多孔氧化铝床料抑制垃圾焚烧过程PAHs生成机理的研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) are a group of persistent organic pollutants and have adverse effects on human health. PAHs are formed by hydrocarbon compounds during the incomplete combustion of fuel. On the basis of the analysis of PAHs formation mechanism and our previous experimental results(porous alumina bed material can effectively suppressing hydrocarbon emission), we proposed that the reduce of PAHs by porous alumina bed material during waste incineration. In this research, the porous alumina bed materials was prepared and selected on the base of the fluidized velocity. At the same time, the structural property, crystalline phase and specific heat capacity of porous alumina, alumina and silica are characterized. Moreover, the effect of catalysis, adsorption, and heat transmission of bed materials on combustion efficiency and the reduction of PAHs are discussed. Lastly, the global kinetic parameters of PAHs formation during waste incineration are obtained by micro fluidized bed combustor. The chemical kinetic calculation and CFD are used to predict the morphology and distribution of PAHs during municipal waste incineration. According to the research, the mechanism of suppressing PAHs during waste incineration by the porous alumina bed materials was discovered. The research has a significant effect on reducing PAHs emission during municipal waste incineration.

多环芳烃（PAHs）是一类具有致癌性的持久性有机污染物，主要来源于燃料不完全燃烧。基于燃烧过程PAHs生成机理分析和前期实验结果（多孔氧化铝床料可以有效降低燃烧过程小分子碳氢化合物排放），申请者提出多孔氧化铝床料代替传统石英砂床料以减少垃圾焚烧过程PAHs排放的思路。本项目先制备出与传统石英砂床料流化特性相似的多孔氧化铝颗粒，并表征其结构特性、晶相和比热，分别研究多孔氧化铝床料的吸附、催化和传热等机制对垃圾焚烧过程PAHs形态和分布的影响，阐明多孔氧化铝床料抑制垃圾焚烧过程PAHs生成机理。最后，在微型流化床反应动力学分析仪上进行试验，获得垃圾焚烧过程PAHs生成总包反应动力学参数，结合计算流体动力学软件预测垃圾焚烧过程PAHs形态和分布。此研究为减少垃圾焚烧过程PAHs的排放提供新思路。

多环芳烃（PAHs）是一类具有致癌性的持久性有机污染物，主要来源于燃料不完全燃烧。基于实验数据分析，得到不饱和碳氢化合物如乙烯、乙炔、丙烯、二乙炔和乙烯基乙炔是形成苯的前驱物。而苯、甲苯、苯乙烯、苯乙炔、联苯和萘又是形成PAHs的前驱物。减少烟气中不饱和碳氢化合物和单环苯系物的浓度是抑制PAHs生成重要途径。烟气中2环、3环和4环PAHs主要通过脱氢加乙炔反应和单环苯系物相互加成环化形成；5环和6环PAHs则主要通过脱氢加乙炔反应生成。.另外，在微型流化床反应动力学分析仪上进行试验，通过测定微型流化床中不同温度下反应产物浓度随反应时间的变化关系，计算反应速率与转化率的关系而推导反应动力学模式函数及表观活化能，在160-180μm石英砂、180-250μm石英砂、250-320μm石英砂、实心氧化铝和多孔氧化铝五种床料下垃圾焚烧过程平均活化能分别为76.5、86.5、91.8、71.0和62.1 kJ/mol。. 由于多孔氧化铝床料有大比表面积，低传热系数和催化作用，申请人提出用多孔氧化铝床料替代传统石英石床料。结果显示基于床料和燃料之间的低传热系数能够减小垃圾焚烧过程挥发份的析出速率机理，当传热系数从740下降到540 W/m2K，垃圾焚烧炉膛出口多环芳烃可以降低32.9%。同时，多孔氧化铝床料毛细吸附效应降低了烟气中PAHs前驱物的析出速率，促进PAHs前驱物的氧化，减少烟气中PAHs前驱物及PAHs的浓度。采用传热系数相近、晶型结构相同的多孔氧化铝作为床料时，流化床出口烟气中PAHs总浓度消减率为20.9%。此外，氧化铝床料催化作用促进了PAHs前驱物被氧化，降低烟气中PAHs前驱物浓度，进而减少PAHs的生成。采用传热系数和比表面积相近的实心氧化铝替代石英砂作为床料时，流化床出口烟气中PAHs总浓度的消减率为29.2%。.以上研究为减少垃圾焚烧过程PAHs的排放提供新思路。