一种基于水热碳化的园林垃圾利用方法及固体生物质燃料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于水热碳化的园林垃圾利用方法及固体生物质燃料通过对园林垃圾水热处理可以分别对固体产物(水热生物碳粉末)和液体副产物(主要成分为轻质油)进行利用，其中固体产物由于其热值高，燃烧性能好，含水率低，便于长途运输和保存。再与经过粉碎、干燥后的园林垃圾按照7:3的比例进行掺混，压实后制成固体成型生物质燃料。液体副产物经过二氯甲烷萃取和旋蒸得到轻质油。由于其固体产物和液体副产物都可以利用，提高了园林垃圾的利用效率，避免资源浪费，并且二次污染小，整个流程工艺简单、反应条件相对温和、运行成本低，具有一定社会意义和较高经济价值。
【专利说明】
一种基于水热碳化的园林垃圾利用方法及固体生物质燃料
技术领域
[0001]本发明涉及园林垃圾回收，尤其涉及一种基于水热碳化的园林垃圾利用方法及固体生物质燃料。
【背景技术】
[0002]所谓园林垃圾(GardenWaste)又称绿色垃圾，主要是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的枯枝、落叶、草肩、落花、树木与灌木剪枝及其他植物残体等。这些园林绿化废弃物因含有丰富的有机物和营养物而不同于日常生活、医用、工业生产等垃圾；因此园林绿化废弃物资源的再利用，在任何国家都已成为极具生态价值及经济价值的重要关注点。
[0003]随着我国城市化进程的加快，园林绿化由于在改善城市环境质量、缓解城市热岛效应，维持城市生态平衡方面的特殊作用而日益受到人们的重视，不断快速地发展。随之而来的，园林植物废弃物如枯枝落叶、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草、种子等的量越来越大，园林植物废弃物成为继城市生活垃圾后又一大城市废弃物。以中国某城市为例，每年仅行道树修剪产生树枝的质量就是极其可观的，再加上全市的公园、绿地、居住区和单位绿地，每年产生的园林植物废弃物不计其数，以往通常把枯枝落叶视为城市固体废弃物，基本还是采用填埋和焚烧的方式，传统的垃圾焚烧或填埋式处理绿化废弃物的处置方式与建设节约友好型的生态园林建设目标格格不入，这不仅造成了环境的污染也带来资源的浪费，并占用土地资源，还会增加垃圾处理成本。而如果对其进行资源化利用，则能实现生活垃圾排放减量、节省珍贵的土地资源、改良土壤和生态的目标。目前国内园林垃圾的再利用还刚刚开始起步，例如在这方面做的比较好的北京市，每年也仅能处理百余万吨的园林垃圾，仅仅只占园林垃圾10%。相对其他很多城市，尤其是二、三线城市，园林垃圾的再利用仍然是空白。由于园林垃圾含有植物的枝干、树叶、草肩等，因此其组成比较复杂;一般来说，园林垃圾中含有水分、不可燃物质和碱金属；园林垃圾直接焚烧也会产生大量烟尘，产生大气污染。因此对园林垃圾进行合理有效的处理，是很有必要的。近年来，水热碳化作为一个简单的、可持续的、有效的生物质废弃物(如木质纤维素、海藻、果皮等)高效预处理技术，已经收到了极大的关注。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于水热碳化的园林垃圾利用方法及固体生物质燃料。水热碳化用于处理园林垃圾，可以解决园林垃圾高水分低热值的难点，并且可以得到有一定利用价值的液体副产物;从而实现园林垃圾高效低污染能源化利用。水热碳化处理园林垃圾的研究未见相关报道，因此本发明提出基于水热碳化的园林垃圾综合处理方法。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]—种基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，包括如下步骤:
[0007]步骤(I);将收集到的园林垃圾用筛分机进行简单的筛分，去除小石块等不能燃烧的物质;再将其进行粉碎成小颗粒园林垃圾备用；
[0008]步骤(2);将小颗园林粒垃圾与水进行混合，搅拌均匀后在水热碳化反应器中进行水热碳化处理；
[0009]步骤(3);水热碳化处理结束将得到的产物通过工业用滤纸过滤进行固液分离；固液分离后固体产物是水热生物碳，液体副产物经过二氯甲烷萃取得到淡黄色液体；
[0010]步骤(4);淡黄色液体在旋转蒸发器中进行分离，得到轻质油，并把二氯甲烷进行回收；
[0011]步骤(5);得到固体产物用热风循环烘箱得到水热生物碳颗粒，再与经过干燥的颗粒园林垃圾按照质量比为7:3的比例掺混、压实，得到圆柱形固体生物质燃料。
[0012]上述步骤(I)所述园林垃圾指的是人工修剪过程中掉落的树枝、树干、树皮、草肩等，以及植物自然生长过程中掉落的枝叶等。
