CN108315079A - 一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物燃料技术领域，具体涉及一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法。本发明通过将餐厨垃圾分类进行处理的方法，分别制得除油固体垃圾生物燃料和回收油脂生物燃料，再利用所得的除油固体垃圾生物燃料和回收油脂生物燃料与其他组分配制成性能优良的高品质生物燃料。既可以解决餐厨垃圾造成的污染问题，又可以缓解能源紧张的局势，具有重要的经济效益和社会价值。

Description

一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法
技术领域
本发明属于生物燃料技术领域，具体涉及一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法。
背景技术
餐厨垃圾，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，我国餐厨垃圾数量十分巨大，并呈快速上升趋势，由于餐厨垃圾极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒，因此对环境和人群的危害十分严重，是城市环境一个重要污染源。餐厨垃圾主要成分包括有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐，有机物含量丰富。
随着社会的发展，石化能源逐渐面向枯竭，面对石化能源枯竭的问题，需要积极开发具有潜力的新型代替再生资源，以解决石油资源短缺、缓解石油供需矛盾。若研究出一种有效的方法将餐厨垃圾转化为生物燃料，既可以解决餐厨垃圾造成的污染问题，又可以缓解能源紧张的局势，具有重要的经济效益和社会价值。
技术方案
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，具体技术方案如下。
一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，包括以下步骤：
（1）提油处理：将收集来的餐厨垃圾通过分选装置去除大块物料后，进入杀菌室进行杀菌，再经提油回收其中的油脂，分别得到除油固体垃圾和回收油脂，备用；
（2）除油固体垃圾制备生物燃料：将除油固体垃圾经过干燥、粉碎、发酵、水热液化处理，得到除油固体垃圾生物燃料，备用；
（3）回收油脂制备生物燃料：将回收油脂进行碱催化裂解处理、酶解、水热液化处理，得到回收油脂生物燃料，备用；
（4）在常温常压条件下，将除油固体垃圾生物燃料、回收油脂生物燃料、芳构油、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入甲醇、生物乙醇和辛醇混合均匀，再加入添加剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1-2h，然后静置2h，即得到生物燃料。
作为优选，所述步骤（2）中将除油固体垃圾干燥至含水量为20%-30%，将除油固体垃圾粉碎至100-200目，然后再进行破壁粉碎处理。
作为优选，所述步骤（2）中发酵工艺加入垃圾重量分数0.009-0.013%的复合菌剂，所用复合菌剂为重量份数为5～8份短小芽孢杆菌、6～10份酿酒酵母菌、3～5份乳酸肠球菌，在35-40℃的条件下发酵5-7天。
作为优选，所述步骤（2）中水热液化处理的具体步骤为：将发酵物加入高压反应釜中，加入发酵物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到除油固体垃圾生物燃料。
作为优选，所述步骤（3）中碱催化裂解处理的具体步骤为：将40重量份的回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim。
作为优选，所述步骤（3）中酶解所用酶为脂肪酶，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30-35℃，反应时间为48-72h。
作为优选，所述步骤（3）中水热液化处理的具体步骤为：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到回收油脂生物燃料。
作为优选，所述步骤（4）中的添加剂包括三乙酸甘油酯3-5份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、分散剂1-5份。
作为优选，所述助燃剂为重量比为1:3的异丙醚和甲基叔丁基醚；所述稳定剂为重量比为2:3的二叔丁基对甲酚、异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
作为优选，所述步骤（4）中除油固体垃圾生物燃料25-30份、回收油脂生物燃料30-40份、芳构油15-20份、甲缩醛5-10份、甲醇20-40份、生物乙醇20-30份、辛醇5-10份、添加剂3-5份。
