生物質(zhì)液化殘?jiān)苽涔腆w成型燃料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源和固體廢物再利用領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)液化殘?jiān)苽涔腆w成型燃料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，化石燃料可開采量不斷減少，環(huán)境問題日益嚴(yán)重。生物質(zhì)能因其數(shù)量巨大、環(huán)境友好及CO2零排放等特性，近年來成為各國(guó)的研宄重點(diǎn)。但由于生物質(zhì)具有水分含量高、親水性強(qiáng)、能量密度低、不易儲(chǔ)存、性質(zhì)不均一、產(chǎn)量的季節(jié)性波動(dòng)以及產(chǎn)地分散等特點(diǎn)，造成收集、存儲(chǔ)、運(yùn)輸成本加大，使大規(guī)模利用生物質(zhì)面臨低經(jīng)濟(jì)性和低效率等難題。因此，選擇合理的預(yù)處理方式使得低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的能源，就成了人們研宄的熱點(diǎn)。
[0003]烘焙(torrefact1n)又稱碳化、低溫?zé)峤?，是一種常壓、無氧的情況下，在200?300°C內(nèi)慢速熱解，脫除生物質(zhì)中的水分和輕質(zhì)揮發(fā)分的過程。通過烘焙處理，可以有效的降低生物質(zhì)的含水量和含氧量，提高生物質(zhì)能量密度，降低運(yùn)輸和存儲(chǔ)成本。
[0004]生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括直接燃燒、固化成型、氣化和液化等。目前，前三種技術(shù)已達(dá)到比較成熟的商業(yè)化階段，而生物質(zhì)液化技術(shù)還處于研發(fā)階段。生物質(zhì)液化技術(shù)可分為生物化學(xué)法和熱化學(xué)法。生物化學(xué)法主要是指采用水解、發(fā)酵等手段將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料乙醚。熱化學(xué)法主要包括快速熱解液化，高壓液化，超臨界液化及催化液化等。生物質(zhì)快速熱解制取生物油是目前世界上生物質(zhì)能研宄開發(fā)的前沿技術(shù)，但該技術(shù)對(duì)設(shè)備要求高，反應(yīng)條件苛刻，其液體產(chǎn)品有高的氧含量及低的氫碳比，其產(chǎn)品生物油在利用過程中，需要克服生物油的熱穩(wěn)定差及其腐蝕性的難題。與快速熱解液化技術(shù)相比，高壓液化技術(shù)對(duì)設(shè)備要求相對(duì)較低，易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，其液體產(chǎn)品質(zhì)量比裂解油稍好，但也是需要進(jìn)一步精制后才能作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，并且存在費(fèi)用較高的問題，這些都制約了此技術(shù)的大規(guī)模利用。在高壓液化技術(shù)的基礎(chǔ)上，超臨界液化技術(shù)及加壓催化液化技術(shù)相繼成為研宄重點(diǎn)。超臨界流體是指溫度和壓力均接近或高于其臨界溫度和臨界壓力的流體，具有高擴(kuò)散性和高溶解性，將其作為溶劑可以實(shí)現(xiàn)植物原料的液化。但目前液化得到的生物油普遍存在高含水率、高粘度、低熱值、不穩(wěn)定和高腐蝕性的特點(diǎn)，而且液化殘?jiān)y以得到有效利用。
[0005]作為生物質(zhì)液化過程中的第二大產(chǎn)物，液化殘?jiān)馁Y源化利用一直沒有得到足夠的重視。液化殘?jiān)娜我鈦G棄，不僅造成資源的浪費(fèi)，也會(huì)污染環(huán)境?，F(xiàn)有的研宄集中在將液化殘?jiān)鳛橐环N吸附劑，用于廢水中染料等有機(jī)物的去除。然而，由于液化殘?jiān)陨淼谋缺砻娣e低，將其直接用于染料吸附存在吸附效率不高，去除效果不佳等問題。專利《一種生物質(zhì)液化殘?jiān)幕罨椒捌溆猛尽?申請(qǐng)?zhí)?201310296736.3)將液化殘?jiān)M(jìn)行活化后用于染料的去除，取得較好的吸附效果，然而活化過程復(fù)雜，成本高。生物質(zhì)液化殘?jiān)馁Y源化利用是限制生物質(zhì)液化進(jìn)一步發(fā)展的因素。
[0006]另一方面，隨著我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，污泥、餅柏及畜禽糞便等固體廢物的產(chǎn)生量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)80%含水率污泥的產(chǎn)生量為2000萬(wàn)噸，并將持續(xù)增加；2009年我國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生總量約為31.9億噸，是工業(yè)產(chǎn)生固體廢物(10億噸)的3.2倍；我國(guó)每年油料的消費(fèi)量達(dá)到3000萬(wàn)噸，而產(chǎn)出的油料植物果實(shí)加工廢物也是十分龐大的。這些固體廢物若不能得到有效的處理，將造成巨大的污染。然而它們又是一種潛在的資源，污泥、餅柏和畜禽糞便中都含有較高含量的有機(jī)成分，主要是蛋白質(zhì)和多糖。
