CN104987906A

CN104987906A - 一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法

Info

Publication number: CN104987906A
Application number: CN201510485082.8A
Authority: CN
Inventors: 陈昱; 李维尊; 董晓君; 鞠美庭; 刘乐; 杨茜; 候其东; 王京钰
Original assignee: Shuozhou Coal Power Hongli Regeneration Industry Co Ltd Datong Coal Mine Group; Nankai University
Current assignee: Shuozhou Coal Power Hongli Regeneration Industry Co Ltd Datong Coal Mine Group; Nankai University
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明公布一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，本发明通过好氧发酵的过程去除厨余垃圾中的水分，降低其含水率，并产生大量的腐殖酸，再通过破碎处理，添加碱液蒸煮、低温烘干，获得生物质型煤粘结剂；最后利用制成的生物质型煤粘结剂，添加烟煤煤粉和固硫剂，与水混合均匀后，成型机挤压成型、烘干，得到生物质型煤。本发明在妥善处理厨余垃圾的基础上，利用其热值高、腐殖酸含量较高等特点，开发新型的生物质型煤粘结剂。进而利用丰富的粉煤及煤矸石资源，开发低成本、高固硫率的生物质型煤。实现了厨余垃圾及粉煤等固废的综合利用，降低了生物质型煤的生产成本，提高厨余垃圾和粉煤的附加值以及煤矸石的利用率。

Description

一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法

技术领域

本发明涉及一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，属于煤炭和厨余垃圾清洁有效利用应用领域。

背景技术

随着中国经济的快速发展，能源缺口逐渐扩大，我国能源消费已经占到全球总量的1/5，超过美国成为世界最大能源消费国，然而我国“缺油、少气、富煤”的能源格局和相对较低的工业装备水平决定了煤炭在我国能源消费结构中的主体地位。目前，我国对煤炭资源的依赖导致了严重的环境污染问题，煤炭的直接燃烧产生了大量的SO₂和CO₂排放，其排放量分居全球第一和第二位。此外，随着原煤开采机械化程度的提高，粉煤比例在逐年增加，粉煤占原煤总产量的80%以上，而块煤产率不足20%，这导致块煤供应紧张、粉煤大量堆积污染环境。因此，寻找一种合理处置并利用粉煤的技术，以满足人类对能源的大量需求，是一个不可逆转的方向。

另外随着我国社会经济的发展、城市化进程的加快，我国的城市垃圾数量增长异常迅速，2005年，我国城市生活垃圾年清运量为1.56×108吨，2007年增加到1.77×108吨，2010年达到2.21×108吨。而在众多的城市生活垃圾组分中，厨余垃圾的含量最高，约为50%。如此巨大数量的厨余垃圾而露天堆放或填埋不仅占用大量土地，而且易对土壤、地下水、大气造成极大的二次污染，成为严重的环境问题。然而，厨余垃圾干物质中有机质含量较高、有毒有害物质少、燃烧热值较高（21.7MJ/kg）等特征对于生物质型煤的开发极具优势。除此之外，在厨余垃圾好氧发酵过程中会产生丰富的腐殖酸（腐植酸含量15%～40%），腐植酸是一种无定形的有机高分子化合物，其碱溶液是一种亲水性的可逆胶体，由于有很大表面积又具有胶体的粘结性和很强的吸咐力，可以用来作为制作生物质型煤的粘结剂。因此合理开发利用厨余垃圾的生物质能，对改善我国的能源利用环境和人类的生态环境，加大生物质能源的高品位利用具有重要的意义。

在我国，将生物质能应用于型煤技术的研究起步较晚，但近年来发展很快。目前有众多科研院所和煤炭企业进行研究，发表了一系列型煤相关的专利及论文。其中，中国专利CN 101250454 A公开了一种生物质型煤的生产技术，其中将生物质进行碱处理，并加入了工业氧化镁、氧化钙作为生物质型煤的粘合剂；专利CN1908135A提出利用面粉、麦麸、淀粉的发酵液作为粘结剂，以8-20%的比例与煤粉制成生物质型煤。专利CN1033833利用稻壳和改性淀粉作为型煤添加剂以提升型煤的点火特性。专利CN1368542A报道了利用造纸黑液作粘结剂。除此之外，国外专利US4225457和US4152119报道了利用有机固体垃圾，尤其是城市生活垃圾或生物质与煤粉混合，其粘结剂主要是用活性污泥、造纸黑液、含糖的粘结剂、废弃的石油和淀粉。如上所述，现有公开的有关生物质型煤的专利均加入了常用的粘结剂，例如膨润土、腐植酸钠等，虽然一定程度上改善了型煤的防水和抗压性能，但生产成本大大提高。

本发明的目的是提供一种利用厨余垃圾的发酵产物制成生物质型煤的方法，该方法充分利用厨余垃圾发酵产物高热值、高腐殖质的特性，形成从而制成低成本、高强度、高热值型煤。此外，还为厨余垃圾变废为宝提供了新的可行性途径。

