CN113801713A - 一种环保燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于燃料的技术领域，尤其涉及一种环保燃料及其制备方法。本申请第一方面提供了一种固体燃料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将厨余垃圾依次进行粉碎和浆化处理，得到厨余浆液；步骤2、将所述厨余浆液、污泥、酸碱调节剂、第一试剂和聚丙烯酰胺混合，得到第一混合浆液，所述第一混合浆液的pH值小于7；步骤3、将所述第一混合浆液与第二试剂混合，得到第二混合浆液；步骤4、将所述第二混合浆液进行脱水处理，得到环保燃料，其中，所述环保燃料的含水量小于15％。本申请提供了一种符合燃烧标准的新型环保燃料，能解决传统的石化类燃料燃烧时容易产生污染环境的废气的技术问题。

Description

一种环保燃料及其制备方法
技术领域
本申请属于燃料的技术领域，尤其涉及一种环保燃料及其制备方法。
背景技术
燃料广泛应用于工农业生产和人民生活，能通过化学反应释放出能量的物质。燃料有许多种，最常见的传统的石化类燃料，如煤炭和焦炭等。传统的石化类燃料在燃烧时，由于其本身特点导致燃烧不完全，尾气中的颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物含量很高，对环境造成了严重危害，全球变暖，臭氧层空洞，酸雨等环境问题逐渐为人类所重视。为了减少环境污染，缓解石油资源的紧张，减轻企业和消费者的经济负担，人类正在更加合理地开发和利用燃料，并尽量追求环保理念。
当前，环保燃料是科学家研究的热点，环保燃料是污染较为轻度的能源也是一种新型的重要资源，可降低对环境的污染。因为，环保燃料应具备提高燃烧值、降低成本、降低排放、可再生资源，存储运输较传统燃料安全、充分利用回收资源再利用等特点。由于环保燃料的这些特性，其可推广性备受青睐。现在环保燃料正全力发展。因此，研发一种能替代化石能源的环保型燃料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供的一种环保燃料及其制备方法，提供了一种符合燃烧标准的新型环保燃料，能解决传统的石化类燃料燃烧时容易产生污染环境的废气的技术问题。
本申请第一方面提供了一种固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将厨余垃圾依次进行粉碎和浆化处理，得到厨余浆液；
步骤2、将所述厨余浆液、污泥、酸碱调节剂、第一试剂和聚丙烯酰胺混合，得到第一混合浆液，所述第一混合浆液的pH值小于等于7；
步骤3、将所述第一混合浆液与第二试剂混合，得到第二混合浆液；
步骤4、将所述第二混合浆液进行脱水处理，得到环保燃料，其中，所述环保燃料的含水量小于15％。
其中，本申请使用的厨余垃圾是居民家庭及饮食业的饭店，餐厅，宾馆，酒楼，及企事业单位食堂等单位抛弃的剩余饭菜的统称，主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、肉骨、鱼刺等。其化学组份主要为淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。
其中，本申请使用的厨余垃圾进行粉碎处理具体为：将厨余垃圾通过斗式提升机输送至料斗，料斗下部安装打散机；打散机出口通过落料管连接振动筛，振动筛上方布置有磁选机，未经过振动筛的大颗粒物料经过撕碎机后，和直接通过振动筛的液体和小颗粒物料汇合后进入辊压机；辊压机出口通过落料管依次连接刀片式切割机和储液罐，储液罐内部安装搅拌机，底部与浆液泵连接，厨余垃圾浆液通过浆液泵输送至反应器。
其中，本申请使用的厨余垃圾进行浆化处理具体为：使用辊压机对厨余垃圾进行浆化处理，辊压机是一种利用双辊对物料实施纯压力，被粉碎的物料受挤压形成密实的料床，颗粒内部产生强大的应力，使之产生裂纹而粉碎的机械设备。辊压机是利用粒间高压粉碎原理，高效、节能，可以大幅度改善入磨物料的粒度和易磨性。辊压机可以将厨余垃圾中的可粉碎性固体物料破碎至2mm以下。
其中，本申请使用的污泥可以为污水处理厂产生的污泥，也可以为河流或湖泊等沉积的污泥，本申请使用的污泥的含水量大于等于98％。
作为优选，步骤2中，所述第一试剂选自聚合氯化铝PAC、聚硅酸铝PSAA 和明矾中的一种或多种。
