環(huán)保高效的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法以及利用該方法的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)保高效的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，具體地涉及利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，上述利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法包括：廢棄物混合步驟(a)，將高含水有機廢棄物和城市垃圾投入于Fe系的反應(yīng)器并進行混合；水解步驟(b)，對上述反應(yīng)器施加高溫的蒸氣，來加壓上述有機廢棄物和城市垃圾的混合物之后，通過在加壓狀態(tài)下進行攪拌，來使上述混合物水解；減壓步驟(c)，排出上述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣，來將反應(yīng)器的內(nèi)部快速減壓并進行靜置，從而將經(jīng)過上述水解步驟(b)的有機廢棄物低分子化，或者通過增大經(jīng)過上述水解步驟(b)的城市垃圾的比表面積來使其破碎；真空或差壓步驟(d)，對上述反應(yīng)器施加真空或差壓條件，來去除經(jīng)過上述減壓步驟(c)的反應(yīng)物的水分；以及固體染料化步驟(e)，將經(jīng)過上述真空或差壓步驟(d)的反應(yīng)物進行自然干燥及壓縮成型，來制備水分含量為10～20％的固體燃料。
【專利說明】環(huán)保高效的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法以 及利用該方法的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及明顯減少惡臭，且既環(huán)保又有效地從高含水有機廢棄物制備固體原料 的方法及利用該方法的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用焚燒、發(fā)酵、直接及間接干燥等技術(shù)來處理有機污泥和畜產(chǎn)糞尿等有機廢棄 物。然而，焚燒的情況下，生成二惡英等有害物質(zhì)，需要大量的外部能量，且設(shè)置費用很高， 因而存在不經(jīng)濟的缺點。并且，當(dāng)進行直接及間接干燥時，存在將80%的水分降低至15% 所需的能量相當(dāng)多，且在干燥過程及干燥后的固體燃料中產(chǎn)生嚴重的惡臭的問題。并且，發(fā) 酵的情況下，存在這種惡臭的產(chǎn)生尤其嚴重，能量效率低，所需時間長，且需處理廢水的問 題。并且，海洋排出因協(xié)約的生效而2012年1月以后禁止排出下水污泥及畜產(chǎn)糞尿，并且 2013年1月以后，在處理食品垃圾的過程中所產(chǎn)生的廢水也將禁止海洋投棄。
[0003] 關(guān)于高含水有機廢棄物的處理，為了將高含水有機廢棄物用作能源而正開發(fā)將其 固體染料化的技術(shù)，這種情況下，必須將水分含量降低至15%以下。這種固體染料化技術(shù)大 致分為干燥和碳化，但考慮總能量部分而最優(yōu)選為干燥。然而，當(dāng)前，存在干燥的過程中的 惡臭和所生成的燃料的存儲及使用時伴隨的惡臭的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題
[0005] 對此，為了解決如上所述的問題，本發(fā)明要解決的問題在于，提供明顯減少惡臭， 且既環(huán)保又有效地從高含水有機廢棄物制備固體原料的方法。
[0006] 并且，本發(fā)明要解決的問題在于，提供利用通過上述方法制備的固體燃料的熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
[0007] 解決問題的手段
