基于微波脱氯半焦的塑料包装废弃物能源化研究.pdf

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1、分类号X705密级基于微波脱氯半焦的塑料包装废弃物能源化研究研究生姓名：刘珍指导教师姓名、职称：王汉青教授专业名称：材料科学与工程研究方向：包装废弃物能源化洁净利用技术与装备湖南工业大学二〇一八年五月二十六日分类号X705密级基于微波脱氯半焦的塑料包装废弃物能源化研究Energyconversiontechnologyofplasticpackagingwastebasedonmicrowavedechlorinatedchar研究生姓名：刘珍指导教师姓名、职称：王汉青教授副指导教师姓名、职称：周跃云教授（校内）张晓东高工（校外）专业名称：材料科学与工程研究方向：

2、包装废弃物能源化洁净利用技术与装备论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一八年五月二十六日II湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学

3、位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要本文针对混合塑料包装废弃物难处理，特别是含氯塑料包装废弃物的氯元素污染严重影响热处理过程的问题，提出了一种塑料包装废弃物能源化利用技术。先对含氯塑料包装废弃物进行微波低温脱氯预处理，得到脱氯半焦，再将脱氯半焦作为添加剂，与其他可燃包装废弃物混合制备固体衍生燃料（SRF），使其以燃料的方式实现能源回收。本文开展的主要研究内容及结果如下：1）考察了含氯塑料包装废弃物获得最佳脱氯效果的最优微波运行参数：微波功率800w，脱

4、氯终温280℃，添加碳化硅（SiC）作为微波吸收剂，最佳添加量20g。微波低温脱氯发现：随着微波功率的增加，聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）和聚偏二氯乙烯（PVDC）升温速率加快，达到目标温度时间提前，但脱氯率呈降低趋势，有效HCl产率变化幅度较小；随着脱氯终温的升高，3种物料的脱氯率呈显著上升趋势；碳化硅（SiC）促进物料升温和脱氯效应显著优于活性炭；随SiC添加量的增加，物料的脱氯率显著增加；脱氯半焦热值为30.43MJ/kg，具有较好的孔隙特征。2）利用COSMOLMultiphysics软件对PVC微波脱氯过程的温度分布进行电磁-热传导双向耦合模拟

5、，发现物料中心温度显著高于周边温度；物料中心温度梯度较周边大，周边物料仍出现“冷点”现象；中心物料模拟值与实验值结果符合较好。模拟结果基本上能揭示PVC微波脱氯过程中的温度分布情况及物料的传热传质规律。3）对微波低温脱氯机理进行初探：脱氯机理主要包括物料介电性能及外加电场产生的热效应；微波对C-Cl极性基团的选择性加热特性促进HCl自催化链式反应的发生及微波吸收剂的“热点”效应；+氯离子脱除后产生的空位与相邻阳离子（H）形成新的偶极子的电子空位效应。4）微波加热和电加热条件下脱氯效果进行对比发现：两者脱氯率差别不大，均从40%增加至90%。但微波加热物料有效HCl

6、产率显著更高。微波脱氯半焦C、H元素含量更高，Cl、O元素含量更低；微波脱氯产生的副产物种类更少；微波脱氯过程不存在非热效应。5）采用热重-红外联用（TG-FTIR）技术对添加不同比例脱氯半焦制备的SRF在不同升温速率下的热解特性及动力学进行分析，发现脱氯半焦的添加有利于SRF热解反应的进行。不同升温速率下，4I种燃料均存在两个主要失重温度区间，300~400℃和400~500℃。-1升温速率为10℃·min时，第二失重阶段，添加脱氯半焦的SRF燃料热解反应活性下降；第三失重阶段，随脱氯半焦添加比例的增加，SRF热解反应活性增强；SRF第二、三、四阶段最大失重峰处

7、析出的气体组分主要分别为：烷烃类化合物、酯类、CO2、氯代烃；烷烃类化合物和CO2；CO2和氯代烃；第三阶段失重峰处不产生氯代烃；脱氯半焦的加入可促进燃料热解产生CO2和CH4。升温速率为-120℃·min时，脱氯半焦的添加量达到20wt%，才对SRF的热解失重特性有显著影响；分布活化能法（DAEM）发现，转化率α＜0.3时，SRF-1反应活化能低于其他3种燃料，0.3＜α＜0.9时，活化能显著高于其他3种燃料。6）采用TG-FTIR分析方法对添加不同比例脱氯半焦制备的SRF的燃烧性能及动力学进行研究发现：-1升温速率10℃·min时，燃料存在4个失重阶段。第二失

8、重阶段，随