CN108033446A - 以城市垃圾衍生燃料rdf-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺 - Google Patents

以城市垃圾衍生燃料rdf-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以城市垃圾衍生燃料RDF‑5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，包括：1）热解气化：将RDF‑5燃料送入气化炉内，在600℃‑800℃、空气当量比为0.18‑0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到生物质混合燃气和生物炭原料并排出；2）分离：生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽；4）炭原料处理：将生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至900℃‑960℃，同时将蒸汽通入炭活化炉中，获得活性炭；将另一部分生物炭原料与木焦油和木醋液的混合液、有机氮磷钾肥混合；本发明具有热值利用率高，排放物污染小的优点，不仅可有效固化衍生燃料中的毒性重金属，且可获得优质炭基复合肥或活性炭，提高了资源利用率和综合经济效益。

Description

以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产 工艺
技术领域
本发明涉及一种以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺。
背景技术
衍生燃料RDF-5是以城市垃圾中的有机可燃物为主要原料，如混合塑料、织物纤维、橡胶、树枝、厨卫垃圾等制成；它含有较高的有机物、也具有一定的重金属，主要包括汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素；目前衍生燃料RDE-5多采用直接燃烧的方式进行热利用，但易出现直接焚烧时生成二噁英、综合利用效率低、同时排放氮氧化物、重金属污染物等有毒有害气体等缺点，同时毒性重金属无法得到有效固化，重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，因此还不能实现高效、环保利用的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，它具有热值利用率高、排放物污染小的优点，不仅可有效将离子态性重金属固态化，而且可获得优质炭基肥或活性炭，提高了资源利用率和综合经济效益。
为了达到上述目的，本发明以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于包括以下步骤：1）热解气化：将RDF-5燃料送入气化炉内，在600℃-800℃、空气当量比为0.18-0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气和生物炭原料，将炉内的生物炭原料排出；2）气体分离：从气化炉排出的生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽；4）生物炭原料处理：将排出的生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至900℃-960℃，同时将所述蒸汽通入炭活化炉中，获得活性炭；将另一部分生物炭原料与占其质量6-12%的木焦油和木醋液的混合液、15-30%的有机氮磷钾肥混合，获得炭基肥原料；
本发明利用衍生燃料RDF-5中热值较高的特点，热解气化时严格控制温度及空气当量比在0.18-0.25之间，在实现生产生物质燃气的同时使气化后生物炭原料含炭量保证大于40%，同时利用热能在高温下把离子态污染物固态化为玻璃状或玻璃-陶瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，使固化体永久稳定。污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将或因热解而被摧毁，或转化为气体逸出，而其中的放射性物质和重金属则被牢固地束缚于己熔化的玻璃体内，生物炭中的重金属与焚烧所得灰分中的重金属相比，吸附紧密不易自然渗滤，这主要是因为生物炭的碱性,使其中的 Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb 和 Hg 得到了钝化,降低了对环境的危害；另一方面是由于生物炭具有较大的比表面积，其吸附性强，重金属不易浸出；从生物质混合燃气中脱出木焦油和木醋液，可减少污染物及炭排放，获得的净化燃气送至燃气锅炉燃烧，可提高热值利用率；生物炭原料分为两部分经不同的处理分别获得活性炭和炭基肥原料，活性炭具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，可用于多个领域，炭基肥可改良土壤、增加产量、保持土壤水分、提高地温、防治病虫害、增强抗逆性、加速生根，二者均具有较高经济价值；
加入的木焦油和木醋液可做植物营养调节生长素,对植物有生长功效, 同时具有灭菌杀虫功效，还可对土壤进行改良；
作为本发明的一种优选，将获得的活性炭筛分，将部分活性炭按质量百分比3-8%的比例加入另一部分生物炭原料中；活性炭的加入，可增加生物炭原料的吸附性，进一步提高其固化重金属和增质效果；
作为本发明的一种优选，所述产生的蒸汽一部分通入炭活化炉中，另一部分通入汽轮机、发电；可实现热电联产；
作为本发明的一种优选，将炭基肥原料进行造粒、干燥、冷却，获得炭基肥产品；通过对炭基肥改形，便于存储、运输和使用；
作为本发明的一种优选，有机氮磷钾三者的质量比为15 ：5 ：15；可实现养分的较佳配比；