[0013]上述步骤(I)所述园林垃圾经过粉碎后粒径小于2mm，粉碎机转速为每分钟1500转。
[0014]上述步骤(2)用每50g粉碎后的颗园林粒垃圾与IL水进行混合，加入高温高压反应器中反应，反应之前向反应器通入氮气，反应器中有磁性转子，并以500rpm的转速搅拌混合液;反应时间Ih，反应温度控制在210 0C -240 0C，反应压力为3_4Mpa。
[0015]上述步骤(3)中液体副产物通过二氯甲烷以体积比1:1进行添加，溶液分层，然后用固液分离器放出二氯甲烷萃取的淡黄色液体层，弃去水层。
[0016]上述步骤(4)中把淡黄色液体在旋转蒸发器中45°C下进行旋蒸，去除掉水分和二氯甲烷。
[0017]上述步骤(5)中水热生物碳颗粒干燥和烘干后去除的水份经过除杂、过滤后重新与颗粒园林垃圾进行混合，并且热风循环风箱的工作温度为120°C，加热时间lh。
[0018]上述步骤(5)中经过干燥后的固体产物和经过粉碎及干燥的颗粒园林垃圾按照3:7的比例经行掺混，压制成长度为60mm、直径15mm、容积密度大约为600kg/m3，热值大约为23400J/g的圆柱形固体生物质燃料。
[0019]—种固体生物质燃料，由所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法获得。包括由水热生物碳颗粒及颗粒园林垃圾压制而成的圆柱形固体生物质燃料;该水热生物碳颗粒及颗粒园林垃圾的比例为3:7;圆柱形固体生物质燃料的长度为60mm、直径15mm、容积密度大约为600kg/m3。
[0020]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0021]1、相对于直接对园林垃圾进行直接焚烧，水热碳化可以更大程度上利用园林垃圾，固体产物和液体副产物都可以利用，提高了资源利用效率并避免资源浪费，并且二次污染小，病原体微生物完全得到消除。
[0022]2、园林垃圾经过水热碳化后的固体产物，含有的水分降低、并且吸水性降低，便于长期保存和长途运输。
[0023]3、水热碳化的固体产物热值高，燃烧性能好，与干燥、粉碎后的园林垃圾按照一定质量比例掺混可以制成固体成型生物质燃料，并且园林垃圾不需要提前进行脱水处理。
[0024]4、水在超/亚临界条件下离子积增加，扩散系数也比较大，使园林垃圾易于水解。水还在液相和作为非极性溶剂可以增强有机化合物的溶解度。
[0025]5、无论是二氯甲烷还是水热碳化过程中的水，都可以回收利用，避免了资源的浪费，整个流程工艺简单、反应条件相对温和、运行成本低，具有一定社会意义和较高经济价值。
【附图说明】
[0026]图1为本发明工艺流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合图1及实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0028]实施例1:
[0029](I)将质量50g，含水率25wt %的园林垃圾，先进行简单的筛分，分离出小石块等不能燃烧的物质。再把树枝、树皮等进行粉碎成小颗粒垃圾，与IL水混合加入水热反应器，反应之前向水热反应器通入氮气，在反应温度240 °C、处理时间30min、反应压力大约为4Mpa的条件下可以得到水热碳化产物。
[0030](2)对产物进行过滤分离，液体副产物主要成分是轻质油，固体产物是水热生物碳，加入二氯甲烷到液体产物，用固液分离器放出二氯甲烷萃取的淡黄色液体层，并在通过旋转蒸发器在45°C工况下分离出轻质油，并对二氯甲烷进行回收，再对固体产物进行烘干可以得到25.58、高位热值大约为240001^、含水率大约为5.16%的水热生物碳。
[0031](3)经过粉碎与干燥的园林垃圾与水热生物碳颗粒按照质量比为3:7的比例进行掺混、压实可以制成热值大约为22300J/g生物质固体燃料。
[0032]实施例2:
[0033](I)将质量50g，含水率25wt %的园林垃圾，先进行简单的筛分，分离出小石块等不能燃烧的物质。再把树枝、树皮等进行粉碎成小颗粒垃圾，与IL水混合加入水热反应器，反应之前向水热反应器通入氮气，在反应温度240 °C、处理时间60min、反应压力大约为4Mpa的条件下可以得到水热碳化产物。
[0034](2)对产物进行过滤分离，液体副产物主要成分是轻质油，固体产物是水热生物碳，在液体副产物加入二氯甲烷，用固液分离器放出二氯甲烷萃取的淡黄色液体层，并在通过旋转蒸发器在45°C工况下分离出轻质油，并对二氯甲烷进行回收，再对固体产物进行烘干可以得到23.188、高位热值大约为256001^、含水率大约为4.66%的水热生物碳。
[0035](3)经过粉碎与干燥的园林垃圾与水热生物碳颗粒按照质量比为3:7的比例进行掺混、压实可以制成热值大约为24000J/g生物质固体燃料。
