CN107159679B - 一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法 - Google Patents

一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，可以实现对餐厨垃圾的快速高效资源化利用。将餐厨垃圾收集后，分选出餐厨垃圾中的无机杂质，残留物作为原料；将分选后的原料进行离心与静置处理，分离出上层油脂，作为生物柴油或工业油脂原料，将下层大量残留食物和泔水悬浊液送入水热反应釜内，反应釜内温度控制在290～350℃，自压范围为8～15MPa，搅拌并在水热条件下停留20～60min后，开启泄压阀，排出的高温蒸汽预热进料，并循环使用。泄压后，加入有机溶剂(混合烷烃)萃取出粘附在反应釜底部和壁面的产物油。本发明能够实现高含水餐厨垃圾的能源化利用，将热值极低的有机废弃物水热液化处理后，制得高热值、高附加价值的燃料油。

Description

一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，可实现餐厨垃圾中有机质的能源化利用。
背景技术
餐厨垃圾是指食堂、餐厅、社区家庭在食品加工、饮食服务、用餐过程中产生的食物残渣、废弃油脂、过期食品等。餐厨垃圾中富含有机质(75～95wt％.d)，主要由糖类、蛋白质与脂肪组成，因而堆放或运输过程容易滋生有害病菌，处理不当极易引发各类交叉感染疾病。餐厨垃圾含水率普遍在65～85wt％，其干基高位热值低于20MJ/kg，若用于焚烧发电还需要面临二噁英等污染物和预处理脱水等一系列问题，因而餐厨垃圾不适合应用于焚烧处理。《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》推行将餐厨垃圾从生活垃圾中单独分类收集，在食堂、餐厅、社区等餐厨垃圾生产地放置餐厨垃圾专用回收桶，每天定时定点收集转运至处理中心。现行餐厨垃圾处理系统大多为生物处理，包括好氧堆肥和厌氧发酵。然而，生物处理周期长，对原料要求极高，预处理过程繁琐，并且存在酸中毒与生物安全等隐患，生物处理后仍有约30％残渣需要送往焚烧厂。因而，餐厨垃圾的生物处理仍然存在诸多问题与不足。而餐厨垃圾的水热处理方法，是一种安全、高效、绿色的处理方法，能够实现无害化、减量化与资源化的综合利用。
水热处理是指将高含水的餐厨垃圾直接与水混合加热，在高温高压条件下进行的一种热处置方式，因而该处理方式无需对高含水原料进行脱水预处理。在现有的餐厨垃圾水热处理技术中，其反应参数较低，一般温度低于240℃，压力低于3MPa，停留时间多为数小时，目标产物多为固态颗粒，用于生产有机肥。而餐厨垃圾水热生产的有机肥，腐熟程度不高，氮磷钾的含量受限于进料中含量，通常需要后续再添加。因而，水热制取有机肥多为消纳性处理，商用价值不高。
发明内容
本发明目的通过水热液化处理餐厨垃圾来制取燃料油，实现餐厨垃圾中有机质的能源化利用。本发明无需对高含水的餐厨垃圾进行脱水预处理，水热处理过程对原料适应性高；制得燃料油热值高，可进一步催化裂解加工后获得轻质柴油或汽油。
本发明所采用的技术方案如下：一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，包括以下步骤：
(1)垃圾收集与分选
将餐厨垃圾收集后，分选出餐厨垃圾中的无机杂质，残留物作为原料；
(2)油脂分离与粗破碎
将分选后的原料进行离心与静置处理，分离出上层油脂后，以用作生物柴油或工业油脂原料；将残留物进行粗破碎，并与液相混合均匀形成泔水悬浊液；
(3)进料预处理
将泔水悬浊液与循环水相混合后，调节固含量在5～25wt％；
(4)水热液化反应
进料在水热反应釜内进行水热反应，反应釜内温度控制在290～350℃，自压范围为8～15 MPa，搅拌并在水热条件下停留20～60min；
(5)有机溶剂萃取与循环
在反应釜内泄压后，向反应釜内通入有机溶剂萃取出产物油，进行固液分离后，有机溶剂相减压蒸发后回收再利用，蒸干后的产物即为制得的燃料油。
进一步地，步骤(1)中无机杂质包括塑料、织物、大型骨块。
进一步地，步骤(2)中粗破碎要求无明显大块食物，粒径小于10cm。
进一步地，步骤(3)中混合液相可先进行预热处理，预热至90～100℃后再送入反应釜。
进一步地，步骤(3)中以保证良好流动性为准，调节固含量在6～20wt％。
进一步地，步骤(3)中将泔水悬浊液与循环水相混合后，调节混合液pH小于3.5，使原料蛋白质中氮转移至水相中，以保证产物油中较低的氮含量，提高燃料油的清洁利用性。
进一步地，步骤(4)中所述搅拌速率控制在300～400rpm，以保证物料的充分接触，减少焦颗粒的生成。
进一步地，步骤(4)中所述水热反应完成后，可对反应釜进行泄压闪蒸，产生的闪蒸蒸汽与水热反应釜内余气混合后进入预热罐预热进料。
进一步地，步骤(5)中所述有机溶剂为烷烃混合物，加入量为产物油：溶剂＝1:30～1:40 g/ml。