综上所述，本发明具有热值利用率高、排放物污染小的优点，不仅可有效固化衍生燃料中的毒性重金属，且可获得优质炭基肥，提高了资源利用率和综合经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，包括以下步骤：1）热解气化：将RDF-5燃料送入气化炉内，在600℃、空气当量比为0.18的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气和生物炭原料，将炉内的生物炭原料排出；2）气体分离：从气化炉排出的生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽，蒸汽一部分通入汽轮机、发电；4）生物炭原料处理：将排出的生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至900℃，同时将所述蒸汽的另一部分通入炭活化炉中，获得活性炭，对获得的活性炭筛分，较大粒径的活性炭成为产品；较小粒径的活性炭待用；将另一部分生物炭原料与占其质量6%的木焦油和木醋液的混合液、15%的有机氮磷钾肥及3-8%的较小粒径的活性炭混合，获得炭基肥原料，其中有机氮磷钾三者的质量比为15 ：5 ：15；再将炭基肥原料通过造粒机进行造粒、干燥、冷却，获得炭基肥产品；
实施例二
本实施例以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，包括以下步骤：1）热解气化：将RDF-5燃料被送入气化炉内，在700℃、空气当量比为0.21的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气和生物炭原料，将炉内的生物炭原料排出；2）气体分离：从气化炉排出的生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽，蒸汽一部分通入汽轮机、发电；4）生物炭原料处理：将排出的生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至930℃，同时将所述蒸汽的另一部分通入炭活化炉中，获得活性炭，对获得的活性炭筛分，较大粒径的活性炭成为产品；较小粒径的活性炭待用；将另一部分生物炭原料与占其质量9%的木焦油和木醋液的混合液、23%的有机氮磷钾肥及6%的较小粒径的活性炭混合，获得炭基肥原料，其中有机氮磷钾三者的质量比为15 ：5 ：15；再将炭基肥原料通过造粒机进行造粒、干燥、冷却，获得炭基肥产品；
实施例三
本实施例以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，包括以下步骤：1）热解气化：将RDF-5燃料被送入气化炉内，在800℃、空气当量比为0.25的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气和生物炭原料，将炉内的生物炭原料排出；2）气体分离：从气化炉排出的生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽，蒸汽一部分通入汽轮机、发电；4）生物炭原料处理：将排出的生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至960℃，同时将所述蒸汽的另一部分通入炭活化炉中，获得活性炭，对获得的活性炭筛分，较大粒径的活性炭成为产品；较小粒径的活性炭待用；将另一部分生物炭原料与占其质量12%的木焦油和木醋液的混合液、30%的有机氮磷钾肥及8%的较小粒径的活性炭混合，获得炭基肥原料，其中有机氮磷钾三者的质量比为15 ：5 ：15；再将炭基肥原料通过造粒机进行造粒、干燥、冷却，获得炭基肥产品；
本发明利用衍生燃料RDE-5中热值较高的特点，加上热解气化时严格控制温度及空气当量比在0.18-0.25之间，是在微氧状态下进行的，因此燃料中的碳无法变身有害的二氧化碳，而是转化为生物炭和挥发可燃气体，在实现生产生物质燃气的同时使气化后生物炭原料含炭量保证大于40%，同时利用热能在高温下把离子态重金属等固态污染物熔化为玻璃状或玻璃-陶瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，使固化体永久稳定；污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将或因热解而被摧毁，或转化为气体逸出，而其中的放射性物质和离子态重金属则被牢固地束缚于己熔化的玻璃体内，生物炭中的重金属与焚烧所得灰分中的重金属相比，吸附紧密不易自然渗滤，这主要是因为生物炭的碱性,使其中的 Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb 和 Hg 得到了钝化,降低了对环境的危害；另一方面是由于生物炭具有较大的比表面积，其吸附性强，重金属不易浸出；下表为城市污水处理厂的污泥原样与本发明生物炭中重金属含量及其浸出的检测数据：
可见生物炭中固化了较多的重金属，且浸出率较低；
从生物质混合燃气中脱出木焦油和木醋液，可减少污染物及炭排放，获得的净化燃气送至燃气锅炉燃烧，可提高热值利用率；生物炭原料分为两部分经不同的处理分别获得活性炭和炭基肥，活性炭具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，可用于多个领域，如环保、化工、食品加工、药物精制和军事化学防护；又因为生物炭具有疏松多孔、保持水分、透气性好的特点，经试验证明其有如下作用：
增加产量
研究表明，每公斤土壤中有机炭含量增加 1 克，东北地区玉米产量每亩可增加 11.7
公斤；华北地区夏玉米与冬小麦轮作，每亩可增产約 30.3 公斤；西北地区春玉米产量每亩约增加 21.9 公斤；中南地区单季水稻产量每亩可增加约 12.3 公斤；华东地区双季稻产量每亩可增加约 17.7 公斤；西南地区水稻与冬小麦轮作产量每亩可增加约 15.3 公斤。保持较高水准的土壤有机炭含量对增加作物产量具有十分明显的作用。
