造紙廠廢水污泥及混合廢棄物熱裂解之研究 陳建全、吳照雄
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摘 要
本研究探討造紙廠廢水污泥與廢棄物在氮氣中熱裂解之情形，分析產物組成及探討以化學原料或氣、液體燃料方式資源回 收之可行性；研究內容除了探討熱裂解反應動力模式之外，並檢測產物種類與濃度分佈。在動力分析方面，利用不同的升 溫速率（分別為2、5及10 K/min），進行熱重量分析實驗。動力分析結果顯示，污泥在氮氣環境中熱裂解反應為三階段反 應，其總反應可表示如下： dX=0.42dX1/dt+0.38dX2/dt+0.2dX3/dt dX1/dt=9.17×1013exp(-40.33/(RT))(1-X1)7.04
dX2/dt=1.86×1011exp(-36.47/(RT))(1-X2)6.76 dX3/dt=3.33×1010exp(-52.57/(RT))(1-X3)0.48 在加熱速率2、5與10 K/min下
，以比例加總方式模擬混合廢棄物(含污泥與不含污泥)在氮氣中熱裂解之情形，其計算值與實驗?間之決斷係數，混合廢棄 物(含污泥)分別為0.997、0.997與0.994；混合廢棄物(不含污泥)分別為0.996、0.997與0.996。 產物分析方面，由污泥與混合 廢棄物（含污泥與不含污泥）恆溫熱裂解之固、液與氣體百分比得知，固體殘餘物隨著反應溫度的升高而減少，液體產物 比例隨反應溫度升高而提高，其比例變化量不明顯，氣體產物比例則隨反應溫度升高而有顯著的提高。總氣體成分中皆含 有氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯等物種。以混合廢棄物（不含污泥）經裂解後，總有機氣體產物最大濃度 為2959 ppm；固體殘餘物的熱?與固定碳含量呈現正比關係。造紙廠廢水污泥與廢棄物在氮氣中熱裂解後產物（固體殘餘 物、液與氣體產物）回收率都在85％以上。
關鍵詞 : 熱裂解 ; 造紙廠 ; 污泥 ; 混合廢棄物
目錄
封面內頁 簽名頁 授權書... iii 中文摘要... iv 英文摘要... vi 誌 謝... viii 目錄... ix 圖目錄... xii 表目
錄... xiv 符號說明... xvii 第一章 緒論... 1 1.1 研究緣
起... 1 1.2 研究目的... 2 1.3 研究內容與方法... 3 第二章 文獻回顧與基本理 論... 6 2.1 熱裂解原理與處理現況... 6 2.2 造紙廠廢水污泥與廢棄物熱裂解之相關研究.... 7 2.3動力學基 本理論分析... 12 第三章 實驗設備與分析方法... 18 3.1 實驗設備與方法... 18 3.1.1 熱重 量分析系統(TGA)與熱裂解爐系統... 18 3.1.2 實驗操作條件... 25 3.1.3 實驗步驟... 28 3.1.4 採樣方法... 30 3.2分析方法... 32 3.2.1 三成分分析... 32 3.2.2 元素分 析... 34 3.2.3 金屬及無機元素分析... 35 3.2.4 熱值分析... 37 3.2.5 總氣體產物成 分分析... 39 3.2.6 水氣含量分析... 42 3.2.7 液體產物分析... 44 3.2.8 液體產物燃燒熱 分析... 47 3.2.9 固體殘餘物分析... 47 第四章 結果與討論... 49 4.1 樣品性質分 析... 49 4.1.1 三成分分析... 49 4.1.2 元素分析... 49 4.1.3 金屬及無機元素分 析... 50 4.1.4 熱值分析... 51 4.2 反應動力學分析... 53 4.2.1 造紙廠廢水污泥反應動 力模式建立... 53 4.2.2 造紙廠混合廢棄物(含污泥與不含污泥)熱裂解反 應模擬... 59 4.3 造紙廠廢水污 泥與廢棄物裂解後固、液與氣體之百 分比組成... 63 4.4 總氣體產物分析... 64 4.4.1 氣體成 分分析... 64 4.4.2 水氣含量測定... 65 4.4.3 氣體熱值分析... 66 4.5 液體產物分 析... 69 4.5.1 成分分析... 69 4.5.2 熱值分析... 70 4.6 固體殘餘物分
析... 77 4.6.1 殘餘物元素分析... 77 4.6.2 殘餘物金屬元素分析... 77 4.6.3 殘餘物固定碳 與熱值分析... 84 4.7 質量平衡分析... 86 第五章 結論與建議... 87 5.1 結
論... 87 5.2 建議... 89 參考文獻... 90 附錄A 氣體標準品檢量線
、滯留時間及樣品熱裂解後氣 體產物之GC圖譜... 93 附錄B 化合物之燃燒熱... 103 附錄C 污泥與 混合廢棄物（含污泥與不含污泥）熱裂解之 液體產 物GC/MS分析圖譜... 104
參考文獻
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