[0008] 用于解決如上所述的問題的本發(fā)明作為一實施方式涉及利用高含水有機廢棄物 制備固體燃料的方法，上述利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法包括：廢棄物混合 步驟（a)，將高含水有機廢棄物和城市垃圾投入于Fe系的反應(yīng)器并進行混合；水解步驟 (b)，對上述反應(yīng)器施加高溫的蒸氣，來加壓上述有機廢棄物和城市垃圾的混合物之后，通 過在加壓狀態(tài)下進行攪拌，來使上述混合物水解；減壓步驟（c)，排出上述反應(yīng)器的內(nèi)部的 蒸氣，來將反應(yīng)器的內(nèi)部快速減壓并進行靜置，從而將經(jīng)過上述水解步驟（b)的有機廢棄 物低分子化，或者通過增大經(jīng)過上述水解步驟（b)的城市垃圾的比表面積來使其破碎；真 空或差壓步驟（d)，對上述反應(yīng)器施加真空或差壓條件，來去除經(jīng)過上述減壓步驟（c)的反 應(yīng)物的水分；以及固體染料化步驟（e)，將經(jīng)過上述真空或差壓步驟（d)的反應(yīng)物進行自然 干燥及壓縮成型，來制備水分含量為10?20%的固體燃料。
[0009] 并且，作為另一實施方式，本發(fā)明涉及利用通過上述方法制備的固體燃料的熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
[0010] 發(fā)明的效果
[0011] 本發(fā)明具有如下效果：將高含水有機廢棄物和城市垃圾投入于Fe系的反應(yīng)器并 進行混合，且施加高溫高壓的水蒸氣，由此借助基于水蒸氣自由基的分解力、Fe反應(yīng)催化劑 的基于蛋白胨反應(yīng)的促進而非常有效地分解有機物及惡臭成分，并且，借助快速減壓工序， 破碎有機廢棄物，完全分解，并有效干燥有機廢棄物的內(nèi)部水，由此制備固體燃料。尤其，本 發(fā)明具有如下效果：在施加高溫高壓的蒸氣后經(jīng)過快速減壓的步驟，由此將未分解的有機 廢棄物低分子化，并使城市垃圾膨脹來增大比表面積，以大大提高干燥的效率，從而能夠在 短時間內(nèi)制備固體燃料。
[0012] 并且，通過本發(fā)明的方法制備的固體燃料具有如下效果：因具有高的低位發(fā)熱量 而能夠提供為代替化石能源的優(yōu)秀的能源，從而能夠借助利用該固體燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 有效生產(chǎn)電力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1示出了本發(fā)明的高含水有機廢棄物的處理系統(tǒng)。
[0014] 圖2示出了水的離子積變化和介電常數(shù)變化曲線。

【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明涉及如下的環(huán)保高效的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，將高 含水有機廢棄物和城市垃圾投入于Fe系的反應(yīng)器并進行混合，且施加高溫高壓的水蒸氣， 由此借助基于水蒸氣自由基的分解力、Fe反應(yīng)催化劑的基于蛋白胨反應(yīng)的促進而分解有機 物及惡臭成分，并且，借助快速減壓工序，破碎有機廢棄物，完全分解，并有效干燥有機廢棄 物的內(nèi)部水。
[0016] 以下，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017] 本發(fā)明涉及利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，上述利用高含水有機廢 棄物制備固體燃料的方法包括：廢棄物混合步驟（a)，將高含水有機廢棄物和城市垃圾投 入于Fe系的反應(yīng)器并進行混合；水解步驟（b)，對上述反應(yīng)器施加高溫的蒸氣，來加壓上述 有機廢棄物和城市垃圾的混合物之后，通過在加壓狀態(tài)下進行攪拌，來使上述混合物水解； 減壓步驟（c)，排出上述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣，來將反應(yīng)器的內(nèi)部快速減壓并進行靜置，從 而將經(jīng)過上述水解步驟（b)的有機廢棄物低分子化，或者通過增大經(jīng)過上述水解步驟（b) 的城市垃圾的比表面積來使其破碎；真空或差壓步驟（d)，對上述反應(yīng)器施加真空或差壓 條件，來去除經(jīng)過上述減壓步驟（c)的反應(yīng)物的水分；以及固體染料化步驟（e)，將經(jīng)過上 述真空或差壓步驟（d)的反應(yīng)物進行自然干燥，來制備水分含量為10?20%的固體燃料。