作为优选，步骤2中，所述聚合氯化铝的添加量为0.5-1.0mg/kg.DS；所述聚硅酸铝的添加量为1.0-1.5mg/kg.DS；所述明矾的添加量为 1.0-1.5mg/kg.DS；所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5-1.0mg/kg.DS。
更为优选，步骤2中，所述第一试剂选自聚硅酸铝PSAA，所述聚硅酸铝 PSAA与所述聚丙烯酰胺PAM的使用效果较好；所述聚硅酸铝PSAA的添加量为1.0-1.5mg/kg.DS；所述聚丙烯酰胺PAM的添加量为0.5-1.0mg/kg.DS。
其中，步骤2中，所述DS为步骤2中的绝干污泥的重量。
作为优选，步骤2中，所述酸碱调节剂选自一水柠檬酸或/和酒石酸。
作为优选，所述第一混合浆液的pH值为4～6，更为优选，所述第一混合浆液的pH值为5。
作为优选，步骤3中，所述第二试剂混选自CaO或/和水泥窑灰。
作为优选，步骤4中，所述脱水处理包括机械脱水和干燥脱水。
其中，步骤4中，机械脱水具体为压滤机进行深度脱水，深度脱水后得到混合浆液泥饼，通过机械脱水后的产物的含水率低于50％。
其中，步骤4中，干燥脱水具体为加温干燥，通过干燥脱水后的环保燃料为粉末状，干燥后粉末的含水率为10％～15％。
作为优选，本申请公开的制备方法，步骤2中，所述厨余浆液、污泥、酸碱调节剂、第一试剂和聚丙烯酰胺于除臭设备中混合；步骤3中，所述第一混合浆液与第二试剂混合于除臭设备中混合；步骤4中，所述第二混合浆液于除臭设备中进行脱水处理。
具体的，所述除臭设备对步骤2、步骤3和步骤4的处理过程进行除臭处理。
需要说明的是，本申请所用的除臭设备可以为现有常规使用的除臭设备，具体的，本申请提供了具体的除臭设备，本申请使用的除臭设备包括碱喷淋塔和生物除臭塔，所述碱喷淋塔和所述生物除臭塔连接，所述除臭设备的排气口与大气连通，本申请的除臭设备的废弃和污染气于高空排放。
作为优选，本申请公开的制备方法，步骤4中，所述第二混合浆液于除尘设备中进行脱水处理。
具体的，所述除尘设备对步骤4的干燥脱水处理过程进行除尘处理。
需要说明的是，本申请所用的除尘设备可以为现有常规使用的除尘设备，具体的，本申请提供了两种除尘设备，第一种除尘设备包括纳米除尘器和喷淋塔，所述纳米除尘器和所述喷淋塔连接，所述除尘设备的排气口与大气连通，本申请的除尘设备的废弃和污染气于高空排放。第二种除尘设备包括风冷除尘器和喷淋塔，所述风冷除尘器和所述喷淋塔连接，所述除尘设备的排气口与大气连通，本申请的除尘设备的废弃和污染气于高空排放。
作为优选，步骤4还包括造粒处理，对所述第二混合浆液进行脱水处理后的产物进行造粒处理。
其中，所述造粒处理具体为步骤4机械脱水和干燥脱水后得到的粉末输送至造粒机进行造粒，得到新型环保颗粒燃料。
作为优选，本申请公开的制备方法，对所述第二混合浆液进行脱水处理后的产物于除尘设备中进行造粒处理。
具体的，所述除尘设备对造粒处理过程进行除尘处理。
本申请第二方面提供了一种环保燃料，包括所述的制备方法制得的环保燃料。
作为优选，步骤4中，通过脱水处理后得到环保燃料和滤液，滤液主要来源于厨余垃圾和污泥中的水分，本申请步骤4的滤液经过处理后即可达到排放标准将其排放。
本申请第三方面公开了上述环保燃料在燃烧产能中的应用，具体的，上述环保燃料可以应用于发电设备、供暖设备等。
需要说明的是，本申请的技术方案可应用与垃圾处理领域基于环保燃料制备领域。
本申请提供了一种环保燃料，创造性的将厨余垃圾与污泥结合制得环保燃料，一方面厨余垃圾与污泥的资源化利用不仅能降低垃圾的处理成本，另一方面还能产生有用的能源或资源，本申请提供的环保燃料符合燃烧标准，同时，其燃烧的副产物相对于传统化石燃料如煤炭等的释放量低。因此，本申请的技术方案实现厨余垃圾的资源化利用，并得到高热值环保颗粒燃料，使得本申请技术方案适用于垃圾处理领域以及燃料制备领域，在环保燃料制备过程中进行垃圾处理，制得的环保燃料可替代化石燃料进入生物质锅炉燃烧，在妥善处理厨余垃圾的同时，也能有效地解决能源短缺的问题，对“无废城市”建设以及对经济、社会的可持续性发展具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请提供的环保燃料的制备流程图；