发明内容

为了解决现存的技术问题，并填补厨余垃圾在生物质型煤应用中的空白，本发明的一个目的在于提供了一种生物质型煤的生产方法，包括以下步骤：1）将厨余垃圾与谷壳按比例混合，加入微生物菌液投入反应器并发酵；2）对厨余垃圾发酵产物进行破碎处理，添加碱液蒸煮后烘干后即为生物质型煤粘结剂；3）在粉碎的烟煤煤粉中，添加生物质型煤粘结剂、固硫防水剂，与水混合均匀后，成型机挤压成型、烘干，制成生物质型煤。

本发明的步骤1）中，发酵过程分三次投料，具体步骤如下：1. 第一次投料将谷壳与餐厨垃圾以体积比2:1的比例混合，反应室体积比1/4。2. 基于T培养基分别于60℃下培养接种细菌（嗜热芽孢杆菌、凝结芽胞杆菌、地衣芽孢杆菌、 Bacillus tequilensis、Pseudoxanthomonas、Petrobacter sp），将菌液以等体积比例混合，制成微生物菌液。3. 将微生物菌液与堆肥物料以体积比1:100的量加入反应器，加入水，调节含水率为50%。4. 启动反应器，将搅拌设置为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟，反应室温度设置为60℃，搅拌速率设置为每分钟20转。5. 发酵12小时第二次投料（厨余垃圾，含水率50%）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次投料（厨余垃圾，含水率50%）至反应室体积4/5。反应过程适时补水，保持含水率50%，继续发酵一周后可得到发酵产物。

本发明的步骤2）中，厨余垃圾发酵产物破碎筛分至0.6～5mm，添加碱液80～120℃蒸煮1～5小时，100^oC烘干6小时，所剩余固体即为生物质型煤粘结剂。

所述碱液可为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液中的一种或两种。

本发明步骤3）中，粉碎烟煤颗粒至1～4mm，质量分数5～40%生物质型煤粘结剂、添加质量分数55～90%，添加质量分数5%的固硫防水剂，加水20～40ml混合均匀后，在加压模具中以12～20吨的压力加压成型。在100℃烘干1～6小时后得到生物质型煤。

所述固硫防水剂为氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加。

具体实施方式

本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。

实施例1：

生物质型煤中的原煤采用山西出产的烟煤。物料粒度：<3mm；物料水分：<5%。

根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间)。

按照标准GB/T213-2008测定发热量(燃烧值)。

根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括浸水复干强度(N/个))。

将谷壳与厨余垃圾以体积比2:1的比例投入反应器，将微生物菌液与发酵物料以体积比1:100的量加入反应器，调节发酵物料的含水率为50%，并在整个发酵过程中补充水以维持该比例，在发酵过程中保持物料温度为60℃，搅拌桨转速为20rpm，搅拌模式为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟。发酵12小时后第二次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的4/5。一周后即可得到厨余垃圾发酵产物。将获得的厨余垃圾发酵产物破碎并筛分至2mm，将其浸入在浓度为8%的氢氧化钠溶液中，以80℃蒸煮3小时后，在100℃烘干6小时，即得到生物质型煤的粘结剂。取质量分数10%生物质型煤粘结剂，添加质量分数85%烟煤（粒径尺寸3mm），以及质量分数5%固硫防水剂（氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加），并加入20ml水混合均匀后，成型机15吨压力挤压成型，100℃烘干6小时后得到生物质型煤。生物质型煤发热量4980kcal/kg，抗压强度560N/球，跌落强度87.2%，浸水复干强度212N/个，固硫率77%。

实施例2：

将谷壳与厨余垃圾以体积比2:1的比例投入反应器，将微生物菌液与发酵物料以体积比1:100的量加入反应器，调节发酵物料的含水率为50%，并在整个发酵过程中补充水以维持该比例，在发酵过程中保持物料温度为60℃，搅拌桨转速为20rpm，搅拌模式为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟。发酵12小时后第二次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的4/5。一周后即可得到厨余垃圾发酵产物。将获得的厨余垃圾发酵产物破碎并筛分至1mm，将其浸入在浓度为0%的氢氧化钠溶液中，以80℃ 蒸煮2小时后，在100oC烘干6小时，即得到生物质型煤的粘结剂。取质量分数20%生物质型煤粘结剂，添加质量分数75%烟煤（粒径尺寸3mm），以及质量分数5%固硫防水剂（氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加），并加入20ml水混合均匀后，成型机15吨压力挤压成型，100℃烘干6小时后得到生物质型煤。生物质型煤发热量4752kcal/kg，抗压强度590N/球，跌落强度90.2%，浸水复干强度232N/个，固硫率74%。

实施例3：

将谷壳与厨余垃圾以体积比2:1的比例投入反应器，将微生物菌液与发酵物料以体积比1:100的量加入反应器，调节发酵物料的含水率为50%，并在整个发酵过程中补充水以维持该比例，在发酵过程中保持物料温度为60℃，搅拌桨转速为20rpm，搅拌模式为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟。发酵12小时后第二次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的4/5。一周后即可得到厨余垃圾发酵产物。将获得的厨余垃圾发酵产物破碎并筛分至0.6mm，将其浸入在浓度为8%的氢氧化钠溶液中，以100℃ 蒸煮3小时后，在100℃ 烘干6小时，即得到生物质型煤的粘结剂。取质量分数30%生物质型煤粘结剂，添加质量分数65%烟煤（粒径尺寸3mm），以及质量分数5%固硫防水剂（氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加），并加入20ml水混合均匀后，成型机15吨压力挤压成型，100℃ 烘干6小时后得到生物质型煤。生物质型煤发热量4526kcal/kg，抗压强度612N/球，跌落强度93.2%，浸水复干强度246N/个，固硫率75%。

