一种高热值生物固体燃料的制备方法
技术领域
本发明属于城市有机废弃物处理技术领域，涉及一种高热值生物固体燃料的制备方法，具体地说，涉及一种市政有机固体废物与高浓度含酚废水共水热炭化制备高热值生物固体燃料的方法。
背景技术
城市有机废弃物是人类在生产、生活、消费及其它活动中所产生的并向环境中排放的固体有机废弃物的总称，主要包括日常生活中排放的生活垃圾、餐饮业产生的餐厨垃圾、污水处理厂产生的剩余污泥和养殖业产生的禽畜粪便垃圾等。随着我国社会经济的快速发展、城镇化进程的不断加快以及人民生活水平的迅速提高，城市固体废弃物特别是有机废弃物的产量也随之迅速增加，导致了大量土地被侵占，而且由于有机物含量丰富，水分含量高，容易滋生病菌，散发恶臭，由城市有机废弃物所引发的环境污染问题以及对公众健康的影响也越加明显，已经成为了世界各国所面临的一个严重的社会公害，是各国及地区迫切需要解决的重大环境保护问题之一。
对于城市有机固体废弃物的资源化处置方式通常有土地利用、好氧堆肥和焚烧发电等，这些技术在实践利用过程中面临的主要问题是需要将城市有机固体废弃物的含水率降低到一定程度，因而导致整体处置成本较高。水热炭化技术是20世纪初期发展起来的一种能够在相对温和的条件下通过脱水、脱羧、缩合等化学反应使高含水率城市有机固体废物转变为具有较高热值的固体碳材料。然而，由于城市有机固体废弃物固有的高灰分特性，使得通过直接水热炭化制备的碳材料中亦含有较高的灰分，而且所含芳香结构相比于煤炭要低得多，导致其在能源化利用过程中的燃料特性欠佳。
含酚废水是指在炼焦、炼油、造纸、塑料、陶瓷、纺织等工业产生过程中产生的有机废水。由于酚类物质是一种原型质毒物，已被美国国家环保局列为优先控制污染物黑名单。含酚废水的处理也一直是国内外污水处理领域的一大难题。按照含酚废水中酚类化合物的浓度，通常将大于1000mg/L的含酚废水称之为高浓度含酚废水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高热值生物固体燃料的制备方法，该方法通过在城市有机固体废物水热炭化过程中引入含有高浓度含酚废水，利用城市有机固体废物的炭化中间产物与含酚废水中的酚类化合物之间发生脱水、缩聚和芳构化反应，从而形成结构和燃料特性类似于煤炭的高热值生物固体燃料。
其具体技术方案为：
一种高热值生物固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在预热处理单元分别与来自换热器的高温循环液流进行换热，实现能源回收；
步骤2、预热后的高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在高温高压反应釜中按照一定的干燥无灰基比例(1:30-1:2)进行混合，混合均匀后，将其加热至170-300℃反应1-10小时，实现共水热炭化；
步骤3、水热炭化完成后，在高温高压反应釜外部的换热器中通入冷却水，实现反应釜降温，同时形成高温循环液流；
步骤4、待高温高压反应釜降至60-80℃左右时，开启泄压阀泄压，随后将炭水混合液转移至高速离心机中进行固液分离；
步骤5、将离心后的固体产物(含水率30-50％)转移至干燥成型一体机中，制备成棒状或颗粒状的高热值生物固体燃料。
步骤6、离心后的液体产物进入生物净化处理单元进行净化处理，经过净化处理后的水分作为换热器交换热能的载体或达标排放。
进一步，步骤1中，所述城市有机固体废弃物，包括居民生活产生的有机垃圾、餐饮业产生的餐厨垃圾、污水处理厂产生的剩余污泥和养殖业产生的禽畜粪便垃圾等有机废弃物；
所述高浓度含酚废水来自石油化工厂、煤化工厂、合成纤维厂、树脂厂、制药厂等工业产生过程中产生的高浓度含酚废水。
进一步，步骤2中，按照干燥无灰基1/4和固体含量85％进行混合，随后在200℃下反应6小时。
