本發(fā)明涉及一種餐廚垃圾水熱液化制取燃料油的方法，可實現(xiàn)餐廚垃圾中有機質的能源化利用。
背景技術：
餐廚垃圾是指食堂、餐廳、社區(qū)家庭在食品加工、飲食服務、用餐過程中產(chǎn)生的食物殘渣、廢棄油脂、過期食品等。餐廚垃圾中富含有機質(75～95wt％.d)，主要由糖類、蛋白質與脂肪組成，因而堆放或運輸過程容易滋生有害病菌，處理不當極易引發(fā)各類交叉感染疾病。餐廚垃圾含水率普遍在65～85wt％，其干基高位熱值低于20mj/kg，若用于焚燒發(fā)電還需要面臨二噁英等污染物和預處理脫水等一系列問題，因而餐廚垃圾不適合應用于焚燒處理。《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》推行將餐廚垃圾從生活垃圾中單獨分類收集，在食堂、餐廳、社區(qū)等餐廚垃圾生產(chǎn)地放置餐廚垃圾專用回收桶，每天定時定點收集轉運至處理中心?，F(xiàn)行餐廚垃圾處理系統(tǒng)大多為生物處理，包括好氧堆肥和厭氧發(fā)酵。然而，生物處理周期長，對原料要求極高，預處理過程繁瑣，并且存在酸中毒與生物安全等隱患，生物處理后仍有約30％殘渣需要送往焚燒廠。因而，餐廚垃圾的生物處理仍然存在諸多問題與不足。而餐廚垃圾的水熱處理方法，是一種安全、高效、綠色的處理方法，能夠實現(xiàn)無害化、減量化與資源化的綜合利用。
水熱處理是指將高含水的餐廚垃圾直接與水混合加熱，在高溫高壓條件下進行的一種熱處置方式，因而該處理方式無需對高含水原料進行脫水預處理。在現(xiàn)有的餐廚垃圾水熱處理技術中，其反應參數(shù)較低，一般溫度低于240℃，壓力低于3mpa，停留時間多為數(shù)小時，目標產(chǎn)物多為固態(tài)顆粒，用于生產(chǎn)有機肥。而餐廚垃圾水熱生產(chǎn)的有機肥，腐熟程度不高，氮磷鉀的含量受限于進料中含量，通常需要后續(xù)再添加。因而，水熱制取有機肥多為消納性處理，商用價值不高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的通過水熱液化處理餐廚垃圾來制取燃料油，實現(xiàn)餐廚垃圾中有機質的能源化利用。本發(fā)明無需對高含水的餐廚垃圾進行脫水預處理，水熱處理過程對原料適應性高；制得燃料油熱值高，可進一步催化裂解加工后獲得輕質柴油或汽油。
本發(fā)明所采用的技術方案如下：一種餐廚垃圾水熱液化制取燃料油的方法，包括以下步驟：
(1)垃圾收集與分選
將餐廚垃圾收集后，分選出餐廚垃圾中的無機雜質，殘留物作為原料；
(2)油脂分離與粗破碎
將分選后的原料進行離心與靜置處理，分離出上層油脂后，以用作生物柴油或工業(yè)油脂原料；將殘留物進行粗破碎，并與液相混合均勻形成泔水懸濁液；
(3)進料預處理
將泔水懸濁液與循環(huán)水相混合后，調(diào)節(jié)固含量在5～25wt％；
(4)水熱液化反應
進料在水熱反應釜內(nèi)進行水熱反應，反應釜內(nèi)溫度控制在290～350℃，自壓范圍為8～15mpa，攪拌并在水熱條件下停留20～60min；
(5)有機溶劑萃取與循環(huán)
在反應釜內(nèi)泄壓后，向反應釜內(nèi)通入有機溶劑萃取出產(chǎn)物油，進行固液分離后，有機溶劑相減壓蒸發(fā)后回收再利用，蒸干后的產(chǎn)物即為制得的燃料油。
進一步地，步驟(1)中無機雜質包括塑料、織物、大型骨塊。
進一步地，步驟(2)中粗破碎要求無明顯大塊食物，粒徑小于10cm。