进一步地，步骤(5)中所述固液分离完成后，水相可与进料中泔水悬浊液混合，以循环利用。
本发明的有益效果是：本发明开创性提出利用餐厨垃圾制取高热值燃料油，实现了餐厨垃圾的无害化、减量化与能源化综合利用。本发明首先能对餐厨垃圾实现快速高效地无害化与减量化处理，高温水热反应能有效杀死餐厨垃圾中的病毒细菌等生命体，避免有害病菌的传播，减少对环境的污染。另外，水热反应对原料具有极强适应性，对已经变质变臭的有机质也能无差别地处理。在水热液化过程中，有机质中糖类、蛋白质和脂肪等大分子聚合物先水解成单体，单体再水介质中充分接触发生聚合与缩合反应，生成芳香类物质；芳香类物质或含氮化合物进一步发生芳构化反应形成产物油或者焦颗粒。本发明制得高热值、高附加价值的燃料油，热值高于37MJ/kg，轻质汽油组分超过50％，可作为催化裂解原料再加工后获得轻质柴油或汽油。
附图说明
图1为本发明餐厨垃圾水热液化制取燃料油工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，包括以下步骤：
(1)垃圾收集与分选
将餐厨垃圾收集后，分选出餐厨垃圾中的无机杂质，残留物作为原料；
(2)油脂分离与粗破碎
将分选后的原料进行离心与静置处理，分离出上层油脂后，以用作生物柴油或工业油脂原料；将残留物进行粗破碎，并与液相混合均匀形成泔水悬浊液。分离出的油脂具有极高应用价值，可单独收集后用作工业原料，不需经过高温高压水热处理；
(3)进料预处理
将泔水悬浊液与循环水相混合后，调节固含量在5～25wt％；
(4)水热液化反应
进料在水热反应釜内进行水热反应，反应釜内温度控制在290～350℃，自压范围为8～15 MPa，搅拌并在水热条件下停留20～60min；
(5)有机溶剂萃取与循环
在反应釜内泄压后，向反应釜内通入有机溶剂萃取出产物油，进行固液分离后，有机溶剂相减压蒸发后回收再利用，蒸干后的产物即为制得的燃料油。
进一步地，步骤(1)中餐厨垃圾可从专用垃圾桶中单独收集，以减少餐厨垃圾中塑料、织物、大型骨块等无机杂物。从专用桶中收集的餐厨垃圾富含有机质，参考含量范围为75～95 wt％(干基)，主要由糖类(30～50wt％)、蛋白质(15～20wt％)与脂肪(6～30％)组成。
进一步地，步骤(2)中粗破碎要求无明显大块食物，粒径小于10cm。
进一步地，步骤(3)中混合液相可先进行预热处理，预热至90～100℃后再送入反应釜。
进一步地，步骤(3)中以保证良好流动性为准，调节固含量在6～20wt％。
进一步地，步骤(3)中将泔水悬浊液与循环水相混合后，调节混合液pH小于3.5，使原料蛋白质中氮转移至水相中，以保证产物油中较低的氮含量，提高燃料油的清洁利用性。
进一步地，步骤(4)中所述搅拌速率控制在300～400rpm，以保证物料的充分接触，减少焦颗粒的生成。
进一步地，步骤(4)中所述水热反应完成后，可对反应釜进行泄压闪蒸，产生的闪蒸蒸汽与水热反应釜内余气混合后进入预热罐预热进料。
进一步地，步骤(5)中所述有机溶剂为烷烃混合物，加入量为产物油：溶剂＝1:30～1:40 g/ml。
进一步地，步骤(5)中所述固液分离完成后，水相中含大量可溶性有机质，总有机碳含量参考范围为1～5g/L，pH参考范围为4～6，可与进料中泔水悬浊液混合，以循环利用；水相循环利用有助于轻质烃类的生成，提高燃料油的产率。
进一步地，步骤(5)制得的燃料油产率可达45wt％，热值高于37MJ/kg，残炭值低于15wt％，能量回收率超过80％。制得燃料油将呈现黑色粘稠状。
实施例
如图1所示，将餐厨垃圾专用桶中垃圾收集转运至处理中心后，分拣出餐厨垃圾中塑料、织物、大型骨块等杂质。对分拣后餐厨垃圾进行离心静置，将上层油脂单独收集作为工业原料；将下层残留食物和悬浊液进行粗破碎，破碎后无明显大块食物，粒径小于10cm。将粗破碎后泔水悬浊液与循环水相混合，使混合液固含量为11.1wt％，并调节pH为3.0。将混合后餐厨垃圾经过进料仓送入预热罐，利用闪蒸后回收的高温蒸汽对进料进行预热，预热终温为90℃。将预热后餐厨垃圾送入反应釜，加热至320℃，压力为10.9MPa，搅拌转速为300 rpm，停留20min后开启闪蒸阀门。闪蒸泄压后蒸汽送入预热罐预热下一批进料。从闪蒸釜和反应釜底部通入有机溶剂(混合烷烃)对产物油进行萃取，加入量为1:30g/ml(产物油：溶剂)。萃取液进行固液分离，固相为生成的焦颗粒与底渣。水相中富含可溶性有机物，总有机碳含量为1.6g/L，pH为5.8，作为循环水与进料餐厨垃圾混合。有机溶剂相经过蒸发后回收利用，蒸干后残留产物即为燃料油。
表1为餐厨垃圾水热液化制取燃料油方法的不同反应参数与相应产物燃料油特性对应表。从表中可见，燃料油的热值均高于37MJ/kg，残炭值低于15％，轻质汽油含量均高于50％；产物燃料油与传统石油化工中渣油特性类似，已经具备能源利用特性。但由于餐厨垃圾组分中蛋白质含氮量高，因而产物油中氮含量较高。因而本发明控制进料混合液pH在3.5以下，可使氮含量大幅转移至水相，以降低产物燃料油中的氮含量，实现清洁利用。
表1
。

