用磁化空气热解技术处理垃圾

用磁化空气热解技术处理垃圾（通用2篇）

篇1：用磁化空气热解技术处理垃圾

用磁化空气热解技术处理垃圾

本项目提出一种用于固体有机废物(垃圾)处理的新颖热解技术。在热解炉内通以少量经磁化的空气，使被处理的固体废物中的可燃物及热解产生的可燃产物部份燃烧，所产生的热量使固体废物中的有机物质进行持续热分解.由于磁化空气使被处理物间接磁化，降低了热解所需能量，提高了热解效率，因而热解气化能在350℃的低温下实现，从而基本上避免了二恶英的产生.热解过程无需任何能源，因此，这是一种环保节能的新技术。

背景技术

传统的垃圾处理方式主要有填埋、焚烧等.填埋会占用大量宝贵的土地资源，同时污染环境（大气、地下水等），因而这种简单处理方式已基本不再采用。与填埋处理相比，垃圾焚烧是一种较好的处理方式。通过焚烧，不仅体积大大减小，还可利用焚烧产生的热量发电、供热，达到能量再利用的目的.所以焚烧技术己经成为当前国内外普遍采用的一种垃圾处理技术。但垃圾直接焚烧还存在很多问题，例如：（1）二次污染问题；垃圾成分中有机物焚烧产生的酸性气体（HCl, HF, NOx等）、剧毒的含氯高分子化合物（统称二恶英类物质）以及含Hg、Pb的飞灰都会对环境造成污染。（2）焚烧设备损坏问题；垃圾中含氯化合物在炉内形成HCl等腐蚀性气体，在300oC以上即会严重腐蚀炉内金属部件。（3）垃圾成分复杂，各种不同成分有不同的密度、形状、化学性质、着火及燃烧特性，它们在焚烧炉内呈现不同的燃烧性状，因而难以控制燃烧过程.为了克服垃圾焚烧技术的上述缺点，作为垃圾焚烧替代技术的垃圾热解技术得到了开发和应用。实际上，热解技术应用于工业化已有很长的历史，最早应用于木材和煤的干馏，用以产生木炭和焦炭等产品，随着该技术应用的发展，热解还被用于重油和煤炭的气化。

热解（Pyrolysis）又称干馏、热分解或炭化，是指有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程。热解和焚烧的相似之处是两者都是热化学转化过程.但它们又是完全不同的两种过程.主要区别为：（1）焚烧的产物主要是CO2和H2O, 而热解产物主要是可燃的低分子化合物, 气态的有H2、CH4、CO;液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要有焦炭或炭黑。（2）焚烧是固体废物中的主要可燃物质碳和氢的氧化反应, 是一个放热过程，而热解则是一个吸热过程，需要吸收大量的热量来使有机化合物分解。（3）焚烧祗能将产生的热量用来发电或供热，而热解的产物是燃料气及燃料油可再生利用，且易于贮存和运输。