進一步地，步驟(3)中混合液相可先進行預熱處理，預熱至90～100℃后再送入反應釜。
進一步地，步驟(3)中以保證良好流動性為準，調(diào)節(jié)固含量在6～20wt％。
進一步地，步驟(3)中將泔水懸濁液與循環(huán)水相混合后，調(diào)節(jié)混合液ph小于3.5，使原料蛋白質中氮轉移至水相中，以保證產(chǎn)物油中較低的氮含量，提高燃料油的清潔利用性。
進一步地，步驟(4)中所述攪拌速率控制在300～400rpm，以保證物料的充分接觸，減少焦顆粒的生成。
進一步地，步驟(4)中所述水熱反應完成后，可對反應釜進行泄壓閃蒸，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽與水熱反應釜內(nèi)余氣混合后進入預熱罐預熱進料。
進一步地，步驟(5)中所述有機溶劑為烷烴混合物，加入量為產(chǎn)物油：溶劑＝1:30～1:40g/ml。
進一步地，步驟(5)中所述固液分離完成后，水相可與進料中泔水懸濁液混合，以循環(huán)利用。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明開創(chuàng)性提出利用餐廚垃圾制取高熱值燃料油，實現(xiàn)了餐廚垃圾的無害化、減量化與能源化綜合利用。本發(fā)明首先能對餐廚垃圾實現(xiàn)快速高效地無害化與減量化處理，高溫水熱反應能有效殺死餐廚垃圾中的病毒細菌等生命體，避免有害病菌的傳播，減少對環(huán)境的污染。另外，水熱反應對原料具有極強適應性，對已經(jīng)變質變臭的有機質也能無差別地處理。在水熱液化過程中，有機質中糖類、蛋白質和脂肪等大分子聚合物先水解成單體，單體再水介質中充分接觸發(fā)生聚合與縮合反應，生成芳香類物質；芳香類物質或含氮化合物進一步發(fā)生芳構化反應形成產(chǎn)物油或者焦顆粒。本發(fā)明制得高熱值、高附加價值的燃料油，熱值高于37mj/kg，輕質汽油組分超過50％，可作為催化裂解原料再加工后獲得輕質柴油或汽油。
附圖說明
圖1為本發(fā)明餐廚垃圾水熱液化制取燃料油工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明提供的一種餐廚垃圾水熱液化制取燃料油的方法，包括以下步驟：
(1)垃圾收集與分選
將餐廚垃圾收集后，分選出餐廚垃圾中的無機雜質，殘留物作為原料；
(2)油脂分離與粗破碎
將分選后的原料進行離心與靜置處理，分離出上層油脂后，以用作生物柴油或工業(yè)油脂原料；將殘留物進行粗破碎，并與液相混合均勻形成泔水懸濁液。分離出的油脂具有極高應用價值，可單獨收集后用作工業(yè)原料，不需經(jīng)過高溫高壓水熱處理；
(3)進料預處理
將泔水懸濁液與循環(huán)水相混合后，調(diào)節(jié)固含量在5～25wt％；
(4)水熱液化反應
進料在水熱反應釜內(nèi)進行水熱反應，反應釜內(nèi)溫度控制在290～350℃，自壓范圍為8～15mpa，攪拌并在水熱條件下停留20～60min；
(5)有機溶劑萃取與循環(huán)
在反應釜內(nèi)泄壓后，向反應釜內(nèi)通入有機溶劑萃取出產(chǎn)物油，進行固液分離后，有機溶劑相減壓蒸發(fā)后回收再利用，蒸干后的產(chǎn)物即為制得的燃料油。