实施例4：

将谷壳与厨余垃圾以体积比2:1的比例投入反应器，将微生物菌液与发酵物料以体积比1:100的量加入反应器，调节发酵物料的含水率为50%，并在整个发酵过程中补充水以维持该比例，在发酵过程中保持物料温度为60℃，搅拌桨转速为20rpm，搅拌模式为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟。发酵12小时后第二次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的4/5。一周后即可得到厨余垃圾发酵产物。将获得的厨余垃圾发酵产物破碎并筛分至0.6mm，将其浸入在浓度为4%的氢氧化钠溶液中，以90℃ 蒸煮1小时后，在100℃ 烘干6小时，即得到生物质型煤的粘结剂。取质量分数10%生物质型煤粘结剂，添加质量分数85%烟煤（粒径尺寸3mm），以及质量分数5%固硫防水剂（氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加），并加入20ml水混合均匀后，成型机15吨压力挤压成型，100℃烘干6小时后得到生物质型煤。生物质型煤发热量4662kcal/kg，抗压强度524N/球，跌落强度84.6%，浸水复干强度207N/个，固硫率70%。

实施例5：

将谷壳与厨余垃圾以体积比2:1的比例投入反应器，将微生物菌液与发酵物料以体积比1:100的量加入反应器，调节发酵物料的含水率为50%，并在整个发酵过程中补充水以维持该比例，在发酵过程中保持物料温度为60℃，搅拌桨转速为20rpm，搅拌模式为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟。发酵12小时后第二次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次填加物料（厨余垃圾）至反应室体积的4/5。一周后即可得到厨余垃圾发酵产物。将获得的厨余垃圾发酵产物破碎并筛分至1mm，将其浸入在浓度为4%的氢氧化钠溶液中，以80℃ 蒸煮1小时后，在100℃ 烘干6小时，即得到生物质型煤的粘结剂。取质量分数10%生物质型煤粘结剂，添加质量分数85%烟煤（粒径尺寸3mm），以及质量分数5%固硫防水剂（氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加），并加入20ml水混合均匀后，成型机15吨压力挤压成型，100℃ 烘干6小时后得到生物质型煤。生物质型煤发热量4629kcal/kg，抗压强度498N/球，跌落强度76.6%，浸水复干强度186N/个，固硫率72%。

Claims

1.一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将厨余垃圾与谷壳按比例混合，加入微生物菌液投入反应器并发酵；

2）对厨余垃圾发酵产物进行破碎处理，添加碱液蒸煮后烘干后即为生物质型煤粘结剂；

3）在粉碎的烟煤煤粉中，添加生物质型煤粘结剂、固硫防水剂，与水混合均匀后，成型机挤压成型、烘干，制成生物质型煤。

2.根据权利要求1 所述的一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，其特征在于，发酵过程分三次投料，具体步骤如下：

1）第一次投料将谷壳与餐厨垃圾以体积比2:1的比例混合，反应室体积比1/4；

2）基于T培养基分别于60℃下培养接种细菌（嗜热芽孢杆菌、凝结芽胞杆菌、地衣芽孢杆菌、 Bacillus tequilensis、Pseudoxanthomonas、Petrobacter sp），将菌液以等体积比例混合，制成微生物菌液；

3）将微生物菌液与堆肥物料以体积比1:100的量加入反应器，加入水，调节含水率为50%；

4）启动反应器，将搅拌设置为正转10分钟，停顿10分钟，反转10分钟，反应室温度设置为60℃，搅拌速率设置为每分钟20转；

5）发酵12小时第二次投料（厨余垃圾，含水率50%）至反应室体积的1/3，发酵24小时后第三次投料（厨余垃圾，含水率50%）至反应室体积4/5。

3.反应过程适时补水，保持含水率50%，继续发酵一周后可得到发酵产物。

4.根据权利要求1所述的一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，其特征在于，厨余垃圾发酵产物破碎筛分至0.6～5mm，添加碱液80～120^oC蒸煮1～5小时，100℃ 烘干6小时，所剩余固体即为生物质型煤粘结剂。

5.根据权利要求3所述的碱液为4%～8%的氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的一种利用厨余垃圾发酵产物制备型煤粘结剂及联产生物质型煤的方法，其特征在于，粉碎烟煤颗粒至1～4mm，质量分数5～40%生物质型煤粘结剂、添加质量分数55～90%，添加质量分数5%的固硫防水剂，加水20～40ml混合均匀后，在加压模具中以12～20吨的压力加压成型，在100℃烘干1～6小时后得到生物质型煤。

7.根据权利要求5所述固硫防水剂为氧化钙、氧化镁、煤矸石三种原料按质量分数5:5:2添加。