本发明“用于固体废物处理的磁化空气热解炉”是一种基于气化热解原理的热解装置.本项目的目的在于提供一种新颖的用于固体废物处理的热解装置，它由炉体、脱臭筒、空气导入系统以及电气控制箱四部份组成。固体废物从炉体的投入口投入到处理室，风机将空气经磁化器导入炉体。固体废物中的可燃物（如纸品、板材、木屑等）经引燃后，在进入炉体的磁化空气作用下燃烧，使炉体升温，在处理室中，固体废物中的可燃物以及部分热解产生的可燃产物置于还原性气氛中，进行部份燃烧，放出热量。利用此热量使固体废物中的有机物完全热解气化。由于没有像直火型焚烧炉中的搅拌作用，因而产生的飞灰很少。热解的气化产物和少量飞灰经脱臭筒中的铂催化吸附作用，从而使从烟道排出的气体中灰尘极其有限，因而无需特别添置除尘装置，也足以满足最严格的灰尘排放的有关法规。这里用铂催化剂的催化作用来净化气体污染物, 其原理是将废气中的有害物质转化为无害物质或易于去除的物质。此法的优点是无须将有害气体与主气流分离而直接将有害气体转化为无害物，这既可避免二次污染，又简化了操作过程。这里，在脱臭筒中，废气经加热后在铂催化剂的作用下，发生催化燃烧反应，热解产生的一氧化碳和多种碳氢化合物反应生成二氧化碳和水：（CO+HC=CO2+H2O）。从脱臭筒排出的气体完成了净化作用。热解后的有机物残渣以及固体废物中的非燃物（如玻璃、金属、陶瓷等）一起从炉体下部排出口7排出。为了提高固体废物中H2的比例，提高气体产物的热值，在炉体中设有水蒸气产生器17产生一定量的水蒸气，使固体废物中的碳与水蒸气发生水煤气反应，生成CO和H2 以及少量CO2, 从而提高热解效率。由于此过热蒸汽产生器位于处理室上部，从而使投入处理室的固体废物的上部也能产生热解反应。在这里，CH4，H2，CO可作为还原剂与NOX进行催化还原反应，清除有害的酸性气体NOX。本装置的关键要点在于引入炉体的空气经磁化器12受到磁化作用所产生的效果。我们知道，氧气虽然是具有偶数电子的分子，但仍有稳定的固有磁矩，是一种磁化率很大的顺磁性物质。当外磁场为零时，由于热温度的作用，使分子磁矩无规则地取向。在外磁场作用下，分子磁矩将随外磁场取向，分子极性趋于与外磁场平行并使磁场增强，因而经磁化器12磁化了的空气中的氧气的活化能大大提高。这样，进入炉体的空气的量可以少到如不经磁化就无法维持部份燃烧的程度，而经磁化后却可以维持稳定的部份燃烧。减少燃烧垃圾所使用的空气量，就可以减少因燃烧而产生的燃烧气体，从而减少燃烧尘埃。更有甚者，经过特殊处理的、进入处理室的磁化空气还能使被处理的固体废物间接受到磁化，在磁能的作用下，被处理的固体废物中有机组份中的分子间内聚力减小，因而提高了热解的效果。另外，由于引入的空气量很小，因而处理室内在正常稳定的热解过程中保特较低的热解温度，约350℃。我们知道，焚烧热解的热化学反应中，二恶英产生的浓度与反应温度有关。反应温度在700℃ – 850℃之间时，二恶英产生的浓度最大。因而本装置由于采用磁化空气使气化热解在350℃的低温下进行，从而基本上消除了二恶英的产生。.此乃本装置有别于任何传统热解装置的又一个优点。与之相比，在常规的热解技术中，热解温度为45℃到750℃。

磁化器12中装着具有强磁场的永久磁铁，永久磁铁可采用性价比好的铁氧体，也可采用阿尔尼科磁铁、稀土类磁铁等硬磁材料。在空气通道周围安放相互间独立的复数磁铁。这样，每块磁铁都可以对空气产生磁化作用，从而可以达到更好的磁化效果。

热解装置描述 中小型磁化空气热解装置

此类热解炉的处理物容量在0.5吨到10吨之间, 可用于企业、宾馆、居民小区、医院、学校、运动场、博览会等的垃圾就地减容处理。垃圾热解产物不作再生利用。作为一种环保节能装置，可将固体废物的体积经3–4小时缩至1/100；6–8小时缩至1/300；30小时可缩至1/3000 – 1/5000。可随时投料。大型磁化空气热解装置

大型磁化空气热解装置的处理物容量在数十吨以上，代替垃圾焚烧炉用于城市级垃圾处理。随着人类社会的发展，城市垃圾的成分中，无机物成分变少，有机物成分增多，因而热解技术用于固体废物的资源化处理，并制造再生燃料，无疑成为一种很有前途的固体废物处理方法。大型磁化空气热解装置的采用不再是简单地处理消除垃圾，同时也着眼于城市垃圾中能源和其它资源的再生利用，达到环保、节能、资源再生循环应用的综合效果。

篇2：用磁化空气热解技术处理垃圾

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器

煤油,茂南烛光石化特种油脂厂(参数见表1);蒸馏水;50 mL。

玻璃量筒;20 mL玻璃注射器;JYW-200A自动界面张力仪,承德大华试验机有限公司生产;THS-10型超级恒温槽,宁波天恒仪器厂;磁化反应装置,自行设计(参数见表2)。

1.2 实验方法

(1)水/煤油/空气界面张力测试方法

开启JYW-200A自动界面张力仪,预热30 min。校准仪器后,玻璃量筒量取40 mL煤油样品与测量杯内,调整载物台高度,使测试铂金环浸没于煤油样品液面下5～7 mm,静置0.5 min。按下载物台下降按钮,铂金环缓缓拉出煤油表面进入空气相,记录张力值,重复三次取评价值即为记录煤油/空气张力值。用玻璃注射器抽出已测样品煤油20 mL,量取35 mL馏水缓慢倾倒入呈有剩余20 mL煤油样品的测试杯内,形成下相水相和上相煤油相测试液。调整载物台高度使铂金环浸没于水相,距离油/水界面5～7 mm,静置稳定2 min,按下载物台下降按钮,铂金环缓慢由水相完全进入煤油相,记录张力值,重复测量三次即为水/煤油界面张力值。若测试温度高于室温,应先将试样和样杯恒温后再测量。