有益效果
（1）本发明通过将餐厨垃圾分类进行处理的方法，分别制得除油固体垃圾生物燃料和回收油脂生物燃料，再利用所得的除油固体垃圾生物燃料和回收油脂生物燃料与其他组分配制成性能优良的高品质生物燃料。既可以解决餐厨垃圾造成的污染问题，又可以缓解能源紧张的局势，具有重要的经济效益和社会价值。
（2）本发明所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法中，在提油处理步骤将原料进行杀菌处理，可以防止有害细菌滋生，防止对后续反应造成不利影响，还可以使原料便于保存；在除油固体垃圾制备生物燃料的步骤中，将粉碎后的原料进行破壁处理，可以破碎原料的细胞壁，使原料中的有效物质得到释放，可以最大限度提取有效成分，提高利用价值，而且还可以缩短发酵时间；进行发酵处理，可以使原料反应生成可燃烧的燃料，可大大提高产率；将发酵产物进行水热液化，可以使发酵产物进一步反应，转化成燃料。通过上述方法，所得燃料的产率可高达57.3%。
（3）本发明所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法中，在回收油脂制备生物燃料步骤中，将回收油脂进行碱催化裂解处理，可以实现有效的脱氧和降低重组分含量；酶解处理可使油脂转化为所需燃料；水热液化处理，可以产物进一步反应，提高转化率，通过上述方法，所得燃料的产率可高达97.3%。
（4）本发明所述的生物燃料中各组分相互配合，燃烧热值高达41000kJ/kg，且产生的废气较少，作为高效、环保的替代燃料具有较大的发展潜力和重要的经济效益、社会价值。甲醇、生物乙醇可以提高燃料的含氧量，使燃料能充分燃烧；辛醇、甲缩醛作为助溶剂加入，可以使各组分互溶；芳构油可大大提高燃料的辛烷值，从而提高抗爆指数。本发明所述的生物质燃料中添加了高效的添加剂，添加剂中三乙酸甘油酯除了可与其他原料配伍，提高燃料的闪点外，还能够在金属的表面形成保护膜，隔离了腐蚀物质与金属表面的接触，从而可以起到防止燃烧对金属的腐蚀，增强了燃料的抗腐蚀性能；助燃剂的加入，可以大大提高燃料的热值；稳定剂可保证燃料在使用过程中的质量稳定，抗爆剂可大幅提高燃料的安全性，分散剂使不溶性物质在燃料中保持分散悬浮状态，以免在发动机的关键部位行成漆状沉积物，同时也能保证燃烧性能良好，降低排气量，减少污染。
具体实施方式
实施例1
一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，包括以下步骤：
（1）提油处理：将收集来的餐厨垃圾通过分选装置去除大块物料后，进入杀菌室进行杀菌，再经提油回收其中的油脂，分别得到除油固体垃圾和回收油脂，备用；
（2）除油固体垃圾制备生物燃料：将除油固体垃圾经过干燥、粉碎、发酵、水热液化处理，得到除油固体垃圾生物燃料，备用；
（3）回收油脂制备生物燃料：将回收油脂进行碱催化裂解处理、酶解、水热液化处理，得到回收油脂生物燃料，备用；
（4）在常温常压条件下，将30份除油固体垃圾生物燃料、30份回收油脂生物燃料、15份芳构油、5份甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入20份甲醇、20份生物乙醇和10份辛醇混合均匀，再加入3份添加剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1-2h，然后静置2h，即得到生物燃料。
所述添加剂包括三乙酸甘油酯3份、助燃剂15份、稳定剂3份、抗爆剂3份、分散剂1份。所述助燃剂为重量比为1:3的异丙醚和甲基叔丁基醚；所述稳定剂为重量比为2:3的二叔丁基对甲酚、异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
所述步骤（2）中将除油固体垃圾干燥至含水量为20%，将除油固体垃圾粉碎至100目，然后再进行破壁粉碎处理。
作为优选，所述步骤（2）中发酵工艺加入垃圾重量分数0.009%的复合菌剂，所用复合菌剂为重量份数为5份短小芽孢杆菌、6份酿酒酵母菌、3份乳酸肠球菌，在40℃的条件下发酵5天。
作为优选，所述步骤（2）中水热液化处理的具体步骤为：将发酵物加入高压反应釜中，加入发酵物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到除油固体垃圾生物燃料。
作为优选，所述步骤（3）中碱催化裂解处理的具体步骤为：将40重量份的回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim。
作为优选，所述步骤（3）中酶解所用酶为脂肪酶，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为35℃，反应时间为48h。
作为优选，所述步骤（3）中水热液化处理的具体步骤为：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到回收油脂生物燃料。
实施例2
一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，包括以下步骤：
