
    1.4.5 固体燃料化技术（RDF）  18-19
  1.5 垃圾气化技术研究现状  19-31
    1.5.1 垃圾气化的基本原理  19-20
    1.5.2 焦油裂解催化剂的研究进展  20-31
  1.6 本文的研究背景、意义与研究内容  31-34
    1.6.1 研究背景与意义  31-33
    1.6.2 研究内容  33-34
第2章镍铁氧体纳米晶体的制备与表征  34-44
  2.1 实验部分  34-36
    2.1.1 主要试剂与仪器  34-35
    2.1.2 实验步骤  35
    2.1.3 产品及其前驱体的表征  35-36
  2.2 结果与讨论  36-43
    2.2.1 沉淀和煅烧过程工艺条件分析  36-40
    2.2.2 前驱体及产品的分析与表征  40-43
    2.2.3 反应机理分析  43
  2.3 小结  43-44
第3章镍基催化剂的制备与表征  44-55
  3.1 Ni-Fe/γ-Al_20_3 催化剂的制备与表征  45-48
    3.1.1 主要试剂  45
    3.1.2 实验仪器  45
    3.1.3 实验步骤  45-46
    3.1.4 催化剂的分析表征  46-48
  3.2 Ni-Co/γ-Al_20_3 催化剂的制备与表征  48-51
    3.2.1 主要试剂  48
    3.2.2 实验仪器  48-49
    3.2.3 实验步骤  49
    3.2.4 催化剂的分析表征  49-51
  3.3 Ni-Ce/γ-Al_20_3 催化剂的制备与表征  51-54
    3.3.1 主要试剂  51
    3.3.2 实验仪器  51
    3.3.3 实验步骤  51-52
    3.3.4 催化剂的分析表征  52-54
  3.4 小结  54-55
第4章城市生活垃圾催化气化的实验研究  55-67
  4.1 实验部分  55-59
    4.1.1 实验原料  55-57
    4.1.2 催化剂  57
    4.1.3 实验装置与方法  57-59
    4.1.4 分析与测试方法  59
  4.2 结果与讨论  59-66
    4.2.1 催化剂的影响  59-63
    4.2.2 催化温度的影响  63-64
    4.2.3 水蒸气物料比的影响  64-65
    4.2.4 原料粒径的影响  65-66
  4.3 小结  66-67
第5章结论与展望  67-70
  5.1 结论  67-68
  5.2 创新点  68
  5.3 展望  68-70
参考文献  70-80
致谢  80-81
攻读学位期间的研究成果  81

城市生活垃圾催化气化制取燃气的实验研究

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