一種利用廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物制備型煤粘結(jié)劑及聯(lián)產(chǎn)生物質(zhì)型煤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物制備型煤粘結(jié)劑及聯(lián)產(chǎn)生物質(zhì)型煤的方法，屬于煤炭和廚余垃圾清潔有效利用應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源缺口逐漸擴大，我國能源消費已經(jīng)占到全球總量的1/5，超過美國成為世界最大能源消費國，然而我國“缺油、少氣、富煤”的能源格局和相對較低的工業(yè)裝備水平?jīng)Q定了煤炭在我國能源消費結(jié)構(gòu)中的主體地位。目前，我國對煤炭資源的依賴導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，煤炭的直接燃燒產(chǎn)生了大量的S0#P CO2排放，其排放量分居全球第一和第二位。此外，隨著原煤開采機械化程度的提高，粉煤比例在逐年增加，粉煤占原煤總產(chǎn)量的80%以上，而塊煤產(chǎn)率不足20%，這導(dǎo)致塊煤供應(yīng)緊張、粉煤大量堆積污染環(huán)境。因此，尋找一種合理處置并利用粉煤的技術(shù)，以滿足人類對能源的大量需求，是一個不可逆轉(zhuǎn)的方向。
[0003]另外隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進程的加快，我國的城市垃圾數(shù)量增長異常迅速，2005年，我國城市生活垃圾年清運量為1.56X108噸，2007年增加到1.77X108噸，2010年達到2.21X108噸。而在眾多的城市生活垃圾組分中，廚余垃圾的含量最高，約為50%。如此巨大數(shù)量的廚余垃圾而露天堆放或填埋不僅占用大量土地，而且易對土壤、地下水、大氣造成極大的二次污染，成為嚴(yán)重的環(huán)境問題。然而，廚余垃圾干物質(zhì)中有機質(zhì)含量較高、有毒有害物質(zhì)少、燃燒熱值較高(21.7MJ/kg)等特征對于生物質(zhì)型煤的開發(fā)極具優(yōu)勢。除此之外，在廚余垃圾好氧發(fā)酵過程中會產(chǎn)生豐富的腐殖酸(腐植酸含量15%?40%)，腐植酸是一種無定形的有機高分子化合物，其堿溶液是一種親水性的可逆膠體，由于有很大表面積又具有膠體的粘結(jié)性和很強的吸咐力，可以用來作為制作生物質(zhì)型煤的粘結(jié)劑。因此合理開發(fā)利用廚余垃圾的生物質(zhì)能，對改善我國的能源利用環(huán)境和人類的生態(tài)環(huán)境，加大生物質(zhì)能源的高品位利用具有重要的意義。
[0004]在我國，將生物質(zhì)能應(yīng)用于型煤技術(shù)的研宄起步較晚，但近年來發(fā)展很快。目前有眾多科研院所和煤炭企業(yè)進行研宄，發(fā)表了一系列型煤相關(guān)的專利及論文。其中，中國專利CN 101250454 A公開了一種生物質(zhì)型煤的生產(chǎn)技術(shù)，其中將生物質(zhì)進行堿處理，并加入了工業(yè)氧化鎂、氧化鈣作為生物質(zhì)型煤的粘合劑；專利CN1908135A提出利用面粉、麥麩、淀粉的發(fā)酵液作為粘結(jié)劑，以8-20%的比例與煤粉制成生物質(zhì)型煤。專利CN1033833利用稻殼和改性淀粉作為型煤添加劑以提升型煤的點火特性。專利CN1368542A報道了利用造紙黑液作粘結(jié)劑。除此之外，國外專利US4225457和US4152119報道了利用有機固體垃圾，尤其是城市生活垃圾或生物質(zhì)與煤粉混合，其粘結(jié)劑主要是用活性污泥、造紙黑液、含糖的粘結(jié)劑、廢棄的石油和淀粉。如上所述，現(xiàn)有公開的有關(guān)生物質(zhì)型煤的專利均加入了常用的粘結(jié)劑，例如膨潤土、腐植酸鈉等，雖然一定程度上改善了型煤的防水和抗壓性能，但生產(chǎn)成本大大提尚。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用廚余垃圾的發(fā)酵產(chǎn)物制成生物質(zhì)型煤的方法，該方法充分利用廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物高熱值、高腐殖質(zhì)的特性，形成從而制成低成本、高強度、高熱值型煤。此外，還為廚余垃圾變廢為寶提供了新的可行性途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)存的技術(shù)問題，并填補廚余垃圾在生物質(zhì)型煤應(yīng)用中的空白，本發(fā)明的一個目的在于提供了一種生物質(zhì)型煤的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:1)將廚余垃圾與谷殼按比例混合，加入微生物菌液投入反應(yīng)器并發(fā)酵；2)對廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物進行破碎處理，添加堿液蒸煮后烘干后即為生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑；3)在粉碎的煙煤煤粉中，添加生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑、固硫防水劑，與水混合均勻后，成型機擠壓成型、烘干，制成生物質(zhì)型煤。
