CN1410511A - 一种由可燃固体废弃物制备液体燃料的工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由可燃固体废弃物制备液体燃料的工艺及装置，将固体废弃物及生活垃圾收集、分拣去除不可燃成分后，经净化、干燥、粉碎后送入反应釜内，在有超临界流体存在情况下，控制温度和压力使之进行液化转化，得到半成品液体燃料和固体残留物，固体残留物再经富集、加压、成型得到固型燃料，半成品液体燃料经精炼后得到成品液体燃料。采用过热锡来加热反应釜，反应速度快、液化产率高、能够抑制和减轻热解反应、从而减少反应中常见的积炭现象，产品与超临界流体易分离。

Description

一种由可燃固体废弃物制备液体燃料的工艺及装置
(一)技术领域：固体废弃物再生处理
(二)技术背景：随着世界经济的不断发展、人口日益增加，矿物燃料的消费量随之迅速增长，而矿物燃料的储量却日益贫乏，为了很好地解决能源、环境与发展间的关系，目前各国政府十分重视可持续发展能源新技术的开发研究。
我国是一个人口众多的发展中农业大国，每年农作物秸秆、林业加工木屑等农林业可燃固体废弃物的产量达6亿多吨，其中部分被作为燃料直接燃烧、部分用传统的沼气法和热解气化法制备民用燃气燃料，其余大部分则未利用。此外我国城市每年的可燃固体生活垃圾产量近1亿吨，这些可燃固体废弃物也没有很好利用。目前，对林业、农业可燃固体废弃物和可燃生活垃圾的处理，主要有直接燃烧和热解气化两大方法。但是，这样处理不但对生物质的利用效率低，严重污染环境，且热解气化工艺复杂。如何充分利用这些可燃固体废弃物，使之变废为宝，尤其是使之变为优质的再生燃料，是一个具有深刻现实意义的课题。近年来，各国学者纷纷开展由生物质直接液化技术，取得可喜的进展。欧洲、美国、加拿大等国已经开发了产率达70％左右的生物质液化技术。我们分别以秸秆等农作物废弃物、林业加工废弃物、城市生活垃圾等可燃固体废弃物为原料进行了超临界流体液化转化新技术的研发。当反应体系温度超过临界温度、压力超过临界压力时体系中的流体称为超临界流体。超临界流体液化转化是指以超临界流体为反应介质，将其它物质在超临界流体中液化转化为有用物质。
(三)技术内容：
1、本发明的目的是对林业和农业可燃固体废弃物(如：林业加工木屑、农作物秸秆等)，以及可燃生活垃圾(如：废旧轮胎、废塑料、包装盒、废纸等)进行超临界流体液化转化处理，得到小分子的有机化合物，如：葡萄糖、果糖、木糖、纤维二糖、糠醛、烷烃、链烷烃、烯烃、乙醇、对苯二甲酸、苯甲酸、醋酸、乙二醇等。
2、技术方案
1)图1是本发明的工艺流程图。首先，将原料(固体废弃物及生活垃圾)分拣并去掉不可燃成分，用纯净水或稀醋酸溶液对其进行净化处理，以除去其中的尘土及其它杂质，在一定压力和温度条件下干燥、然后粉碎，称重后与超临界流体按设定的配比送入反应釜进行超临界流体液化转化，经固液分离后得半成品液体燃料和固体残留物，固体残留物经干燥后按重量比加入固硫剂和固氯剂以及粘结剂一起混合，再成型得到固型燃料，将半成品液体燃料送入精馏塔进行精炼，最后得到成品液体燃料。
2)技术条件
(1)净化处理的稀醋酸溶液重量百分浓度为5～20％，净化时间为10～100分钟，加入量与原料重量比为1～10∶1；
(2)干燥压力为0.08～0.1MPa，温度105±50℃，干燥时间为4～40小时；
(3)粉碎粒度控制在30～100目；
(4)反应釜内原料与超临界流体介质配比为1∶5～30(重量比)，温度为250～600℃，压力为6～40MPa；
(5)超临界流体是超临界水、甲醇、乙醇、甲苯；
(6)固体残留物干燥温度为40～100℃，压力为0.07～0.1Mpa，时间为4～30小时；