(2)磁化方法

磁化反应装置示意如图1所示。操作步骤:开启循环水浴恒温控制器,调整磁化反应温度,量取250 mL煤油倒入恒温水浴夹套杯内,开启蠕动泵,调整合适的转速使得煤油在管中达到0.25 m/s下循环流动速度。调整磁化反应器到实验所需的磁场强度,记录磁化时间并随时调控磁场强度稳定在实验设置值。

2 结果与讨论

2.1 磁化煤油强度对空气/油/水界面张力的影响

恒定磁化温度30 ℃、磁化时间30 min的条件下,调整磁化强度为0、20、40、60 和80 mT磁化反应情况下,磁化煤油分别和室温空气、30 ℃蒸馏水的空气/油/水界面张力值变化曲线如图2所示。

由图2可以看出,随着磁场强度由0～80 mT的增大,空气/油的界面张力曲线较为平直,无明显变化。而油/水界面张力曲线有明显的下降趋势,在0～40 mT的磁场强度作用下,油/水界面张力值略有下降,但不明显;在40～60 mT磁场强度下油/水界面张力值有较为明显的下降,在60 mT磁场强度下,油/水界面张力值降低了19.2%,磁化效果明显;在60 mT之后直至80 mT磁场强度作用下,油/水界面张力值降低趋缓,80 mT磁场强度对油/水界面张力作用效果与60 mT的接近。造成空气/油界面张力曲线与油/水界面张力曲线有明显差别的原因可能是:煤油主要由C10～C15组成的碳氢化合物,为抗磁性物质。通常情况下,煤油分子主要在很弱的色散力的作用下,以不同变化的团簇量相对杂乱地处于热平衡的运动状态。在外界磁场的作用下,煤油分子磁矩与外磁场方向相反的电流得到增强,而磁矩与外磁场相同的分子电流受到削弱,产生与外磁场相反的附加磁场[7]。磁化后的带有附加磁矩的煤油分子改变了原来的团簇量和相对位置,被迫按照一定的方向排列,直到煤油分子磁化饱和。待到撤去外加磁场后,高能态的磁化饱和的煤油分子仍能保持一段时间的定向作用。此时,接近空气的煤油分子间作用力仍远高于空气分子间的作用力,空气/煤油的界面张力值变化不显著。可能是处在水表面的带有附加磁矩的煤油分子更容易被水分子诱导偶极,产生较煤油分子磁化前更强的诱导力,平衡了一部分煤油/水界面水分子内部分子对表面水分子的作用力,降低了油/水界面张力。60 mT磁场强度已经使煤油分子接近该磁场强度下的磁饱和状态,水分子对带有附加磁矩的煤油分子诱导力已接近该状态下的极值,所以80 mT 磁场强度条下油/水界面张力值较60 mT时无明显变化。

2.2 磁化煤油时间对空气/油/水界面张力的影响

恒定磁场强度60 mT、温度30 ℃条件下,经15、30、45和60 min磁化的煤油分别和室温空气、30 ℃蒸馏水的空气/油/水界面张力值变化曲线如图3所示。

由图3可以看出,随着煤油磁化时间的延长,空气/油的界面张力曲线平缓,无明显变化。而油/水界面张力值在磁化15 min后降低了12.5%,磁化30 min后的油/水界面张力值降低了19.2%,磁化降低油/水界面张力效果明显。延长煤油磁化时间到60 min,界面张力值维持在24.5 mN/m 左右,无显著的降低变化。造成空气/油界面张力曲线与油/水界面张力曲线有明显差别的原因同2.1所述,抗磁的煤油分子被外加磁场磁化后,产生与外加磁场方向相反的附加磁矩,水分子对磁化后煤油分子产生相对更强的诱导力,降低了煤油/水界面张力。30 min的磁化作用已经使煤油已接近磁饱和,煤油/水界面张力值有明显下降。而此与空气接触的表面上的煤油分子与煤油内部分子间的作用力远大于空气分子间的作用力,空气/煤油的界面张力变化不明显。随着的30 min磁化时间继续延长,空气/煤油/水界面张力值不再明显变化。也印证了磁场强度对空气/油/水界面张力的影响存在磁饱和的现象解释。

