【基金标书】2011CB201500-可燃固体废弃物能源化高效清洁利用机理研究.doc

项目名称:
可燃固体废弃物能源化高效清洁利用机理研究
首席科学家:
严建华浙江大学
起止年限:

依托部门:
教育部浙江省科技厅
二、预期目标
(一) 总体目标
通过本项目研究,解决可燃固体废弃物能源化利用的关键科学问题,建立新一代可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论,为解决我国城市可持续发展过程中存在的以生活垃圾为主体的可燃固体废弃物清洁处置和资源化利用重大需求问题提供科学指导,并在促进能源供应的多元化和减少污染物排放等方面做出贡献。
1)深化我国在可燃固体废弃物高效清洁能源化利用方面的基础研究,拓展和丰富热化学转化的理论体系和方法,在低二恶英排放的热化学转化理论、二恶英、重金属等关键污染物的全过程排放控制,以及新一代近零排放的高效能源化利用集成理论等多方面取得突破。
2)以发展符合国家能源多样化和污染物近零排放等重大需求并且具有自主知识产权的新一代近零排放的高效能源化集成理论为目标,实现可燃固体废弃物能源化利用的高效率、目标产物的高值化、关键污染物的近零排放控制,形成若干具有自主知识产权的可燃固体废弃物处置创新成果,以克服传统的可燃固体废弃物直接焚烧能源化处置过程中存在的潜在二次污染问题,积极发展新一代的可燃固体废弃物热化学利用模式。
3)在能源、环境、化学等学科交叉基础上,形成可燃固体废弃物高效清洁能源化利用学科新方向。建设具有示范意义的可燃固体废弃物高效清洁能源化利用研究平台。培养和造就一批在能源、资源与环境及相关领域的高层次专家和青年研究骨干,形成在该项目研究领域中有国际影响力的研究团队。
(二) 五年预期目标
1)掌握复杂组分可燃固体废弃物在还原/氧化可控气氛下的热化学转化机理及交互影响规律,建立可燃固体废弃物高值化预处理调质和源头控污机制,探索基于氧化剂调控的低二恶英排放热转化理论,指导形成可燃固体废弃物高效热处置集成理论,为相关技术的开发和系统优化提供理论支撑。
2)探明可燃固体废弃物在不同热化学转化条件下产物的性状、能源化特性以及关键污染物的生成、迁移机理,形成二恶英类物质的生成阻滞、定向诱导机理机制,初步掌握其在线检测方法,掌握重金属的全过程指纹图谱,探索重金属化学价态无毒化定向诱导机理,形成关键污染物的协同脱除新机制,为可燃固废废弃物能源化利用全过程污染物控制新机制的发展打下基础。
3)通过相关基础研究和实验验证,构建新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成模式。在高值化能源利用、低二恶英排放的热化学转化模式、关键污染物的全过程近零排放控制等方面形成4~5项核心技术,
4)在能源、环境、化学等多学科交叉和结合的基础上形成可燃固体废弃物高效清洁化利用学科新方向。
5)在研究领域内发表SCI和EI检索论文累计达200篇左右,出版专著3部以上,组织1~2次高水平的国际学术会议,申请10~20项发明专利,培养博士50名以上,硕士100名以上。
三、研究方案
(一) 学术思路
以适合我国国情的可燃固体废弃物能源化高效清洁利用为目标,从能源、环境、化学等学科交叉提出关键科学问题,深入了解我国复杂组分可燃固体废弃物的物理化学特性及其在还原/氧化可控气氛下的热化学转化规律,通过气氛调控,研究以低二恶英排放为目标的可燃固体废弃物热转化机理,掌握关键污染物的化学价态和物理赋存的迁移变化规律,形成实现二恶英和重金属等关键污染物全过程排放控制新机制,研究不同控氧气氛下热转化过程的协同优化和热转化产物高值利用的新方法,并通过相关数值模拟和试验验证,获得新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论,为我国可燃固体废弃物的大规模能源化高效清洁利用提供理论基础和科技指导,项目的总体研究思路见图1。
图1 课题研究学术思路框图
(二) 技术途径
项目的技术路线基于先进的仪器分析,依托机理性试验研究和验证性实验研究,并紧密结合理论分析和模型构建来完成,课题的研究技术思路如图2。
1) 采用色质联用、热重分析、原子力显微镜等现代测试和分析仪器分析表征、热转化实验及计算机模拟相结合的方法,对可燃固体废弃物中单元组分的物理化学结构与特性做出较清晰的表征,建立污染物的指纹图谱数据库,为后续热化学转化与高品位利用提供理论基础。
2) 通过磁悬浮热天平、热重红外联用、色谱质谱等装置对可燃固体废弃物中典型可燃组分进行热解气化动力学分析,建立单元组分的热反应动力学模型,重点考察碳氢化合物、金属和微量元素等对热反应的影响规律,揭示其在不同氧化/还原气氛下的反应机理,分析可燃组分在热化学环境下的微观反应机理和宏观反应特征,以此来掌握可燃固体废弃物中多种组分在还原/氧化可控气氛下的交互影响。
3) 基于可燃固体废弃物基元组分在不同控氧气氛下的热化学反应分析,研究复杂