(7)干燥好的固体残留按重量比加入1～12％的固硫剂、1～10％的固氯剂和1～10％的粘结剂混合，并在10～35MPa压力下成型。固硫剂可用Ca(OH)2、CaO、CaCO3等，固氯剂可用Na2CO3、NaHCO3等，粘结剂可用有机粘结剂、无机粘结剂或钙系复合粘结剂等；
(8)半成品的液体燃料在精馏塔中的精馏温度为100～500℃，压力为0.06～0.1MPa。当温度小于190℃时得到汽油类产品，占总重量的38±8％，温度在190～350℃时得到轻质燃料油，占46±10％，温度大于350℃得到重油类产品，占16±6％。
3)采用如图2所示的超临界流体转化装置，可以取得最佳效果。其由反应釜1、固定装置2、带锡池的电炉3、水池4、升降装置5、滑轨6、电动机7以及测温、测压导线8组成。反应釜固定在升降装置上，工作时浸入带锡池的电炉中加热，进行超临界流体液化转化，电机通过滑轮上、下提拉反应釜、升降机可带着反应釜在锡池和水池之间移动，带锡池的电炉是用以加热反应釜及其中的原料的。
反应釜分为A、B两种结构，A种结构如图3所示，其由反应筒9、垫圈10、密封头11、螺帽封头12、压紧螺栓13组成。B种结构如图4所示，其由反应筒9、垫圈10、密封头11、螺帽封头12组成。
3、本发明具有的优点及积极效果
1)反应速度快。达到超临界状态后，视不同的物质，只需要10～150秒(塑料液化转化需10～90分钟)就能将可燃固体废弃物液化转化成液体燃料。
2)液化产率高。一般液化产率可达80～95％。
3)无污染。由于反应釜是封闭式的，所以不存在二次污染。
4)超临界液化转化处理，能够抑制和减轻热解反应，从而减少反应中常见的积炭现象。
5)由于采用过热锡来加热反应釜，而锡的蓄热量大，从而加热反应釜的速度快，加热均匀，反应釜所需达到的温度也容易控制。
6)产品与超临界流体容易分离。由于超临界流体大多数性质是密度的函数，而其密度能够通过调节压力来控制，所以能够很方便的控制压力来控制有机物的溶解度，从而使产品与超临界流体分离。
(四)附图说明：
图1是本发明工艺流程图。图2是实现超临界流体液化转化工艺装置的结构原理图，图中1是反应釜、2是固定装置、3是带锡池的电炉、4是水池、5是升降装置、6是滑轨、7是电动机、8是测温、测压导线。图3是A种反应釜结构图，图4是B种反应釜结构图，图中9为反应筒、10为垫圈、11为密封头、12为螺帽封头、13为压紧螺栓。
(五)具体实施方式：
实施例一(木质纤维素类物质)
首先，将可燃固体废弃物中的木质纤维素类物质挑选出来，用纯净水处理30分钟。然后，将其在温度为105℃及压力为0.095MPa下干燥24个小时，控制水分在10％内。将其粉碎，粒度控制在过60目，以水为超临界流体介质，按重量比为木质纤维素类物质∶水＝1∶10的比例配比送入反应釜。再将反应釜浸入420℃的锡池中，观察温度控制仪，当反应釜内流体温度达到374℃后，过15秒将反应釜取出，放入水池中急冷。
取出反应釜中的产物，进行固液分离，得到半成品液体燃料和固体残留物。富集固体残留物并将其在60℃、0.095MPa下干燥10个小时后，加入6％的石灰粉和3％的有机粘结剂进行混合。再将混合物在15MPa压力下成型，得到固体燃料；将半成品液体燃料进行色谱分析，里面含有糠醛、葡萄糖、果糖、木糖、纤维二糖、左旋葡萄糖等。将半成品液体燃料送入温度区间为100～300℃的一级精馏塔进行精炼，得到轻质液体燃料。
实施例二(废旧塑料类)
首先，将可燃固体废弃物中的废旧塑料类物质挑选出来，用10％的稀醋酸处理30分钟。将其在温度为85℃及0.09MPa下干燥10个小时，控制水分在6％内。然后，将其粉碎，粒度控制在过50目，以甲醇为超临界流体介质，按塑料类物质∶甲醇＝1∶15的重量比送入反应釜，甲醇的重量百分浓度为85～96％。再将反应釜浸入350℃的锡池中，观察温度控制仪，当反应釜内流体温度达到300℃后，过40分钟将反应釜取出，放入水池中急冷。