[0018] 在本發(fā)明中，上述廢棄物混合步驟（a)為將高含水有機廢棄物和城市垃圾投入于 Fe系的反應(yīng)器并進行混合的步驟，優(yōu)選地，上述高含水有機廢棄物為選自畜產(chǎn)糞尿、下水污 泥、食物垃圾中的一種以上，上述高含水有機廢棄物的水分含量為80 %以上，上述城市垃圾 包括紙類及塑料類。這是因為在減壓步驟中通過減壓實現(xiàn)低分子化的有機廢棄物與隨著膨 脹而具有增大的比表面積的紙類及塑料類城市垃圾發(fā)生反應(yīng)，從而將干燥的效率最大化， 并且，包括作為石油類有機物質(zhì)的塑料類城市垃圾，由此能夠提高所生成的固體燃料的低 位發(fā)熱量。在上述城市垃圾中，紙類優(yōu)選為50?55重量百分比，塑料類優(yōu)選為40?45重 量百分比。
[0019] 并且，在上述廢棄物混合步驟（a)中，更優(yōu)選地，將上述高含水有機廢棄物和城市 垃圾以3. 5?4:0. 5?1的比例投入并進行混合。并且，更優(yōu)選地，將上述高含水有機廢棄 物和城市垃圾以70?90%的填充率投入于上述反應(yīng)器并進行混合。這是因為即使將所需 廢棄物以如上所述的高的填充率投入于反應(yīng)器的內(nèi)部，也可從反應(yīng)器的外部供給高溫高壓 的水蒸氣而維持與飽和水蒸氣的接觸反應(yīng)，因而能夠?qū)U棄物的處理容量最大，來提高反 應(yīng)的效率。
[0020] 并且，在本發(fā)明中，上述水解步驟（b)為對上述反應(yīng)器施加高溫的蒸氣，來加壓上 述有機廢棄物和城市垃圾的混合物之后，通過在加壓狀態(tài)下進行攪拌，來使上述混合物水 解的步驟，通過加壓分解組成有機廢棄物的物質(zhì)并進行低分子化，且分解包含硫酸成分的 惡臭成分來去除惡臭，并借助高溫明顯降低有機廢棄物的含水率。此時，優(yōu)選地，利用與上 述反應(yīng)器相連接的鍋爐，來對上述反應(yīng)器施加200?250°C的蒸氣，使得反應(yīng)器的內(nèi)部壓力 成為20?25大氣壓后，進行攪拌來實現(xiàn)水解反應(yīng)。圖2示出了水的離子積（[H+][0H-])的 變化和介電常數(shù)的變化，如圖2所示，在200?250°C溫度下離子反應(yīng)最活潑，與常溫相比， 呈現(xiàn)約1000倍以上的活性，且介電常數(shù)與常溫相比降低至1/3?1/4水準，因此在離子之 間產(chǎn)生電位差，從而能夠增加有機物分解力。對此，在小于上述溫度及壓力范圍的情況下， 有機物的分解及惡臭的減少效果降低，從而不能獲得所需的效果，且超過上述溫度及壓力 范圍的情況下，會導(dǎo)致能量損失。
[0021] 并且，在本發(fā)明的上述步驟（b)中，利用與上述反應(yīng)器相連接的鍋爐來供給蒸氣， 直接與溫度低的有機廢棄物相接觸并噴射，而無需變?yōu)楦邷厮倪^程，反應(yīng)器內(nèi)的有機廢 棄物與從鍋爐供給的水蒸氣相接觸而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，由此明顯提高反應(yīng)的效率。并且， 如上所述，利用從外部供給的鍋爐來供給蒸氣，而不發(fā)生與高溫水反應(yīng)的現(xiàn)象，因此，即使 填充于反應(yīng)器的內(nèi)部的廢棄物的量增加，也可維持反應(yīng)，從而能夠?qū)⒋幚淼膹U棄物的混 合物以達到反應(yīng)器的70?90%的方式進行填充，來發(fā)生與水蒸氣的接觸反應(yīng)。
[0022] 并且，上述水解反應(yīng)在Fe系的反應(yīng)器的內(nèi)部進行，因此借助Fe的催化作用，尤其， 能夠在反應(yīng)器內(nèi)飽和水蒸氣所占的區(qū)域促進蛋白胨反應(yīng)，從而能夠明顯提高反應(yīng)的效率， 且隨著反應(yīng)器的處理及運轉(zhuǎn)，在反應(yīng)器的內(nèi)部形成1?2mm的有機膜，由此能夠防止NaCl 等引起的腐蝕。