图2为本申请实施例1提供的环保燃料的另一种制备流程图。
具体实施方式
本申请提供了一种固体燃料及其制备方法，用于解决传统的石化类燃料燃烧时容易产生污染环境的废气的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料和试剂均为市售或自制；本申请实施例使用的厨余垃圾来源于居民家庭及饮食业的饭店，餐厅，宾馆，酒楼，及企事业单位食堂等单位抛弃的剩余饭菜；本申请实施例使用的污泥来源于污水处理厂产生的污泥，本申请实施例使用的污泥的含水量大于等于98％。
实施例1
本申请实施例提供了使用不同第一试剂制得第一混合浆液，测定相应产物的参数的试验，具体制备方法如下：
1、将厨余垃圾通过斗式提升机输送至料斗，料斗下部安装打散机；打散机出口通过落料管连接振动筛，振动筛上方布置有磁选机，未经过振动筛的大颗粒物料经过撕碎机后，和直接通过振动筛的液体和小颗粒物料汇合后进入辊压机；辊压机出口通过落料管依次连接刀片式切割机和储液罐，储液罐内部安装搅拌机，底部与浆液泵连接，厨余垃圾浆液通过浆液泵输送至反应器，得到厨余浆液。
2、将步骤1的厨余浆液、含水98％的污泥通过螺杆泵输送至反应器内与厨余浆液进行混合，先加入一水柠檬酸制得混合物，调节混合物的pH，调节混合物的pH约为5；然后投加第一试剂和聚丙烯酰胺，通过搅拌叶片搅拌均匀，得到第一混合浆液，第一混合浆液的pH值为5。其中，厨余浆液与污泥的重量比为1:1，第一试剂的添加情况如表1所示，得到7种不同的第一混合浆液(分别标记为产物1～产物7)。
表1
Figure RE-GDA0002687710650000061
3、分别将步骤2的七种第一混合浆液输送至调理池内，向调理池内投加 CaO混合，CaO投加量为0.1kg/kg.DS得到七种第二混合浆液。
4、分别将步骤3的七种第二混合浆液使用高压柱塞泵输送进入压滤机进行深度脱水，将含水率降低至50％左右；深度脱水后得到七种混合浆液泥饼，储存于料仓中，料仓下方有输送机，七种混合浆液泥饼分别标记为泥饼1～泥饼7。同时，压滤过程中得到混合浆液压滤水，分别标记为压滤水1～压滤水7。
5、分别将七种混合泥饼通过输送破碎进入干燥设备进行干燥，干燥后的泥饼粉末的含水率约为15％；干燥后的泥饼粉末输送至造粒机进行造粒，得到七种环保燃料，分别标记为产品1～产品7。
其中，产物1、压滤水1、泥饼1和产品1一一对应，产物2、压滤水2、泥饼2和产品2一一对应，如此类推。
6、测定实施例1中压滤水1～压滤水7的固体悬浮物SS、化学需氧量CODCr、除油率和色度的去除率，结果如表2所示。
表2
Figure RE-GDA0002687710650000062
Figure RE-GDA0002687710650000071
7、测定实施例1中7种不同的第一混合浆液(分别标记为产物1～产物7) 的矾花状态和沉降速度的数据，结果如表3所示。
表3
标记 矾花状态 沉降速度
产物1 尺寸大，松散 快
产物2 尺寸大，较松散 快
产物3 尺寸小，松散 慢
产物4 尺寸大，松散 快
产物5 尺寸较大，松散 较快
产物6 尺寸大，较紧实 较快
产物7 尺寸大，紧实 较快
8、测定实施例1中泥饼1～泥饼7的含水率，结果如表4所示。
表4
标记 泥饼含水率(％)
泥饼1 50.25
泥饼2 45.87
泥饼3 66.09
泥饼4 45.83
泥饼5 56.42
泥饼6 53.37
泥饼7 49.07
9、测定产品1～产品7的含水率和热值数据，结果如表5所示。
表5
标记 目标产物含水率(％) 目标产物热值(Cal)
产品1 12.08 2016.32
产品2 11.16 2328.56
产品3 23.05 1509.35
产品4 11.33 2448.15
产品5 20.26 2120.60
产品6 18.45 2183.19
产品7 18.31 2301.42
实施例2
本申请实施例提供了使用厨余垃圾和污泥制得环保燃料，测定制得的环保燃料的参数的试验，具体制备方法如下：
1、将厨余垃圾通过斗式提升机输送至料斗，料斗下部安装打散机；打散机出口通过落料管连接振动筛，振动筛上方布置有磁选机，未经过振动筛的大颗粒物料经过撕碎机后，和直接通过振动筛的液体和小颗粒物料汇合后进入辊压机；辊压机出口通过落料管依次连接刀片式切割机和储液罐，储液罐内部安装搅拌机，底部与浆液泵连接，厨余垃圾浆液通过浆液泵输送至反应器，得到厨余浆液。
