淺談銅基載氧體與可燃固體廢棄物化學鏈燃燒特性實踐探討

摘 要：隨著人類數量的爆炸式增長，城市進程也隨之加快，物質生活的豐富使得生活垃圾大量產生，如何處理這些城市垃圾，成了目前城市環境建設的重要問題。Cu80Si950是一種理想型載氧體，這種通過機械混合法產生的銅基載氧體具有高轉化率、高強度、高循環穩定性的特點。文章對固體廢棄物熱解處理以及化學鏈燃燒處理等常見處理方式進行了介紹和分析，并以Cu80Si950為研究對象，對銅基載氧體與可燃性固體垃圾進行化學鏈燃燒特性的試驗研究。

關鍵詞：銅基載氧體；可燃固體廢棄物；化學鏈；燃燒特性

中圖分類號： TK16文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

針對固體垃圾的處理，傳統方式通常為填埋或焚燒，前者容易對環境造成污染，對資源造成浪費，后者操作不易，其燃燒所產生的氣體和鉛汞粉塵通常具有高毒性，會對環境造成惡劣的影響，不但成本高，而且不利于資源再利用。為了滿足減少污染影響、資源再利用的需求，固體廢棄物的化學鏈燃燒處理這種新模式近年來已被專家研究出來，以克服傳統方式的缺點。

1固體廢棄物的處理

1.1熱解處理

城市垃圾的成分非常復雜，紙張、食品以及廢塑料等固體廢棄物是城市垃圾中最大的三類成分。前兩者的處理非常簡單，對廢塑料等固體廢棄物的處理是城市垃圾處理的一大難點。若采用傳統的填埋對其進行處理，其結構穩定的特點將導致數千年都無法分解，若采用焚燒方式，其產生的粉塵毒氣將污染周圍環境，產生的二氧化碳也將造成全球變暖。由此，熱解處理技術應運而生。這種技術采用密閉容器內的物質熱能分解的手段，將熱能分解過程中產生的裂解焦物質與部分氣體再循環利用為熱解手段的動力，在處理了廢棄物的同時既避免了二次污染，又提高了資源的利用率。但受地域、氣候與廢棄物復雜成分的影響，其應用受到了限制。

1.2化學鏈燃燒處理

化學鏈燃燒是一種新技術，區別于傳統燃燒模式，其采用的是無火燃燒技術?；瘜W鏈燃燒技術的優點是不釋放NOX氣體，即使是采用碳氣作為能源時，產物也只有二氧化碳與水，且二氧化碳的處理也十分簡單，通過冷凝技術即可提純，間接地實現了二氧化碳減排的目的。

2銅基載氧體的化學鏈燃燒

可燃性固體垃圾通常帶有高揮發性，其燃燒過程首先是熱解的過程，熱解后再進行氣相燃燒，待氣相燃燒結束后，才是固定碳的燃燒分解。針對這一過程，可以把化學鏈的燃燒分為兩個階段。首先將固體垃圾與銅基載氧體進行混合熱解，之后將熱解所得殘碳與銅基載氧體進行固相化學鏈反應，熱解所得氣體與銅基載氧體進行氣象化學鏈反應。

3燃燒特性試驗

3.1銅基載氧體的制備與燃料的選擇

3.1.1制備方法：機械混合法。

3.1.2組成：

（1）活性成分氧化銅和惰性載體二氧化硅，二者比例為80：20。

（2）蒸餾水，重量百分比為50%。

（3）石墨粉，要求直徑不能大于120目，重量百分比為10%。

將以上成分攪拌成糊狀，壓制切割成直徑2毫米左右、長度為直徑2倍的柱狀顆粒。

3.1.3設備：馬弗爐，制備載體時保證溫度達到350℃。

3.1.4可選燃料：

（1）50-75微米范圍的石墨粉。

（2）高純度甲烷氣體。

（3）塑料、腈綸、樹枝等固體垃圾（顆粒大小壓制在70-150微米范圍）

5.制備過程：柱狀顆粒在80℃的條件下進行整整一天的干燥處理。干燥后在馬弗爐煅燒6小時，可得銅基載氧體Cu80Si950。

3.2銅基載氧體和固體垃圾的試驗

3.2.1裝置：具有獨立控溫功能的管式電阻爐，數量為兩個，模式為串聯。

3.2.2方法：兩段式化學鏈燃燒法。

（1）充入純度無限接近100%的氮氣保證反應穩定性。

（2）前段爐放入2g燃料，0.15g載氧體，后段爐放入0.1g銅基載氧體（為保證試驗順利，準備燃料需超過理論計算量的20倍），

（3）后爐升溫至800℃，前爐以每分鐘20℃的速率逐漸升至同樣溫度。

（4）兩爐溫度保持一小時后降至室溫。

（5）篩分法過濾產物成分。固體稱重，由質量差算出銅基載氧體的失重狀況。

（6）將適當比例的載氧體進行重復試驗操作，完成后再次稱重。

（7）利用掃描電鏡和X射線衍射儀分析測試。

3.2熱解氣試驗

3.2.2裝置：熱重天平坩堝

3.2.3方法，加入適量載氧體，天平爐膛抽至真空，充入Ar氣體保證穩定，升溫速率保證每分鐘20℃，直至升到800℃保持不變，再充入CH4與水蒸氣的混合氣體，待結束后抽空氣體，Ar吹膛。對銅基載氧體的循環測試要進行十循環評價。降至室溫后用掃描電鏡和X射線衍射儀分析數據。

3.4試驗結果

根據試驗得出結論，前爐采用固-固的化學鏈模式，熱解產物為殘碳，所得載氧體效果一般，后爐采用氣-固的化學鏈燃燒模式，熱解的銅基載氧體具有極高的轉氧能力。

總結得出，氣-固的化學鏈燃燒熱解模式更容易進行，銅基載氧體和燃料的轉化效率也得到了很大的提高。兩段式化學鏈燃燒是目前的理想模式，Cu80Si950也是理想的載氧體。

4結語

Cu80Si950這種理想的銅基載氧體具有非常高的氧氣轉化率，文章通過對銅基載氧體進行的固相與氣相的化學鏈反應，顯現出其對固體廢棄的高熱解性能。并且，其優秀的反應能力和循環壽命的長久使其在熱解技術中脫穎而出。機械混合法也向世人證明了其作為銅基載氧體誕生方式基礎的強大之處。同時，化學鏈燃燒的氣-固反應使得銅基載氧體與固體垃圾的化學鏈燃燒處理具有了極大的可行性，兩段式的燃燒反應模式，也使得可燃固體垃圾的處理產生了一條具有極大潛力的發展道路。

參考文獻：

[1]徐鵬.化學鏈燃燒中銅基載氧體特性實驗研究[D].2013.

[2]劉永強，王志奇，吳晉滬等.銅基載氧體與可燃固體廢棄物化學鏈燃燒特性研究[J].燃料化學學報，2013（41）.