進一步地，步驟(1)中餐廚垃圾可從專用垃圾桶中單獨收集，以減少餐廚垃圾中塑料、織物、大型骨塊等無機雜物。從專用桶中收集的餐廚垃圾富含有機質，參考含量范圍為75～95wt％(干基)，主要由糖類(30～50wt％)、蛋白質(15～20wt％)與脂肪(6～30％)組成。
進一步地，步驟(2)中粗破碎要求無明顯大塊食物，粒徑小于10cm。
進一步地，步驟(3)中混合液相可先進行預熱處理，預熱至90～100℃后再送入反應釜。
進一步地，步驟(3)中以保證良好流動性為準，調(diào)節(jié)固含量在6～20wt％。
進一步地，步驟(3)中將泔水懸濁液與循環(huán)水相混合后，調(diào)節(jié)混合液ph小于3.5，使原料蛋白質中氮轉移至水相中，以保證產(chǎn)物油中較低的氮含量，提高燃料油的清潔利用性。
進一步地，步驟(4)中所述攪拌速率控制在300～400rpm，以保證物料的充分接觸，減少焦顆粒的生成。
進一步地，步驟(4)中所述水熱反應完成后，可對反應釜進行泄壓閃蒸，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽與水熱反應釜內(nèi)余氣混合后進入預熱罐預熱進料。
進一步地，步驟(5)中所述有機溶劑為烷烴混合物，加入量為產(chǎn)物油：溶劑＝1:30～1:40g/ml。
進一步地，步驟(5)中所述固液分離完成后，水相中含大量可溶性有機質，總有機碳含量參考范圍為1～5g/l，ph參考范圍為4～6，可與進料中泔水懸濁液混合，以循環(huán)利用；水相循環(huán)利用有助于輕質烴類的生成，提高燃料油的產(chǎn)率。
進一步地，步驟(5)制得的燃料油產(chǎn)率可達45wt％，熱值高于37mj/kg，殘?zhí)恐档陀?5wt％，能量回收率超過80％。制得燃料油將呈現(xiàn)黑色粘稠狀。
實施例
如圖1所示，將餐廚垃圾專用桶中垃圾收集轉運至處理中心后，分揀出餐廚垃圾中塑料、織物、大型骨塊等雜質。對分揀后餐廚垃圾進行離心靜置，將上層油脂單獨收集作為工業(yè)原料；將下層殘留食物和懸濁液進行粗破碎，破碎后無明顯大塊食物，粒徑小于10cm。將粗破碎后泔水懸濁液與循環(huán)水相混合，使混合液固含量為11.1wt％，并調(diào)節(jié)ph為3.0。將混合后餐廚垃圾經(jīng)過進料倉送入預熱罐，利用閃蒸后回收的高溫蒸汽對進料進行預熱，預熱終溫為90℃。將預熱后餐廚垃圾送入反應釜，加熱至320℃，壓力為10.9mpa，攪拌轉速為300rpm，停留20min后開啟閃蒸閥門。閃蒸泄壓后蒸汽送入預熱罐預熱下一批進料。從閃蒸釜和反應釜底部通入有機溶劑(混合烷烴)對產(chǎn)物油進行萃取，加入量為1:30g/ml(產(chǎn)物油：溶劑)。萃取液進行固液分離，固相為生成的焦顆粒與底渣。水相中富含可溶性有機物，總有機碳含量為1.6g/l，ph為5.8，作為循環(huán)水與進料餐廚垃圾混合。有機溶劑相經(jīng)過蒸發(fā)后回收利用，蒸干后殘留產(chǎn)物即為燃料油。
表1為餐廚垃圾水熱液化制取燃料油方法的不同反應參數(shù)與相應產(chǎn)物燃料油特性對應表。從表中可見，燃料油的熱值均高于37mj/kg，殘?zhí)恐档陀?5％，輕質汽油含量均高于50％；產(chǎn)物燃料油與傳統(tǒng)石油化工中渣油特性類似，已經(jīng)具備能源利用特性。但由于餐廚垃圾組分中蛋白質含氮量高，因而產(chǎn)物油中氮含量較高。因而本發(fā)明控制進料混合液ph在3.5以下，可使氮含量大幅轉移至水相，以降低產(chǎn)物燃料油中的氮含量，實現(xiàn)清潔利用。
表1