（1）提油处理：将收集来的餐厨垃圾通过分选装置去除大块物料后，进入杀菌室进行杀菌，再经提油回收其中的油脂，分别得到除油固体垃圾和回收油脂，备用；
（2）除油固体垃圾制备生物燃料：将除油固体垃圾经过干燥、粉碎、发酵、水热液化处理，得到除油固体垃圾生物燃料，备用；
（3）回收油脂制备生物燃料：将回收油脂进行碱催化裂解处理、酶解、水热液化处理，得到回收油脂生物燃料，备用；
（4）在常温常压条件下，将25份除油固体垃圾生物燃料、40份回收油脂生物燃料、15份芳构油、10份甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入20份甲醇、30份生物乙醇和10份辛醇混合均匀，再加入5份添加剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合2h，然后静置2h，即得到生物燃料。
所述添加剂包括三乙酸甘油酯3-5份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、分散剂1-5份。所述助燃剂为重量比为1:3的异丙醚和甲基叔丁基醚；所述稳定剂为重量比为2:3的二叔丁基对甲酚、异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
所述步骤（2）中将除油固体垃圾干燥至含水量为20%-30%，将除油固体垃圾粉碎至200目，然后再进行破壁粉碎处理。
所述步骤（2）中发酵工艺加入垃圾重量分数0.013%的复合菌剂，所用复合菌剂为重量份数为8份短小芽孢杆菌、10份酿酒酵母菌、3份乳酸肠球菌，在40℃的条件下发酵7天。
所述步骤（2）中水热液化处理的具体步骤为：将发酵物加入高压反应釜中，加入发酵物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到除油固体垃圾生物燃料。
所述步骤（3）中碱催化裂解处理的具体步骤为：将40重量份的回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim。
所述步骤（3）中酶解所用酶为脂肪酶，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为35℃，反应时间为72h。
所述步骤（3）中水热液化处理的具体步骤为：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到回收油脂生物燃料。
实施例3
一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，包括以下步骤：
（1）提油处理：将收集来的餐厨垃圾通过分选装置去除大块物料后，进入杀菌室进行杀菌，再经提油回收其中的油脂，分别得到除油固体垃圾和回收油脂，备用；
（2）除油固体垃圾制备生物燃料：将除油固体垃圾经过干燥、粉碎、发酵、水热液化处理，得到除油固体垃圾生物燃料，备用；
（3）回收油脂制备生物燃料：将回收油脂进行碱催化裂解处理、酶解、水热液化处理，得到回收油脂生物燃料，备用；
（4）在常温常压条件下，将28份除油固体垃圾生物燃料、35份回收油脂生物燃料、18份芳构油、8份甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入30份甲醇、25份生物乙醇和8份辛醇混合均匀，再加入5份添加剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1-2h，然后静置2h，即得到生物燃料。
所述添加剂包括三乙酸甘油酯4份、助燃剂13份、稳定剂4份、抗爆剂3份、分散剂3份。所述助燃剂为重量比为1:3的异丙醚和甲基叔丁基醚；所述稳定剂为重量比为2:3的二叔丁基对甲酚、异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
所述步骤（2）中将除油固体垃圾干燥至含水量为30%，将除油固体垃圾粉碎至100目，然后再进行破壁粉碎处理。
所述步骤（2）中发酵工艺加入垃圾重量分数0.01%的复合菌剂，所用复合菌剂为重量份数为6份短小芽孢杆菌、8份酿酒酵母菌、3份乳酸肠球菌，在40℃的条件下发酵5天。
所述步骤（2）中水热液化处理的具体步骤为：将发酵物加入高压反应釜中，加入发酵物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到除油固体垃圾生物燃料。
所述步骤（3）中碱催化裂解处理的具体步骤为：将40重量份的回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim。
所述步骤（3）中酶解所用酶为脂肪酶，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为35℃，反应时间为72h。
所述步骤（3）中水热液化处理的具体步骤为：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到回收油脂生物燃料。