取出反应釜中的产物，进行固液分离，得到半成品液体燃料和固体残留物。富集固体残留物并将其在70℃、0.09MPa下干燥8个小时后，加入8％的石灰粉+5％的苏打粉和5％的有机粘结剂进行混合。再将混合物在20MPa下成型，得到固体燃料；将半成品液体燃料进行色谱分析，里面含有烷烃、烯烃、乙二醇、苯甲酸、对苯二甲酸等。将半成品液体燃料送入温度区间为100～190℃、190～350℃和350～500℃的三级常压精馏塔进行精炼，分别得到汽油类产品、轻质燃料油类产品和重油类产品。
实施例三(废旧塑料类)
首先，将可燃固体废弃物中的废旧塑料类物质挑选出来，用15％的稀醋酸处理50分钟。将其在温度为90℃及0.1MPa下干燥15个小时，控制水分在5％内。然后，将其粉碎，粒度控制在过60目，以甲苯为超临界流体介质，按塑料类物质∶甲苯＝1∶12的重量比送入反应釜，甲苯的重量百分浓度为80～97％。再将反应釜浸入370℃的锡池中，观察温度控制仪，当反应釜内流体温度达到350℃后，过60分钟将反应釜取出，放入水池中急冷。
取出反应釜中的产物，进行固液分离，得到半成品液体燃料和固体残留物。富集固体残留物并将其在65℃、0.095MPa下干燥12个小时后，加入10％的石灰粉+5％的苏打粉和5％的有机粘结剂进行混合。再将混合物在25MPa下成型，得到固体燃料；将半成品液体燃料进行色谱分析，里面含有链烷烃、烯烃、乙醇、乙二醇、苯甲酸、对苯二甲酸等。将半成品液体燃料送入温度区间为100～190℃、190～350℃和350～500℃的三级常压精馏塔进行精炼，分别得到汽油类产品、轻质燃料油类产品和重油类产品。

Claims (5)

1、一种由可燃固体废弃物制备液体燃料的工艺，其特征是：
1)工艺流程：将原料(固体废弃物及生活垃圾)收集、分拣去掉不可燃成分，用纯净水或稀醋酸净化，在压力和温度条件下干燥，粉碎后与超临界流体按设定的配比送入反应釜进行超临界流体液化转化，经固液分离后得半成品液体燃料和固体残留物，固体残留物经干燥后按重量比加入固硫剂和固氯剂及粘结剂混合、成型得到固型燃料，半成品液体燃料送入精馏塔进行精炼，得到成品液体燃料，
2)技术条件：
(1)净化处理的稀醋酸溶液重量百分浓度为5～20％，净化时间为10～100分钟，加入量为与原料重量比为1～10∶1；
(2)干燥压力为0.08～0.1MPa，温度105±50℃，干燥时间为4～40小时；
(3)粉碎粒度控制在30～100目；
(4)反应釜内原料与超临界流体介质配比为1∶5～30(重量比)，温度为250～600℃，压力为6～40MPa；
(5)超临界流体是超临界水、甲醇、乙醇、甲苯；
(6)固体残留物干燥温度为40～100℃，压力为0.07～0.1Mpa，时间为4～30小时；
(7)干燥好的固体残留物按重量比加入1～12％的固硫剂、1～10％的固氯剂和1～10％的粘结剂混合，并在10～35MPa压力下成型；
(8)半成品的液体燃料在精馏塔中的精馏温度为100～500℃，压力为0.06～0.1MPa。
2、根据权利要求1所述的制备液体燃料的工艺，其特征是：超临界流体是甲醇，其重量百分浓度为85～96％。
3、根据权利要求1所述制备液体燃料的工艺，其特征是：超临界流体是甲苯，其重量百分浓度为80～97％。
4、根据权利要求所述的工艺，其特征是：用以完成液化转化工艺的装置由反应釜(1)、固定装置(2)、带锡池的电炉(3)、水池(4)、升降装置(5)、滑轨(6)、电动机(7)以及测温、测压导线(8)组成，反应釜固定在升降装置上，电动机通过滑轮(14)上、下提拉反应釜、升降机可带着反应釜在锡池和水池之间移动。
5、根据权利要求1、2所述的工艺，其特征是：反应釜由反应筒(9)、垫圈(10)、密封头(11)、螺帽封头(12)、压紧螺栓(13)组成。
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