2、将步骤1的厨余浆液、含水98％的污泥通过螺杆泵输送至反应器内先加入一水柠檬酸制得混合物，调节混合物的pH，调节混合物的pH约为5；然后投加1.0mg/kg.DS的PSAA与0.5mg/kg.DS的PAM，通过搅拌叶片搅拌均匀，得到第一混合浆液，第一混合浆液的pH值为5，其中，厨余浆液与污泥的重量比为1:1。
3、将步骤2的第一混合浆液输送至调理池内，向调理池内投加CaO混合， CaO的添加量为0.1kg/kg.DS，得到第二混合浆液。
4、将步骤3的第二混合浆液使用高压柱塞泵输送进入压滤机进行深度脱水；深度脱水后得到混合浆液泥饼，储存于料仓中，料仓下方有输送机，混合浆液泥饼标记为泥饼8。其中，压滤过程中得到混合浆液压滤水，标记为压滤水8。压滤水8为制备过程产生的副产物，本申请实施例的压滤水副产物的盐浓度过大，需要处理至标准范围即可排放。
5、将混合泥饼通过输送破碎进入干燥设备进行干燥，干燥后泥饼粉末的含水率约为15％；干燥后的泥饼粉末输送至造粒机进行造粒，得到环保燃料，标记为产品8。
6、测定实施例2中泥饼8的状态和含水率的化学数据，结果如表6所示。
7、测定实施例2中产品8的热值数据，结果如表7所示。
8、测定实施例2中产品8的碳含量和硫含量，结果如表8所示，表8为本申请实施例制得的产品8与煤炭的碳含量和硫含量的比对。
表6
标记 泥饼含水率(％) 泥饼状态
泥饼8 45.87 状态良好
泥饼9 48.32 状态良好
泥饼10 60.53 不成型，粘度大
表7
标记 目标产物热值(Cal)
产品8 2328.56
产品9 981.33
表8
标记 碳含量(％) 硫含量(％)
产品8 32.35 0.38
煤炭 50～98 0.1～10
对比例1
本申请实施例提供了使用污泥制得环保燃料，测定制得的环保燃料的参数的试验，具体制备方法如下：
1、将含水98％的污泥通过螺杆泵输送至反应器内先加入一水柠檬酸制得混合物，调节混合物的pH，调节混合物的pH约为5；然后投加1.0mg/kg.DS 的PSAA与0.5mg/kg.DS的PAM，通过搅拌叶片搅拌均匀，得到第一混合浆液，第一混合浆液的pH值为5。
2、将步骤1的第一混合浆液输送至调理池内，向调理池内投加CaO混合， CaO的添加量为0.1kg/kg.DS，得到第二混合浆液。
3、将步骤2的第二混合浆液使用高压柱塞泵输送进入压滤机进行深度脱水；深度脱水后得到混合浆液泥饼，储存于料仓中，料仓下方有输送机，混合浆液泥饼标记为泥饼9。其中，压滤过程中得到混合浆液压滤水，标记为压滤水9。压滤水9为制备过程产生的副产物，本申请对比例的压滤水副产物多项指标不符合排放标准，需要经过复杂处理后才能将压滤水排放。
4、将混合泥饼通过输送破碎进入干燥设备进行干燥，干燥后泥饼粉末的含水率约为15％；干燥后的泥饼粉末输送至造粒机进行造粒，得到环保燃料，标记为产品9。
5、测定对比例1中泥饼9的状态和含水率的化学数据，结果如表6所示。
6、测定对比例1中产品9的热值数据，结果如表7所示。
对比例2
本申请实施例提供了使用厨余垃圾制得环保燃料，测定制得的环保燃料的参数的试验，具体制备方法如下：
1、将厨余浆液通过螺杆泵输送至反应器内先加入一水柠檬酸制得混合物，调节混合物的pH，调节混合物的pH约为5；然后投加1.0mg/kg.DS的PSAA 与0.5mg/kg.DS的PAM，通过搅拌叶片搅拌均匀，得到第一混合浆液，第一混合浆液的pH值为5。
2、将步骤1的第一混合浆液输送至调理池内，向调理池内投加CaO混合， CaO的添加量为0.1kg/kg.DS，得到第二混合浆液。
3、将步骤2的第二混合浆液使用高压柱塞泵输送进入压滤机进行深度脱水；深度脱水后得到混合浆液泥饼，储存于料仓中，料仓下方有输送机，混合浆液泥饼标记为泥饼10。其中，压滤过程中得到混合浆液压滤水，标记为压滤水10。压滤水10为制备过程产生的副产物，本申请对比例的压滤水副产物多项指标不符合排放标准，需要经过复杂处理后才能将压滤水排放。
4、将混合泥饼通过输送破碎进入干燥设备进行干燥，干燥后泥饼粉末的含水率约为15％；干燥后的泥饼粉末输送至造粒机进行造粒，得到环保燃料，标记为产品10。
5、测定对比例2中泥饼10的状态和含水率的化学数据，结果如表6所示。
