二噁英在垃圾焚烧中的形成机理
针对二噁英从城市生活垃圾焚烧炉中形成及排放机理的研究已有20多年,然而,对二噁英的生成机理并未研究透彻。目前普遍接受的燃烧过程中二噁英的排放来源有 3 种主要机理:
①燃料中本身含有的二噁英在燃烧中未被破坏,存在于燃烧后的烟气中;
②燃料不完全燃烧产生了一些与二噁英结构相似的环状前驱物(氯代芳香烃),这些前驱物通过分子的解构或重组生成二噁英,即所谓的气相(均相)反应生成;
③固体飞灰表面发生异相催化反应合成二噁英,即飞灰中残碳、氧、氢、氯等在飞灰表面催化合成中间产物或二噁英,或气相中的前驱物在飞灰表面催化生成二噁英。
在原生垃圾中存有大量氯基物质,俗称其二噁英是超标存在的。焚烧炉入炉垃圾二噁英含量一般为5~57ng TEQ/kg。的当焚烧温度在550ºC ~700 ºC时迅速(0.1~0.2s)会产生大量的二噁英。大型生活垃圾焚烧工程的研究结果表明,25%的PCDDs和90%的PCDFs在焚烧的高温烟气643ºC ~487ºC生成,当焚烧烟气达到850ºC以上超过2秒时,聚合物的反应速度远小于二噁英的分解速度,其分解率可达98%以上。
二噁英的烟气从高温降到低温在250ºC ~500ºC之间时会再合成,其合成机理主要是”de-novo”机理和前驱物(Precursors)催化生成PCDDs。PCDDs主要合成途径有ullmann缩合反应、自由基反应、邻苯二酚反应及取代反应四种。而PCDFs的合成途径则有多氯联苯氧化、多氯酚的聚合反应及多氯酚与多氯苯的反应等三种。
De-novo合成反应物质主要为巨分子的碳结构,包括活性碳,焦碳,生煤灰,飞灰,残留碳等,这些物质经反应催化形成PCDDs,高峰温度在300ºC左右。前驱物的异相催化反应为较小的有机分子,包括丙稀,甲苯,氯苯,氯酸等。低温催化反应的前驱物可以是氯酚,氢苯等化学结构与二噁英类似的物质也可以是分子结构不相似的不含氯有机物,如脂肪族化合物,芳香族化合物,乙炔和丙稀。
De-novo所需的氯主要是由Deacon Process反应在Cu 2+等的催化下从HCL转化而来。飞灰表面的金属或金属氧化物在de-novo时表现出强催化性的主要物质有氯化铜、氯化铁、氧化镍、氧化铝等。研究表明,前驱物浓度,氯的浓度,温度,催化剂,含氧量及含硫量对生活垃圾焚烧过程中的二噁英的生成及排放有重要影响。
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