[0007]本發(fā)明的步驟I)中，發(fā)酵過程分三次投料，具體步驟如下:1.第一次投料將谷殼與餐廚垃圾以體積比2:1的比例混合，反應(yīng)室體積比1/4。2.基于T培養(yǎng)基分別于60°C下培養(yǎng)接種細(xì)菌(嗜熱芽孢桿菌、凝結(jié)芽胞桿菌、地衣芽孢桿菌、Bacillus tequilensis、Pseudoxanthomonas、Petrobacter sp)，將菌液以等體積比例混合，制成微生物菌液。3.將微生物菌液與堆肥物料以體積比1:100的量加入反應(yīng)器，加入水，調(diào)節(jié)含水率為50%。4.啟動反應(yīng)器，將攪拌設(shè)置為正轉(zhuǎn)10分鐘，停頓10分鐘，反轉(zhuǎn)10分鐘，反應(yīng)室溫度設(shè)置為60°C，攪拌速率設(shè)置為每分鐘20轉(zhuǎn)。5.發(fā)酵12小時第二次投料(廚余垃圾，含水率50%)至反應(yīng)室體積的1/3，發(fā)酵24小時后第三次投料(廚余垃圾，含水率50%)至反應(yīng)室體積4/5。反應(yīng)過程適時補水，保持含水率50%，繼續(xù)發(fā)酵一周后可得到發(fā)酵產(chǎn)物。
[0008]本發(fā)明的步驟2)中，廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物破碎篩分至0.6?5mm，添加堿液80?120°C蒸煮I?5小時，100C烘干6小時，所剩余固體即為生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑。
[0009]所述堿液可為氫氧化鈉溶液或氫氧化鈣溶液中的一種或兩種。
[0010]本發(fā)明步驟3)中，粉碎煙煤顆粒至I?4mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)5?40%生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑、添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)55?90%，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的固硫防水劑，加水20?40ml混合均勻后，在加壓模具中以12?20噸的壓力加壓成型。在100°C烘干I?6小時后得到生物質(zhì)型煤。
[0011]所述固硫防水劑為氧化鈣、氧化鎂、煤矸石三種原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)5:5:2添加。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明通過以下實施例進一步詳述，但本實施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說明性的，而不是限定性的，不應(yīng)依此來局限本發(fā)明的保護范圍。
[0013]實施例1:
生物質(zhì)型煤中的原煤采用山西出產(chǎn)的煙煤。物料粒度:〈3_ ;物料水分:〈5%。
[0014]根據(jù)T/T748-1997規(guī)定的工業(yè)型煤冷壓強度的測定方法測定得到的生物質(zhì)型煤的冷壓強度，根據(jù)MT/T749-1997規(guī)定的方法測定得到的生物質(zhì)型煤的防水性(包括防水時間
[0015]按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T213-2008測定發(fā)熱量(燃燒值)。
[0016]根據(jù)T/T748-1997規(guī)定的工業(yè)型煤冷壓強度的測定方法測定得到的生物質(zhì)型煤的冷壓強度，根據(jù)MT/T749-1997規(guī)定的方法測定得到的生物質(zhì)型煤的防水性(包括浸水復(fù)干強度(N/個))。
[0017]將谷殼與廚余垃圾以體積比2:1的比例投入反應(yīng)器，將微生物菌液與發(fā)酵物料以體積比1:100的量加入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的含水率為50%，并在整個發(fā)酵過程中補充水以維持該比例，在發(fā)酵過程中保持物料溫度為60°C，攪拌槳轉(zhuǎn)速為20rpm，攪拌模式為正轉(zhuǎn)10分鐘，停頓10分鐘，反轉(zhuǎn)10分鐘。發(fā)酵12小時后第二次填加物料(廚余垃圾)至反應(yīng)室體積的1/3，發(fā)酵24小時后第三次填加物料(廚余垃圾)至反應(yīng)室體積的4/5。一周后即可得到廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物。將獲得的廚余垃圾發(fā)酵產(chǎn)物破碎并篩分至2_，將其浸入在濃度為8%的氫氧化鈉溶液中，以80°C蒸煮3小時后，在100°C烘干6小時，即得到生物質(zhì)型煤的粘結(jié)劑。取質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%煙煤(粒徑尺寸3mm)，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%固硫防水劑(氧化鈣、氧化鎂、煤矸石三種原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)5:5:2添加)，并加入20ml水混合均勻后，成型機15噸壓力擠壓成型，100°C烘干6小時后得到生物質(zhì)型煤。生物質(zhì)型煤發(fā)熱量4980kcal/kg，抗壓強度560N/球，跌落強度87.2%，浸水復(fù)干強度212N/個，固硫率77%。
[0018]實施例2:
將谷殼與廚余垃圾以體積比2:1的比例投入反應(yīng)器，將微生物菌液與發(fā)酵物料以體積比1:100的量加入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的含水率為50%，并在整個發(fā)酵過程中補充水以維持該比例，在發(fā)酵過程中保持物料溫度為60°C，攪拌槳轉(zhuǎn)速為20rpm，攪拌模式為正轉(zhuǎn)10分鐘，停頓