城市有机固体废物的初始含固率可通过消耗制备的生物固体燃料进行调整，使高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物混合后的固体含量保持在70-90％之间。含酚废水中含有大量甲酚、间苯三酚、硝基苯酚等具有取代基团的酚类化合物时，形成的生物固体燃料具有更高的热值和更低的灰分含量，其能源品质与烟煤相近。产生的生物固体燃料具有极低的硫、氯和氮含量，属于清洁固体燃料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明相比于城市有机固体废弃物单一水热炭化重整制备的生物固体燃料，经城市有机固体废弃物与高浓度含酚废水共水热炭化制备的高热值生物固体燃料，其质量产率被提高了30％以上，高位热值被提高了20％以上，灰分被降低了26％以上，燃烧稳定指数和综合燃烧指数分别达到了11.7×104和3.8×10-8，元素构成和物化特性远优于褐煤且与烟煤相近，表现出了优异的燃烧性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种高热值生物固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在预热处理单元分别与来自换热器的高温循环液流进行换热，实现能源回收；
步骤2、预热后的高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在高温高压反应釜中按照一定的干燥无灰基比例(1:2)进行混合，混合均匀后，将其加热至300℃反应1小时，实现共水热炭化；
步骤3、水热炭化完成后，在高温高压反应釜外部的换热器中通入冷却水，实现反应釜降温，同时形成高温循环液流；
步骤4、待高温高压反应釜降至80℃左右时，开启泄压阀泄压，随后将炭水混合液转移至高速离心机中进行固液分离；
步骤5、将离心后的固体产物(含水率30％)转移至干燥成型一体机中，制备成棒状或颗粒状的高热值生物固体燃料。
步骤6、离心后的液体产物进入生物净化处理单元进行净化处理，经过净化处理后的水分作为换热器交换热能的载体或达标排放。
步骤1中，所述城市有机固体废弃物，包括居民生活产生的有机垃圾、餐饮业产生的餐厨垃圾、污水处理厂产生的剩余污泥和养殖业产生的禽畜粪便垃圾等有机废弃物；
所述高浓度含酚废水来自石油化工厂、煤化工厂、合成纤维厂、树脂厂、制药厂等工业产生过程中产生的高浓度含酚废水。
实施例2
一种高热值生物固体燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在预热处理单元分别与来自换热器的高温循环液流进行换热，实现能源回收；
步骤2、预热后的高浓度含酚废水和城市有机固体废弃物在高温高压反应釜中按照一定的干燥无灰基比例1:30进行混合，混合均匀后，将其加热至170℃反应10小时，实现共水热炭化；
步骤3、水热炭化完成后，在高温高压反应釜外部的换热器中通入冷却水，实现反应釜降温，同时形成高温循环液流；
步骤4、待高温高压反应釜降至60℃左右时，开启泄压阀泄压，随后将炭水混合液转移至高速离心机中进行固液分离；
步骤5、将离心后的固体产物(含水率50％)转移至干燥成型一体机中，制备成棒状或颗粒状的高热值生物固体燃料。
步骤6、离心后的液体产物进入生物净化处理单元进行净化处理，经过净化处理后的水分作为换热器交换热能的载体或达标排放。
步骤1中，所述城市有机固体废弃物，包括居民生活产生的有机垃圾、餐饮业产生的餐厨垃圾、污水处理厂产生的剩余污泥和养殖业产生的禽畜粪便垃圾等有机废弃物；
所述高浓度含酚废水来自石油化工厂、煤化工厂、合成纤维厂、树脂厂、制药厂等工业产生过程中产生的高浓度含酚废水。
实施例3
经预热后的高浓度含酚废水与城市有机固体废弃物按照干燥无灰基1/4和固体含量85％进行混合，随后在200℃下反应6小时，离心后得到的生物固体燃料的产率达到了78％，热值达到了19MJ/Kg，灰分含量达到了28％，与城市有机固体废弃物单一水热炭化相比，产率和热值分别被提高了14％和7％，灰分含量被降低了16％。进一步优化工艺参数，可显著提高生物固体燃料的能源品质，如提高含酚废水投加比率至1/2，混合液固体含量70％、水热炭化温度至260℃和停留时间至10h，可进一步使生物固体燃料的产率和热值分别被提高36％和24％，灰分被降低31％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
