【论文精选】生活垃圾热解过程中组分的热力学平衡分析(2)

 

由于生活垃圾的物理和化学组成十分复杂，通常使得研究成果很难重复，所以国内外学者通常采用模化垃圾的方式进行研究［6-7］。本文借鉴现有研究成果制定生活垃圾的模拟方案，选取面粉模拟厨余，包装物纸板模拟废旧纸张，木屑模拟生物质，棉布模拟织物，聚乙烯（PE）小球模拟塑料，二氧化硅和三氧化二铝模拟实际垃圾中的不可燃组分，PVC和NaCl模拟生活垃圾中的氯［8］。为了保证各组分的均匀一致性，将模化垃圾的所有组分制备成干燥基，然后通过定量添加水组成热解原料（其中水的质量分数为50%）。以5.341 g模化垃圾干燥基为例，模化垃圾干燥基的各组分质量见表1。 [转载出处：www.11jj.com]

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表1   模化垃圾干燥基的各组分质量

（以5.341 g模化垃圾干燥基为例）

2.3  生活垃圾的元素分析

 

由于生活垃圾缺少相应的元素分析方法和标准，因此参照煤的分析方法执行，各元素在各组分收到基中的质量分数见表2，进而可计算出各元素在热解原料中的质量分数。

 

表2   各组分收到基的元素分析（质量分数）   %

模化垃圾组分的微量元素分析采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）进行测量，测量结果见表3。为满足ICP-AES的检测要求，需对组分进行消解预处理，消解方法参照美国环保署标准US EPA 3050B《污泥、土壤和沉积物的酸性消解方法》执行。

 

表3   模化垃圾干燥基的微量元素分析   mg/kg

2.4  计算条件

 

计算条件包括温度、压力和反应物各组分的物质的量。本研究以温度为自变量，主要考察500～1 200 ℃时各组分的平衡分布规律。热解过程按常压考虑，故压力设定为101.325 kPa。根据热力学平衡模型原理，计算过程忽略中间反应过程，输入条件既可以是元素也可以是组分。各元素和组分的物质的量参照生活垃圾的模拟方案以及元素分析结果，首先进行质量加权计算出总质量，然后根据元素分析结果计算出元素的质量，再换算成物质的量，计算结果见表4。由于缺乏PVC的热力学数据，借鉴国内外学者的方法，用原子Cl代替PVC［9-10］。为了维持热解反应器的温度，同时考虑系统的漏风情况，本计算选取系统过剩空气系数为0.4［11］，按照燃烧所需的理论空气量计算公式计算出空气中O2和N2的物质的量进行输入。

 

表4   反应物中各元素或组分的物质的量

输出结果为体系达到热力学平衡状态时各生成物的物质的量或摩尔分数，为了更好地展现特定元素的形态转化规律，针对某一元素进行归一化处理，定义式见式（4）。