Claims (10)

1.一种利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）提油处理：将收集来的餐厨垃圾通过分选装置去除大块物料后，进入杀菌室进行杀菌，再经提油回收其中的油脂，分别得到除油固体垃圾和回收油脂，备用；
（2）除油固体垃圾制备生物燃料：将除油固体垃圾经过干燥、粉碎、发酵、水热液化处理，得到除油固体垃圾生物燃料，备用；
（3）回收油脂制备生物燃料：将回收油脂进行碱催化裂解处理、酶解、水热液化处理，得到回收油脂生物燃料，备用；
（4）在常温常压条件下，将除油固体垃圾生物燃料、回收油脂生物燃料、芳构油、甲缩醛加入配置器中混合均匀，然后加入甲醇、生物乙醇和辛醇混合均匀，再加入添加剂混合均匀，然后将上述混好的原料通过防爆离心泵循环混合1-2h，然后静置2h，即得到生物燃料。
2.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（2）中将除油固体垃圾干燥至含水量为20%-30%，将除油固体垃圾粉碎至100-200目，然后再进行破壁粉碎处理。
3.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（2）中发酵工艺加入垃圾重量分数0.009-0.013%的复合菌剂，所用复合菌剂为重量份数为5～8份短小芽孢杆菌、6～10份酿酒酵母菌、3～5份乳酸肠球菌，在35-40℃的条件下发酵5-7天。
4.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（2）中水热液化处理的具体步骤为：将发酵物加入高压反应釜中，加入发酵物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到除油固体垃圾生物燃料。
5.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（3）中碱催化裂解处理的具体步骤为：将40重量份的回收油脂加入到反应容器中，加入80重量份的CH2Cl2使油脂充分溶解，然后再加入5份苄基三乙基氯化铵搅拌混合均匀，在机械搅拌条件下加入5mol/L的KOH溶液4份，然后将混合溶液在650℃条件下裂解10mim。
6.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（3）中酶解所用酶为脂肪酶，脂肪酶用量为油脂重量的0.08%，温度为30-35℃，反应时间为48-72h。
7.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（3）中水热液化处理的具体步骤为：将酶解产物加入高压反应釜中，加入酶解产物3倍重量的蒸馏水，N2加压至2.0 MPa，加热至300℃，以180r/min进行搅拌反应1h，冷却至室温后，放出气体，倒出反应混合物，备用；用CH2Cl2萃取反应混合物，然后过滤分离出残渣，CH2Cl2相在40℃条件下旋转蒸发，除去CH2Cl2，即得到回收油脂生物燃料。
8.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的添加剂包括三乙酸甘油酯3-5份、助燃剂10-15份、稳定剂3-5份、抗爆剂3-5份、分散剂1-5份。
9.根据权利要求8所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述助燃剂为重量比为1:3的异丙醚和甲基叔丁基醚；所述稳定剂为重量比为2:3的二叔丁基对甲酚、异丁胺；所述抗爆剂为甲基环二烯三羰基锰；所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯。
10.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾制备生物燃料的方法，其特征在于，所述步骤（4）中除油固体垃圾生物燃料25-30份、回收油脂生物燃料30-40份、芳构油15-20份、甲缩醛5-10份、甲醇20-40份、生物乙醇20-30份、辛醇5-10份、添加剂3-5份。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110511761A (zh) * 2019-07-08 2019-11-29 迪天环境技术南京股份有限公司 一种修复农用地污染土壤重金属铬的钝化剂及其制备方法
CN115318810A (zh) * 2022-08-10 2022-11-11 浙江工业大学 一种利用乙醇水共液化耦合厌氧发酵生产生物油及甲烷的餐厨垃圾处置方法
CN115318810B (zh) * 2022-08-10 2024-05-31 浙江工业大学 一种利用乙醇和水共液化耦合厌氧发酵生产生物油及甲烷的餐厨垃圾处置方法

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