提高地温
土壤中施加生物炭后，由于黑色炭粒吸收太阳热能，可使土壤温度升高几摄氏度，促进种子发芽。特别是可以促进不易发芽的种子发芽，提高发芽率。
改良土壤
在土壤中施加生物炭后，在生物炭表面上可以生成根粒菌，因而形成适合植物栽培的农业土壤，避免了所谓“连续耕作障碍”。且生物炭对谷物、豆类和蔬菜的生长、色泽、食味都有改善。此外，生物炭还可改变土壤酸碱，增加土壤 CO2 含量，吸附土壤中有害金属，提高土壤微生物的活力等。还可以改善土壤的透气性和排水性，为有益于植物
的微生物提供良好的生存空间。
保持土壤水分
生物炭可以续留植物根部所需水分，生物炭在相对湿度为 50%以上时，能迅速吸收20%左右的水分；生物炭疏水，透气性能好，可以用来保持土壤水分，干不开裂，湿不积水，捏不成团，土不板结。
防治病虫害
每亩撒施生物炭 500 至 1000 公斤，可杀死地下病虫，如蛴螬，蝼蛄，地老虎等，保
护苗木根系，防止猝倒病，立枯病，炭疽病的发生。在花木盆栽土里掺进 5%-10%豆粒大小的木炭，能为植物提供健康的生长环境。
增强抗逆性
生物炭中含有大量游离的钾离子，可促进炭水化合物的运转，能够降低叶片的蒸腾强度，增强抗旱，抗高温的能力。
加速生根
花木在移栽过程中，使用生物炭与有机肥的充分混合做底肥或在配制营养土时掺入百分之五至百分之二十的生物炭，能够增加有机肥的可吸收性，促进愈伤组织的生长，提高花木移栽的成活率。育苗移栽发根多、生长快、成活率高。
可见以生物炭为基础，通过加入无机氮磷钾获得炭基肥，使得养分更为丰富，加入的木焦油和木醋液不仅利于后续的造粒，还可做植物营养调节生长素,对植物有生长功效,同时具有灭菌杀虫功效，还可对土壤进行改良；炭基肥可改良土壤、增加产量、保持土壤水分、提高地温、防治病虫害、增强抗逆性、加速生根，活性炭与炭基肥二者均具有较高经济价值；
炭基肥是一种以生物炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或/和无机质配制而成的生态环保型肥料；炭基肥基本理论是土肥炭基-有机论，即增加土壤中炭基-有机质的含量，快速改造土壤团粒桥架结构，调节土壤的水、肥、气、热功效，创造有利于植物健康生长的土壤环境，从而增加土壤肥力，促进作物生长，被称作“土壤生物桥技术”，可改善土壤的团粒结构，提高土壤保水保肥的能力，提高肥料利用率，具有较高价值；同时增加炭渣中碳成分的含量，可减少生物质燃气燃烧时二氧化碳排放量；气体分离时脱出木焦油和木醋液，木醋液是经生物化学技术提取获得的天然植物素材，该品的主要成分为醋酸、酚类、水，其中有机质成分醋酸占10%以上，醋液可起到土壤改良、有效抑制有碍植物生长的微生物类的繁殖、促进蔬菜、果树、花卉、水稻、草坪等植物的生长；酚类物质能杀菌、消毒避害虫，作为消毒、驱虫剂使用；该品在高浓度下具有较强的杀菌、抗菌的功能；在低浓度下能抑制杂菌的繁殖，具有防菌，防虫的功效；此外，木醋液还可以增进作物根部与叶片的活力，减缓老化，防治土壤与叶片上一些病虫害，促进土壤有益微生物的繁殖；木焦油是生物质经高温加热裂解所得到的一种焦黑色油状液体,其主要成分大部分是一元酚与二元酚，对多种植物病原菌具有良好的抑菌活性效果，是理想的植物营养调节生长素，对植物有生长功效, 同时具有灭菌杀虫功效；二者在配料时加入，不仅避免污染排放，与炭渣、无机氮磷钾肥混合，络合了铵、活化了磷、吸附了钾，可控制无机肥的释放速度，实现养分的均匀吸收，具有营养均衡的特点，提高了农作物对肥料的利用率，实现炭渣与木焦油和木醋液的资源化利用，变废为宝，提高了综合经济效益；
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进或工艺程序适当简化，这些变化和改进简化都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于包括以下步骤：1）热解气化：将RDF-5燃料送入气化炉内，在600℃-800℃、空气当量比为0.18-0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气和生物炭原料，将炉内的生物炭原料排出；2）气体分离：从气化炉排出的生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液及净化燃气；3）燃烧：将净化燃气送至燃气锅炉燃烧，产生蒸汽；4）生物炭原料处理：将排出的生物炭原料的一部分送入炭活化炉中加热至900℃-960℃，同时将所述蒸汽通入炭活化炉中，获得活性炭；将另一部分生物炭原料与占其质量6-12%的木焦油和木醋液的混合液、15-30%的有机氮磷钾肥混合，获得炭基复合肥。
2.根据权利要求1所述的以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于：将获得的活性炭筛分，将部分活性炭按质量百分比3-8%的比例加入另一部分生物炭原料中。
3.根据权利要求1或2所述的以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于：所述产生的蒸汽一部分通入炭活化炉中，另一部分通入汽轮机、发电。
4.根据权利要求3所述的以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于：将炭基肥原料进行造粒、干燥、冷却，获得炭基肥产品。
5. 根据权利要求1所述的以城市垃圾衍生燃料RDF-5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，其特征在于：有机氮磷钾三者的质量比为15 ：5 ：15。
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