熔融铜渣定向催化气化城市生活垃圾制合成气的研究

本项目利用有色冶金熔融铜渣在特定气氛的熔池中有价金属的析出、富集与城市生活垃圾中可燃组分的定向催化气化之间的协同作用，进行生活垃圾定向催化气化研究。分析生活垃圾中有机物各组分的大分子结构和分子间化学键，结合焦油生成与裂解机理，深入研究生活垃圾在熔池中铜渣的催化条件下，有机可燃组分大分子的结构解构和断键的转变规律，实现生活垃圾定向催化气化制合成气；优化高温铜渣定向催化气化生活垃圾制备合成气的工艺参数，探索生活垃圾定向催化气化的历程和工艺，为生活垃圾高效能源化和零排放化处理提供思路；研究生活垃圾气化过程对熔池中铜渣及垃圾熔渣中的有价金属矿物富集或析出的促进机制，探索铜冶金渣中有价金属人工成矿方法及综合回收废渣中有价金属的相关科学问题，为有色冶金资源循环利用提供理论依据。

本项目在对生活垃圾主要可燃成分气化机理进行分析的基础上，构建了生物质气化过程中大分子在热化学条件下的解构规律，分析了气化焦油的组成成分随气化温度升高的变化规律，完善了气化焦油产生机理理论。采用氢气还原和氧化煅烧的方法对铜渣进行改性，研究了改性过程中铜渣中Fe元素的价态分布和铜渣中各矿物相的迁移转化和富集规律，煅烧改性渣主要物相组成为铁氧化物（Fe3O4和Fe2O3）和铁橄榄石，还原改性渣主要物相组成为金属Fe和铁橄榄石。开展了铜渣催化焦油裂解制合成气性能研究，铜渣、煅烧铜渣和还原铜渣催化焦油裂解顺序为煅烧铜渣>铜渣>还原铜渣，催化反应后合成气中H2体积分数增加。焦油催化裂解过程中合成气组成对铜渣中Fe元素的存在价态具有重要影响，催化反应后Fe元素主要以FeO-Fe2SiO4、Fe-FeO-Fe2SiO4或Fe-Fe2SiO4的形式存在。分析了合成气气氛变化与铜渣中Fe元素富集析出两者之间的协同作用，为人工成矿理论提供依据。构建了铜渣与生物质混合热解和气化过程的反应动力学模型。研究了反应温度、水蒸气/生物质比(S/B)、铜渣/生物质比（C/B）以及不同煅烧温度的铜渣对生物质气化制取合成气品质的影响规律。利用高温铜渣的显热作为外热源，开展了铜渣催化松木屑水蒸气气化的实验研究，计算了回收利用的铜渣显热量和余热利用率。本项目为生活垃圾的高效能源化和零排放化处理提供思路，为有色冶金资源的循环利用提供理论依据。