2.3 磁化煤油温度对空气/油/水界面张力的影响

分别在30、40、50、和60 ℃,持续时间30 min条件下,经60 mT场强磁化的煤油和未磁化的煤油与室温空气和与煤油同温度下蒸馏水的空气/油/水界面张力变化曲线如图4所示,其中a图和b 图为同样实验数据不同表述形式。

由图4a可以看出,随着温度30～60 ℃的逐步增加,未磁化煤油的空气/油/水界面张力曲线有明显的下降趋势。同样,磁化煤油的空气/油界面张力曲线有明显的下降趋势,但下降的比未磁化煤油的略慢些。而磁化煤油在30 ℃时的油/水界面张力初始值明显低于前三者,随着温度的升高,磁化煤油的油/水界面张力曲线先升高再降低,张力值逐渐与未磁化煤油的接近。从图4b明显看出,凡是空气/油界面张力升高时,油/水界面张力就下降,磁场有拉大空气/油与油/水界面张力差值的作用,与文献[6]中非极性烃类磁化后的实验结果一致。但是,该趋势随着温度的升高,逐渐减弱。原因可能是,本实验中的煤油分子绝大部分是非极性烃类,经磁化,按照一定方向排列的带有附加磁矩的煤油分子,其色散力,即瞬间偶极距与诱导偶极距相互作用在某一方向上增强,在30 ℃相对低温情况下,磁化和未磁化煤油的空气/油界面张力差距不明显。而水分子对有附加磁矩的煤油分子的诱导力在此温度下作用强,磁化煤油的油/水界面张力下降明显。随着温度的升高,与空气接触的带有附加磁矩的煤油分子的间色散力,对抗温度升高分子热运动加强而变得混乱的能力比未磁化煤油分子间的色散力强,逐渐显示出磁化煤油的空气/油界面张力值比未磁化煤油的值高。随着温度的升高,热运动引起水分子间的作用力减弱,处在表层水分子受内层和周边水分子的作用力减弱,水的表面张力降低。同样未磁化煤油分子间的色散力在热运动加剧的情况下约束分子间的能力减弱,表现为气/油界面张力降低。因水分子对磁化后带有附件磁矩的煤油分子的诱导力比未磁化煤油的强,削弱了周边和内层水分子对处在表层与煤油接触的水分子的作用力,表现为磁化煤油的油/水界面张力降低。随着温度的升高,因热运动引起煤油分子间的拆散作用逐渐加强,磁场对煤油分子的定向作用被逐渐削弱,直到拆散作用占主导,表现未磁化煤油的油/水界面张力相对升高,后降低到与未磁化煤油的油/水界面张力接近的值。可以预测,随着温度继续升高、时间的延长,磁化和未磁化煤油的空气/油/水界面张力值将趋于一致。

3 结 论

(1)30 ℃、30 min条件下,煤油/水界面张力值随煤油被磁化场强0～80 mT的增加而下降,60 mT时已经接近磁化饱和度,继续增加磁场强度煤/水界面张力值变化不大。空气/油界面张力值随磁化强度的增加无显著变化。

(2)30 ℃、60 mT条件下,油/水界面张力值随煤油磁化时间0～60 min的延长而下降,30 min时已经接近磁化饱和度,继续增加磁化时间对油/水界面张力值变化不大。空气/油界面张力值随磁化时间的延长无显著变化。

(3)60 mT、30 min条件下,未磁化煤油的空气/油/水界面张力和磁化煤油的煤油/水界面张力都温度30～60 ℃的升高而降低,热运动引起的煤油分子间的拆散作用和磁场的对煤油分子的定向作用排列相互博弈引起,磁化煤油的油/水界面张力先升高后下降,直到二者张力值接近。

摘要：用吊环测张力法研究了煤油在0～80 mT、0～60 min、30～60℃磁化条件下,其空气/油/水界面张力的变化规律。结果表明:在60 mT、30 min和30℃条件下,油/水界面张力值降低了19.2%,煤油接近磁饱和,继续单一增加磁场强度和延长磁化时间对油/水界面张力影响小。空气/油界面张力值受磁化时间和磁化强度的影响小,但随磁化温度30～60℃的升高,磁化煤油空气/油界面张力值降低得较未磁化煤油的慢,磁化煤油的油/水界面张力值先升高后降低逐渐与未磁化煤油的值接近。

关键词：磁场,煤油,界面张力

参考文献

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