不同种类污泥超临界水气化条件下催化产氢关键问题及机理研究

基于国家"十一五"规划关于污泥资源化利用和清洁可再生能源开发的政策视角，本项目旨在利用超临界水气化工艺，对城市污水厂产生的不同种类污泥进行气化产氢研究。拟在超临界水条件下，通过对不同种类污泥在该工艺下产氢的影响因素及操作参数的研究，优化产氢工艺参数；通过提取污泥中典型的有机化合物，对单一化合物的气化产氢机理及动力学参数进行探讨；并首次考虑了污泥中典型的无机金属化合物对产氢的影响，研究了其在整个产氢工艺中的作用；利用污泥热解固体产物开发出适用于污泥超临界水气化产氢的催化剂；结合催化剂及金属盐对产氢的影响，探讨典型有机化合物的气化产氢机理，并对污泥超临界水气化产氢工艺的机理及动力学参数进行理论研究，给出整个工艺的最适宜操作参数及操作条件。

城市污水处理厂污泥在超临界水(SCW)中反应，不仅可以产生富含可燃气体的合成气体及油类物质，还可以解决污泥处理处置的难题。本项目证明了污水厂污泥在超临界水中反应产可燃气体及油类物质的可行性。在对污泥的组成特征、热解特征、燃烧特征以及动力学特征研究的基础上,得到了污泥组成的基本数据,病对污泥热解后重金属的形态分布进行了有效的研究，同时对污泥的热解和燃烧动力学规律进行了探索；在此基础上，对污泥超临界气化反应参数影响因素进行了研究，其中重点对温度（350℃～425℃）、停留时间（10min～50min）、初始浓度(5wt.%～25wt.%)进行了实验。结果表明，温度对反应的影响最大，气体产物的组成为CH4、 CO、CO2 、C2H4等。在400℃,停留时间30min，初始浓度10wt.%时，得到最大产气量1.91mol/(kg干污泥)。由于污泥化学成分复杂，实验虽然得到一定结果，但未达到最佳。据此对适当添加催化剂（K2CO3），以为反应提供一条能垒较低的反应途径进行了研究，并分析了其催化机理。当K2CO3添加量为3.4g，温度400℃,停留时间30min，初始浓度10wt.%,产气量7.42mol/(kg干污泥)，而产（重）油率最高可达27.4 wt.%，结果较为理想。通过对NaOH、椰壳活性炭及污泥基活性炭的催化研究，首次发现污泥热解后所得到的污泥基活性炭对反应有较好的催化效果，并分析了其回收利用性。基于此，对不同热解条件制备的污泥基活性炭进行了实验研究，以寻求高效、经济的催化剂，并进行后续的相关实验。