城市生活垃圾热解技术不仅可以使垃圾减容、减量,而且可以实现垃圾的资源化利用,因而近年来日益受到关注。但直到目前,生活垃圾热解处理技术仍存在许多问题,如热解机理有待完善,热解产物的性质及其利用有待深入探索。论文针对以上问题,以城市生活垃圾为研究对象,研究热解产物的性质以及元素分布随热解温度的变化规律,为深入了解城市生活垃圾的热解机理、热解产物的资源化利用提供参考。经试验研究,得出以下结论:①炭产率随着热解温度的升高(500℃~800℃)而逐渐降低,从31.38%降至25.58%;在600℃时焦油产率达到最大值28.02%,之后随着温度的升高而逐渐降至最小值21.76%;热解气的质量产率和体积产率均随着温度的升高而增加,质量产率从41.7%升至52.66%,体积产率从143.50L/kg升至438L/kg。②与原料相比,炭和焦油中的C元素相对富集,碳化程度明显提高,且焦油中C元素的富集程度高于炭;炭和焦油的O/C比和H/C比均明显低于原料,且随着温度的升高而逐渐减小;炭与焦油相比,炭的芳香化程度和极性均高于焦油。③原料中主要含有脂肪族醚、酮、甲基、亚甲基等官能团,且炭结构呈无序排列;与原料相比,热解炭中脂肪族官能团大量减少,并主要以芳环=C-H、芳香族/脂肪族甲基和亚甲基官能团为主;随着温度的升高,芳香族官能团数量逐渐增加,且炭结构逐渐呈有序排列;在原料和炭中均存在盐吸收峰。④炭表面存在C、O、N、Cl、Ca、Si、Na和K元素,其中以C元素为主;在炭表面:sp2杂化C(以芳环C-H键为主)是C的主要存在形式;COO-键是O的主要存在形式;Si以Si-N-C、Si O2等形式存在;Cl以无机氯(Na Cl和KCl等)形式存在;Na以Na Cl和Na OH形式存在。C500(500℃炭)表面N以NSi、胺基N等形式存在;在C500、C600和C700表面,Ca均以Ca CO3形式存在,在800℃时,以Ca CO3、Ca O、Ca SO4和Ca Cl2的形式存在;⑤炭表面O和N的活性高于炭内部O和N的活性;Cl在四种炭表面富集;炭表面未检测到S元素。⑥焦油的含水率为18.43%~26.11%,含固率为0.75%~1.29%,低位热值大小位于24.12 MJ/kg~28.36 MJ/kg之间;已检测出的焦油成分包括烷烃、烯烃、酚、醇、醛、酮、酯、单环芳烃、PAHs等;在T500(500℃焦油)中,主要以单环芳烃和PAHs为主;随着温度的升高,PAHs成为焦油的主要成分,且含量从8.84%升至83.45%;当热解温度≤600℃时,PAHs的产生主要通过Diels-Alder反应,当热解温度>600℃时,PAHs的主要产生途径还包括苯酚及其衍生物的自由基反应;萘及其衍生物是PAHs的主要成分。⑦已检测出的热解气成分包括烷烃、烯烃、炔烃、CO2、含S气体(以H2S为主)、含Cl气体(以CH3Cl为主)等;当热解温度从500℃升至800℃时,气体体积增加,其中烷烃、烯烃、炔烃、CO2、含S气体和含Cl气体的体积分别增加1.86倍、3.64倍、19.23倍、2.17倍、3.28倍和1.65倍;当温度≤600℃时,脱氢反应剧烈,当温度>600℃时,脱氢反应缓慢提高;烯烃是气体的主要成分,且随着温度的升高,其比例逐渐增加。⑧当温度≤600℃时,原料-C发生一次热解反应,生成炭-C、焦油-C和气体-C;焦油-C产率在600℃时达到最大值32.81%;当温度>600℃时,发生二次热解反应,焦油-C产率在700℃时降至最小值29.39%,部分焦油-C转化为气体-C;炭-C产率随温度的升高从36.39%降至29.40%;气体-C产率随温度的升高而从31.95%升至40.28%。⑨50%以上的H和O分布在气体中,且随着热解温度的升高而升高,而炭-H(O)、焦油-H(O)产率则逐渐降低;炭-N产率随温度的升高从57.73%降至30.46%,焦油-N产率在600℃时达最大值39.41%,之后逐渐减少并稳定在32%附近,气体-N产率在600℃时取得最小值9.04%,之后逐渐增大至37.43%;80%以上的S分布在气体中,炭-S产率为6.68%~4.95%,且在800℃时,炭-S主要以盐形式存在;焦油-S产率在600℃取得最大值10.41%,之后逐渐分解为气体-S;60%以上的Cl分布于气体中,焦油-Cl产率极低,为0.09%~2.80%,炭-Cl产率随温度的升高从38.40%降至29.96%。