【摘 要】
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随着中药行业不断发展,中药渣全国年排放量已超过6000万吨,且逐年增加,中药渣污染问题亟需解决。与常用的堆肥处理等方式相比,热解技术能够实现中药渣的无害化处理和能源回收利用。本研究重点关注中药渣热解处理技术,探究热解参数对产物(可燃气、生物油、焦炭)产率、组分及热值的影响,优化热解工艺,追踪与评估热解过程中污染物释放特性。热失重分析表明中药渣的主要热失重范围为650℃~850℃。基于此,选取原料含
【基金项目】
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科技部重点研发项目《移动式垃圾快速减量与污染控制技术装备》2019YFD1100305;
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随着中药行业不断发展,中药渣全国年排放量已超过6000万吨,且逐年增加,中药渣污染问题亟需解决。与常用的堆肥处理等方式相比,热解技术能够实现中药渣的无害化处理和能源回收利用。本研究重点关注中药渣热解处理技术,探究热解参数对产物(可燃气、生物油、焦炭)产率、组分及热值的影响,优化热解工艺,追踪与评估热解过程中污染物释放特性。热失重分析表明中药渣的主要热失重范围为650℃~850℃。基于此,选取原料含水率(79%、59%、41%、21%、7%)、热解终温(650℃、700℃、750℃、800℃、850℃)、升温速率(4℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min)三个参数并对其进行最优化研究。利用气相色谱分析、气质联用分析、X射线能谱仪成分分析(EDS)、X射线荧光光谱分析(XRF)、X射线光电子能谱分析(XPS)、卡尔费休法等技术探究热解产物成分、产率及热值的变化规律,探明碱金属的自催化作用、氮元素含量及赋存形态。利用Table Curve非线性拟合实验数据,结合Matlab对最佳热解条件进行预测。研究结果表明,降低含水率、提高温度、增加升温速率有助于热解反应进行,最适宜的热解条件值为热解终温800℃、含水率7%、升温速率15℃/min。其中,降低原料含水率(由79%至7%)可提高热解气体产率,并提高可燃气热值(约8%)。在650℃~850℃范围中升高温度有利于热解过程,可提升热解效率及可燃气品质,可燃气热值提高约25%。提高升温速率(由4℃/min提高至20℃/min)有助于促进热解过程中氮元素向可燃气中迁移,氮元素含量由10.88%上升至23.18%。此外,通过烘干的方式减少中药渣中部分碱金属含量(主要为K、Mg),能够削弱原料的自催化作用、促进氮元素向生物油中迁移。利用Aspen Plus模拟软件,建立中药渣热解模型。通过与实验数据对比,组分含量的模拟结果能够将误差控制在10%以内,模拟结果可靠性良好。利用模型预测生物油中水含量,发现升高热解终温会增加生物油水含量;降低中药渣含水率一定程度上减少生物油中的水含量,可有效提高热值,为进一步利用生物油提供理论基础。
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