[0023] 并且，在本發(fā)明中，上述減壓步驟（c)為排出上述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣，來將反應(yīng) 器的內(nèi)部快速減壓并進行靜置，從而將經(jīng)過上述水解步驟（b)的有機廢棄物低分子化，或 者通過增大經(jīng)過上述水解步驟（b)的城市垃圾的比表面積來使其破碎的步驟，對利用高溫 的蒸氣加壓的狀態(tài)的反應(yīng)物進行瞬間減壓來增大體積，由此進行低分子化或破碎。通過這 種減壓步驟，作為原料的城市垃圾的體積瞬間膨脹而使比表面積增大，由此隨著與含水有 機物進行反應(yīng)而干燥，能夠相當(dāng)縮短干燥時間，從而明顯提高干燥的效率，優(yōu)選地，以將上 述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣排出10?120秒鐘來使上述反應(yīng)器的內(nèi)部壓力成為0. 9?1. 1大 氣壓的方式快速減壓。
[0024] 并且，本發(fā)明的特征在于，上述真空或差壓步驟（d)為對上述反應(yīng)器施加真空或 差壓條件，來去除經(jīng)過上述減壓步驟（c)的反應(yīng)物的水分的步驟，優(yōu)選地，利用與上述反應(yīng) 器相連接的真空泵，來對上述反應(yīng)器施加10?15分鐘的真空或差壓條件，從而去除經(jīng)過上 述減壓步驟（c)的反應(yīng)物中所含有的水分的5?10%。
[0025] 并且，本發(fā)明的特征在于，上述固體染料化步驟（e)為將經(jīng)過上述步驟（d)的反應(yīng) 物進行自然干燥，來制備水分含量為10?20%的固體燃料的步驟，優(yōu)選地，所制備的固體 燃料的低位發(fā)熱量為5000kcal/kg以上。
[0026] 并且，作為另一實施方式，本發(fā)明涉及利用通過上述方法制備的固體燃料的熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。即，本發(fā)明可提供如下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，從上述高含水有機廢棄物和城市垃圾制 備固體燃料（垃圾衍生燃料（RDF))，并向上述垃圾衍生燃料專用燃燒器及鍋爐供給上述固 體燃料，來生產(chǎn)過熱蒸氣，借助利用上述過熱蒸氣的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)電力。
[0027] 以下，通過實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0028] 實施例
[0029]〈實施例1>
[0030] 制作分批式的具有Fe材質(zhì)的5m3的大小的反應(yīng)器，并且盡快向反應(yīng)器投入含水率 為80?85%的畜產(chǎn)糞尿3. 5t和紙類城市垃圾（MSW)O. 5?It后，關(guān)閉了反應(yīng)器上部的投 入口。與投入結(jié)束同時，混合畜產(chǎn)糞尿和城市垃圾，并供給210°C溫度的水蒸氣，來使反應(yīng) 器的內(nèi)部壓力成為23atm。此時，所投入的飽和水蒸氣或過熱水蒸氣在預(yù)先準備的反應(yīng)器 上部的水蒸氣供給專用鍋爐中在約3?5分鐘內(nèi)達到反應(yīng)條件，從而中斷了水蒸氣的供給。 以使所供給的水蒸氣和對象廢棄物之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)的方式以10?15rpm的速度進 行了攪拌。在反應(yīng)進行期間，當(dāng)成為預(yù)先設(shè)定的溫度和壓力以下的條件時，間歇性地供給飽 和水蒸氣或過熱蒸氣，來維持了 210°C溫度、23atm壓力的氣氛。根據(jù)處理對象物的物性，維 持30?60分鐘的上述狀態(tài)，來充分發(fā)生基于水蒸氣、處理對象有機物及Fe系的反應(yīng)器的 借助催化作用的蛋白胨反應(yīng)。
[0031] 然后，打開減壓閥，并通過蒸氣排出口瞬間排出水蒸氣，直到2分鐘內(nèi)成為大氣壓 (1大氣壓）為止，從而將上面的在反應(yīng)過程中未分解的有機物、有機細胞或城市垃圾進行 低分子化或破碎。低分子化或破碎結(jié)束后，在高溫真空或差壓條件下，為了去除反應(yīng)器內(nèi)的 反應(yīng)物的水分，利用外部的真空（差壓）泵，來執(zhí)行約10?15分鐘的真空（差壓）工序， 從而去除了反應(yīng)物內(nèi)的所有水分的約5?10%。反應(yīng)后所生成的生成物移向槳葉式自然干 燥場后，進行自然干燥，由此生成了含水率為15%的最終固體燃料。
[0032]〈比較例1>
[0033] 利用上述實施例1的方法制備固體燃料，且以不添加城市垃圾（MSW)的方式制備 了固體燃料。
