一、研究背景及意义

随着国内外对能源的需求量逐年增加，能源价格在不断的上涨,寻找新的石油替代资源成为保证社会可持续发展的重要课题和紧迫任务。为了践行可持续发展的理念，清洁的可再生能源才是唯一的道路。生物质能是可再生能源中最具发展前景的新型清洁能源之一^[1]。生物质是一种太阳能的转换物质，是一种可再生的物质资源。生物质作为能源物质的利用具有悠久的历史，从人类对火的认识开始，就一直利用着生物质能^[2]。随着我国城镇化建设速度的不断加快和工业的日益发展，我国的生活污水和工业污水的排放量与日俱增，污泥的产量快速增加。预测显示我国脱水污泥年产量将在2018年达到4000#215;10⁴t^[3]。污泥含有大量的有机质和可燃成分,具有较高的能源开发和利用价值。城市污水污泥处理处置方法主要有堆肥、填埋、焚烧和深海投放等。但是污泥中含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有害物质，如果不进行处理就直接填埋就会对城市地下水和土壤造成二次污染，威胁人们的健康^[4]。但是如果通过一定的处理技术,将污泥作为废弃物处理的同时,回收便于储存运输及高效利用的液体或气体燃料,对资源合理利用和环境保护具有重大意义。

以往对污泥的焚烧处理是为了减少其80%-90%的体积，不仅可以有效的剖坏有机微量污染物和病原体的化学结构而且在焚烧过程中产生的能量可进行回收利用，但是焚烧时重金属的挥发会造成二次污染^[5]。如今我国城市污泥中热值和有机含量日益增高，再考虑到经济和二次污染等因素，热解法逐渐成为焚烧处理的替代技术。目前，通过对干污泥及其他生物质进行中高温热解来回收能源的工艺已成为国外研究如何处置固体废弃物的重点^[6]。因此本文主要是通过实验来研究热解工艺参数对污泥热解气化的影响，以期对污泥的处理提供理论数据。

污泥热解的过程很复杂，近些年来，国内外学者借助热重（TG）、热质联用（TG-MS）、气质联用（GC-MS）及傅里叶红外光谱（FTIR）等手段，对污泥的热解过程和产物进行大量研究，都取得巨大的成果。熊思江^[7]等利用管式炉研究温度和物料含水率对热解产物产率及气相产物组成的影响规律，结果发现，高温有利于气体产生，特别是氢气和一氧化碳等小分子气体的生成。王贤华^[8]等研究了污水污泥热解焦炭的表面孔隙结构特性，发现随着挥发分的析出，孔隙结构逐渐发达。

如今污泥与生物质、煤等的共热解也逐渐成为国内外研究的热点。Samanya^[9]等比较研究了污泥/秸秆、污泥/木屑、污泥/菜籽的热解产物，发现在污泥中添加菜籽和木屑所得生物油的品质都比单独污泥要好，而秸秆的作用不明显。殷志源^[10]等在外热式固定床反应器中，将城市污泥与玉米秸秆进行共热解，研究热解温度和玉米秸秆添加量对热解气体产率的影响。结果表明，随着热解温度升高，气体产率逐渐增大，尤其在500℃以后，影响更为明显；玉米秸秆添加量对气体产率影响较大，但添加到一定程度后，热解气产量增加不太明显。等等研究的目的只有一个，那就是将污泥这种资源可以开发到极致。

二、污泥热解技术简介

2.1热解定义

热解技术是指在无氧或缺氧的气氛下，利用热能切断其大分子物质分子内和分子间的化学键，使之转化为小分子物质，产生不可冷凝气体、可冷凝裂解油和焦炭的过程。目前，这项技术已成为固体废弃物资源化利用尤其是在污泥处置及资源化方面所提倡的重要方法之一，是国家政策重点鼓励的创新技术之一，由于其潜在的工业化前景而很受人们关注^[11]。

2.2 污泥热解发展进程

最早报道污泥热解的是1939年法国的一项专利，该专利中首次提出了污泥热解处理技术^[12]。20 世纪 80年代，Bayer等首次提出污泥低温热解制油的工艺,在固相停留时间0.5h，温度为300℃-320℃的条件下，利用污泥热解制得大量热解油，证实污泥中的硅酸铝和重金属具有催化作用^[13]。90年代，产生了一种名为”Enersludge”的污泥热解工艺，澳大利亚科学家建成第一座商业化污泥炼油厂^[14]。相比于国外取得的进展，我国的污泥热解研究仍处在起步阶段，但随着经济迅速发展和污泥产量急剧增大后，受国家政策重视和环境保护需要，污泥处置办法及污泥热解等技术越来越受到重视，目前已取得长足进步^[15]。比较著名的是同济大学的何品晶教授在污泥热解方面所做的大量工作和取得的成绩^[16]。