[0007]綜上，生物質(zhì)液化殘?jiān)毡椴荒艿玫接行幚?，既是一種資源的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。液化殘?jiān)舨荒艿玫接行У奶幚?，?duì)于生物質(zhì)液化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)限制因素。生物質(zhì)超臨界液化是生物質(zhì)液化的有效手段，但普遍存在液化油品質(zhì)不高，液化效率低等問題。因此，急需一種提高生物質(zhì)液化效率及液化油品質(zhì)的基礎(chǔ)上，液化殘?jiān)C合有效處理的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可降低成型能耗、減少機(jī)械磨損、充分利用固體廢物熱值、提高成型強(qiáng)度的生物質(zhì)液化殘?jiān)苽涔腆w成型燃料的方法。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]一種生物質(zhì)液化殘?jiān)苽涔腆w成型燃料的方法，所述方法包括將生物質(zhì)液化殘?jiān)⒄辰Y(jié)劑和輔助燃料進(jìn)行混合，將所得混合原料的含水率調(diào)節(jié)至10%?20%，然后擠壓成型，得到固體成型燃料。
[0011]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)液化殘?jiān)窃谏镔|(zhì)超臨界液化過程中產(chǎn)生的，所述生物質(zhì)超臨界液化包括以下步驟:
[0012](I)烘焙:將生物質(zhì)粉碎至長(zhǎng)度< 20mm，然后將所得粉碎生物質(zhì)在缺氧條件下進(jìn)行烘焙處理，得到烘焙生物質(zhì)；
[0013](2)液化:將烘焙生物質(zhì)粉碎至粒徑為40目?80目，然后輸送至高壓密閉反應(yīng)釜中，并向反應(yīng)釜中加入液化溶劑和催化劑，將反應(yīng)釜升溫至200°C?350°C，加壓至5MPa?15MPa，在空氣或惰性氣氛下進(jìn)行液化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為20min?80min，反應(yīng)完成后，得到生物質(zhì)液化油和生物質(zhì)液化殘?jiān)?br>[0014]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)超臨界液化的步驟(I)中，烘焙溫度為200°C?300°C，烘焙時(shí)間為15min?60min，所述烘焙處理是在循環(huán)流化床中進(jìn)行；所述缺氧條件是指氮?dú)夥諊蜓鯕怏w積分?jǐn)?shù)低于5%的工業(yè)煙氣氛圍。
[0015]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)超臨界液化的步驟(2)中，所述液化溶劑為乙醚、丙酮、環(huán)己烷、環(huán)氧丙烷中的一種或多種；所述烘焙生物質(zhì)與液化溶劑的質(zhì)量體積比為Ig:1OmL ?50mLo
[0016]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)超臨界液化的步驟(2)中，所述催化劑為碳酸鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀中的一種或多種；所述催化劑的質(zhì)量為所述烘焙生物質(zhì)質(zhì)量的1%?
[0017]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)超臨界液化的步驟(I)中，所述生物質(zhì)包括林業(yè)剩余物、藻類、農(nóng)作物秸桿中的一種或多種。
[0018]上述方法中，優(yōu)選的，所述生物質(zhì)液化殘?jiān)?、粘結(jié)劑和輔助燃料的干基質(zhì)量比為30 ?45: 45 ?60: 10 ?25。
[0019]上述方法中，優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為復(fù)合粘結(jié)劑，所述復(fù)合粘結(jié)劑是由污泥、畜禽糞便、餅柏和添加劑組成，以干基質(zhì)量總和為100%，所述復(fù)合粘結(jié)劑中各成分的干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為??污泥50 %?99 %，畜禽糞便O?30 %，餅柏O?25 %，添加劑I %?4 % ;所述添加劑是由生石灰、硫酸錳、硫酸亞鐵和活性炭組成，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，生石灰85 %?90 %，硫酸錳1%?8%，硫酸亞鐵1%?6%，活性炭1%?8%。
[0020]上述方法中，優(yōu)選的，所述復(fù)合粘結(jié)劑中，所述污泥包括城市污泥和/或造紙污泥(即污水處理廠廢物)；所述畜禽糞便包括豬糞、羊糞、牛糞、雞糞和鴨糞中的一種或多種(即畜牧業(yè)廢物)；所述餅柏包括蓖麻餅柏、山蒼子餅柏、菜籽餅柏、大豆餅柏、花生餅柏、芝麻餅柏、光皮樹餅柏、蘇子餅柏、油用亞麻餅柏和大麻餅柏中的一種或多種(即油料植物果實(shí)加工廢物)。
[0021]上述方法中，優(yōu)選的，所述輔助燃料包括煤粉。該輔助燃料為高熱值固體燃料，熱值在 24MJ/kg ?30MJ/kg。
[0022]本發(fā)明中，城市污泥是指城市生活污水處理廠污水污泥經(jīng)壓濾后產(chǎn)生的含水率在60%?80%之間的生活污泥。
[0023]本發(fā)明中，在將生物質(zhì)液化殘?jiān)⒄辰Y(jié)劑和輔助燃料進(jìn)行混合前，優(yōu)選先將生物質(zhì)液化殘?jiān)M(jìn)行干燥，將粘結(jié)劑進(jìn)行干燥和粉碎。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]1.本發(fā)明將生物質(zhì)液化所得液化殘?jiān)?