[0034]〈比較例2>
[0035] 利用上述實施例1的方法制備固體燃料，且不經(jīng)過加壓后排出蒸氣來瞬間快速減 壓的過程，來制備了固體燃料。
[0036] 實駘及結(jié)果
[0037] 將未經(jīng)過處理的高含水廢棄物和比較例1及比較例2作為對照組，來測定上述實 施例的基于固體燃料的制備時間（干燥時間）的含水量的變化，并將由此得到的結(jié)果示于 下列表1中。
[0038] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于，包括： 廢棄物混合步驟（a)，將高含水有機廢棄物和城市垃圾投入于Fe系的反應(yīng)器并進行混 合； 水解步驟（b)，對上述反應(yīng)器施加高溫的蒸氣，來加壓上述有機廢棄物和城市垃圾的混 合物之后，通過在加壓狀態(tài)下進行攪拌，來使上述混合物水解； 減壓步驟（c)，排出上述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣，來將反應(yīng)器的內(nèi)部快速減壓并進行靜 置，從而將經(jīng)過上述水解步驟（b)的有機廢棄物低分子化，或者通過增大經(jīng)過上述水解步 驟（b)的城市垃圾的比表面積來使其破碎； 真空或差壓步驟（d)，對上述反應(yīng)器施加真空或差壓條件，來去除經(jīng)過上述減壓步驟 (c)的反應(yīng)物的水分；以及 固體染料化步驟（e)，將經(jīng)過上述真空或差壓步驟（d)的反應(yīng)物進行自然干燥，來制備 水分含量為10?20%的固體燃料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述廢棄物混合步驟（a)中，上述高含水有機廢棄物為選自畜產(chǎn)糞尿、下水污泥、食物垃 圾中的一種以上，上述高含水有機廢棄物的水分含量為80 %以上，上述城市垃圾包括紙類 及塑料類。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述廢棄物混合步驟（a)中，將上述高含水有機廢棄物和城市垃圾以3. 5?4:0. 5?1 的比例投入并進行混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述廢棄物混合步驟（a)中，將上述高含水有機廢棄物和城市垃圾以70?90 %的填充率 投入于上述Fe系的反應(yīng)器并進行混合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述水解步驟（b)中，利用與上述反應(yīng)器相連接的鍋爐，來對上述反應(yīng)器施加200? 250°C的蒸氣，并加壓上述有機廢棄物和城市垃圾的混合物，使得反應(yīng)器的內(nèi)部壓力成為 20?25大氣壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述減壓步驟（c)中，以將上述反應(yīng)器的內(nèi)部的蒸氣排出10?120秒鐘來使上述反應(yīng)器 的內(nèi)部壓力成為〇. 9?1. 1大氣壓的方式快速減壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述真空或差壓步驟（d)中，利用與上述反應(yīng)器相連接的真空泵，來對上述反應(yīng)器施加 10?15分鐘的真空或差壓條件，從而去除經(jīng)過上述減壓步驟（c)的反應(yīng)物中所含有的水分 的5?10%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法，其特征在于， 在上述固體染料化步驟（e)中制備的固體燃料的低位發(fā)熱量為5000kcal/kg以上。
9. 一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，向鍋爐供給利用權(quán)利要求1至8中的任一項所述的 利用高含水有機廢棄物制備固體燃料的方法來制備的固體燃料來生產(chǎn)過熱蒸氣，并利用所 生產(chǎn)的過熱蒸氣來生產(chǎn)電力。
【文檔編號】B09B3/00GK104508093SQ201380025548
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月17日
【發(fā)明者】河在炫 申請人:河在炫, 高瀬凈二