[0036]实施例3
[0037](I)将质量50g，含水率25wt%的园林垃圾，先进行简单的筛分，分离出小石块等不能燃烧的物质。再把树枝、树皮等进行粉碎成小颗粒垃圾，与IL水混合加入水热反应器，反应之前向水热反应器通入氮气，在反应温度210°C、处理时间60min、反应压力大约为4Mpa的条件下可以得到水热碳化产物。
[0038](2)对产物进行过滤分离，液体副产物主要是轻质油，固体产物是水热生物碳，加入二氯甲烷到液体产物，用固液分离器放出二氯甲烷萃取的淡黄色液体层，并在通过旋转蒸发器在45°C工况下分离出轻质油，并对二氯甲烷进行回收，再对固体产物进行烘干可以得到30.3g、高位热值大约为22200J/g、含水率大约为6.32%的水热生物碳。
[0039](3)经过粉碎与干燥的园林垃圾与水热生物碳颗粒按照质量比为3:7的比例进行掺混、压实可以制成热值大约为21000J/g生物质固体燃料。。
[0040]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0041]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤(I);将收集到的园林垃圾用筛分机进行筛分，去除不能燃烧的物质;再将其进行粉碎成颗粒园林垃圾备用； 步骤(2);将颗园林粒垃圾与水进行混合，搅拌均匀后在水热碳化反应器中进行水热碳化处理； 步骤(3);水热碳化处理结束将得到的产物通过工业用滤纸过滤进行固液分离；固液分离后固体产物是水热生物碳，液体副产物经过二氯甲烷萃取得到淡黄色液体； 步骤(4);淡黄色液体在旋转蒸发器中进行分离，得到轻质油，并把二氯甲烷进行回收；步骤(5);得到固体产物用热风循环烘箱得到水热生物碳颗粒，再与经过干燥的颗粒园林垃圾按照质量比为7:3的比例掺混、压实，得到圆柱形固体生物质燃料。2.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于: 步骤(I)所述园林垃圾指的是人工修剪过程中掉落的树枝、树干、树皮、草肩，以及植物自然生长过程中掉落的枝叶。3.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(1)所述园林垃圾经过粉碎后粒径小于2_，粉碎机转速为每分钟1500转。4.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(2)用每50g粉碎后的颗园林粒垃圾与IL水进行混合，加入高温高压反应器中反应，反应之前向反应器通入氮气，反应器中有磁性转子，并以500rpm的转速搅拌混合液;反应时间Ih，反应温度控制在210 0C -240 0C，反应压力为3-4Mpa。5.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(3)中液体副产物通过二氯甲烷以体积比1:1进行添加，溶液分层，然后用固液分离器放出二氯甲烷萃取的淡黄色液体层，弃去水层。6.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(4)中把淡黄色液体在旋转蒸发器中45°C下进行旋蒸，去除掉水分和二氯甲烷。7.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(5)中水热生物碳颗粒干燥和烘干后去除的水份经过除杂、过滤后重新与颗粒园林垃圾进行混合，并且热风循环风箱的工作温度为120°C，加热时间lh。8.根据权利要求1所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法，其特征在于:步骤(5)中经过干燥后的固体产物和经过粉碎及干燥的颗粒园林垃圾按照3:7的比例经行掺混，压制成长度为60mm、直径15mm、容积密度大约为600kg/m3，热值大约为23400J/g的圆柱形固体生物质燃料。9.一种固体生物质燃料，其特征在于采用权利要求1至8中任一项所述基于水热碳化的园林垃圾资源化利用方法获得，包括由水热生物碳颗粒及颗粒园林垃圾压制而成的圆柱形固体生物质燃料。10.根据权利要求9所述固体生物质燃料，其特征在于，所述水热生物碳颗粒及颗粒园林垃圾的比例为3: 7 ;圆柱形固体生物质燃料的长度为60mm、直径15mm、容积密度大约为600kg/m3o
【文档编号】C10L5/44GK105950251SQ201610316913
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】马晓茜, 姚忠良, 林有胜
【申请人】华南理工大学