Claims (8)

1.一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）垃圾收集与分选
将餐厨垃圾收集后，分选出餐厨垃圾中的无机杂质，残留物作为原料；
（2）油脂分离与粗破碎
将分选后的原料进行离心与静置处理，分离出上层油脂后，将残留物进行粗破碎，并与液相混合均匀形成泔水悬浊液；所述粗破碎要求无明显大块食物，粒径小于10 cm；
（3）进料预处理
将泔水悬浊液与循环水相混合后，调节固含量在5~25 wt%，调节混合液pH小于3.5，以提高生物油产物的流动性与清洁利用性；
（4）水热液化反应
进料在水热反应釜内进行水热反应，反应釜内温度控制在290~350 °C，自压范围为8~15 MPa，搅拌并在水热条件下停留20~60 min；
（5）有机溶剂萃取与循环
在反应釜内泄压后，向反应釜内通入有机溶剂萃取出产物油，进行固液分离后，有机溶剂相减压蒸发后回收再利用，蒸干后的产物即为制得的燃料油。
2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（1）中无机杂质包括塑料、织物、大型骨块、玻璃、金属、石块、木头。
3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（3）中混合液相先进行预热处理，预热至90~100 °C后再送入反应釜。
4.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（3）中调节固含量在6~20 wt%。
5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（4）中所述搅拌速率控制在300~400 rpm。
6.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（4）中所述水热反应完成后，对反应釜进行泄压闪蒸，产生的闪蒸蒸汽与水热反应釜内余气混合后进入预热罐预热进料。
7.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（5）中所述有机溶剂为烷烃混合物，加入量为产物油：溶剂=1:30 ~ 1:40 g/ml。
8.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾水热液化制取燃料油的方法，其特征在于，步骤（5）中所述固液分离完成后，水相与进料中泔水悬浊液混合，以循环利用。
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