综上所述，本申请实施例提供了一种环保燃料，创造性地将厨余垃圾与污泥结合制得环保燃料，本申请提供的环保燃料符合现有的燃烧标准，同时，其燃烧的副产物将对于传统化石燃料如煤炭等的释放量低，本申请的技术方案实现厨余垃圾的资源化利用，并得到高热值环保颗粒燃料，可替代化石燃料进入生物质锅炉燃烧，在妥善处理厨余垃圾的同时，也能有效地解决能源短缺的问题，对“无废城市”建设以及对经济、社会的可持续性发展具有重要意义。
由表2～表4可知，在相同条件下，PAC、PSAA与明矾单独使用，PSAA 的处理效果明显优于PAC与明矾，尤其在油的去除率方面更为突出，除油率可达97.3％；相较于PSAA的单独使用，PAC、PSAA与明矾的混合使用对各项指标没有明显的提高。
由表3～表5可知，在相同的条件下，PSAA对厨余垃圾混合污泥的处理效果无论在沉降速度、矾花状态、泥饼及目标产物含水率，还是在目标产物热值方面都表现优异。其中，PAC与PSAA混合使用时制得的产品4的热值最高，其次是PSAA单独使用制得的产品2，再次之是PAC、PSAA与明矾混合使用时制得的产品7。
由表6～表8可知，在相同PSAA添加量下，厨余垃圾与污泥混合制得环保燃料相较单一污泥，大大提高了目标产物热值，且厨余垃圾与污泥混合制得环保燃料过程中产生的副产物—压滤水的处理难度较低，采用污泥或者厨余垃圾单独制备的环保燃料生产的压滤水副产物需要进行多项指标调整才能进行排放，因此，污泥或者厨余垃圾单独制备的环保燃料生产的压滤水副产物的处理成本远高于实施例2的处理成本。
煤炭中的含硫量一般在0.1％～10％，煤炭含碳量为50％-98％，而低于0.5％为低硫煤，因此，本申请实施例2中的产品8在含硫量方面属于低硫煤的范畴，本申请实施例2中的产品8在含碳量方面具备作为燃料的特性，可见，本申请实施例提供的环保燃料是一种可替代化石燃料的新型环保燃料。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将厨余垃圾依次进行粉碎和浆化处理，得到厨余浆液；
步骤2、将所述厨余浆液、污泥、酸碱调节剂、第一试剂和聚丙烯酰胺混合，得到第一混合浆液，所述第一混合浆液的pH值小于7；
步骤3、将所述第一混合浆液与第二试剂混合，得到第二混合浆液；
步骤4、将所述第二混合浆液进行脱水处理，得到环保燃料，其中，所述环保燃料的含水量小于等于15％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述第一试剂选自聚合氯化铝、聚硅酸铝和明矾中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述聚合氯化铝的添加量为0.5-1.0mg/kg.DS；所述聚硅酸铝的添加量为1.0-1.5mg/kg.DS；所述明矾的添加量为1.0-1.5mg/kg.DS；所述聚丙烯酰胺的添加量为0.5-1.0mg/kg.DS。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述酸碱调节剂选自一水柠檬酸或/和酒石酸。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述第二试剂混选自CaO或/和水泥窑灰。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述脱水处理包括机械脱水和干燥脱水。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述厨余浆液、污泥、酸碱调节剂、第一试剂和聚丙烯酰胺于除臭设备中混合；步骤3中，所述第一混合浆液与第二试剂混合于除臭设备中混合；步骤4中，所述第二混合浆液于除臭设备中进行脱水处理。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述第二混合浆液于除尘设备中进行脱水处理。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4还包括造粒处理，对所述第二混合浆液进行脱水处理后的产物进行造粒处理。
10.一种环保燃料，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的制备方法制得的环保燃料。
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