多相流态化体系下碱性有机废液/褐煤蒸发吸附负载机制及气化特性研究

The principal problems during the combustion of alkaline organic wastewater in fluidized bed incinerator are agglomeration, slugging and fluidization failure. Following our previous research, a novel process is proposed, with syngas production from co-gasification of alkaline organic wastewater (AOW) and brown coal (BC), separation ash with low melting point, and complete burnout of organic matters. The mixing, adsorption and loading characteristics of AOW and BC are investigated, together with the mechanism on interactions among various particles under multi-phase fluidization. Independent and synergetic effects of organic matters, volatile, coal char, ash and alkali mental species are analyzed, to achieve the catalytic mechanism on co-gasification of AOW and BC. Operation conditions for higher conversion efficiency are optimized by gasification experiments of the model organic components and real AOW. The research forms the fundamental basis of the hazardous waste treatment and brown coal’s high-value utilization.

由于所含碱金属化合物的低灰熔点特性，碱性有机废液在流化床焚烧处理过程中存在着严重的结焦结渣与流化失效的问题。本课题在前期工作的基础上，提出碱性有机废液/褐煤低温共气化制合成气+低熔点碱灰分离+高温焚烧有机物彻底分解的处理工艺；研究废液蒸发过程中碱性化合物与褐煤的混合吸附负载特性，探索多相流态化条件下不同颗粒之间的相互作用机理；研究废液/褐煤共气化过程的催化转化机制，探索有机物、挥发分、煤焦、灰分和碱金属成分的协同作用机理；通过模型化合物及真实废液的气化实验，优化反应条件，获取最佳转化效率。本课题为实现危险废弃物处理及低阶燃料高值化利用奠定重要的基础。

由于所含碱金属化合物的低灰熔点特性，碱性有机废液在流化床焚烧处理过程中存在着严重的结焦结渣与流化失效的问题。本课题提出了碱性有机废液/褐煤低温共气化制合成气+低熔点碱灰分离+高温焚烧有机物彻底分解的处理工艺；构建了具有催化效应的流化床气化模型，获取了废液碱催化煤气化的最优反应条件以及热量自给和燃烧供热系统的最优参数；找到了乙醇分子在不同还原程度的铁基载氧体表面上的吸附特性和分解反应路径，明确了在乙醇化学链重整中H2、CH4、乙烯、甲醛、乙醛和CO等产物的生成机理，获取了含乙醇有机废液化学链重整制氢的最优反应工况；明确了煤与含Na+有机废液共气化反应机理，找到了Na、煤分子、水分子间的相互作用机制，得到了碱性有机废液与煤共气化反应的最优反应工况，完成了两种不同负载模式（酚类基团负载与石墨间层游离态负载）的含Na+煤焦模型的建立，并找到了最优反应路径；分别得到了含碳酸钾乙醇废液驱动生物质化学链气化和含硝酸钾乙酸废液驱动生物质化学链气化的最优反应工况，计算得到了自热循环过程的吸放热量，比较了反应速率的差异，明确了废液对载氧体的影响机制；分别得到了有机钠盐和无机钠盐负载的褐煤气化和不同浓度的乙醇废液驱动不同种类钠盐负载的褐煤进行共气化的最优反应工况，构建了了三种不同的动力学模型，明确了钠盐种类以及废液浓度对气化的影响机制。本课题为实现危险废弃物处理及低阶燃料高值化利用奠定了重要的基础。